6. Chemické faktory
stájového mikroklimatu
Stájový vzduch je významným faktorem,
bezprostředně obklopující ustájená hospodářská zvířata. Jeho složení je vysoce
proměnlivé a je vždy odlišné od vzduchu venkovního. Vzduch ve stáji obsahuje více vodní páry, CO2
a mikrobů. Některé typy provozů se vyznačují i zvýšenou koncentrací
amoniaku a sirovodíku; haly pro chov drůbeže nebo výkrm prasat se suchým
krmením jsou známé vysokými koncentracemi prachu všech hmotnostních a věkových
kategorií.
Složení stájového vzduchu tedy závisí
na řadě faktorů (celkový počet zvířat, koncentrace zvířat na jednotku plochy,
celková hygiena prostředí, kvalita a intenzita větrání).
Jde o směs atmosférického vzduchu a
plynů vznikajících ve stáji. Je to zejména oxid uhličitý vydechovaný zvířaty,
amoniak z exkrementů a moči, sirovodík vznikající při hnilobném rozkladu
organických látek, bachorové a střevní plyny s převahou metanu a řada
dalších.
Hašek (1980) uvádí následující
průměrné složení atmosférického vzduchu v tabulce č.3:
Tabulka č.3 Průměrné složení atmosférického vzduchu
plynná složka |
chemická
značka |
obsah
složky dle |
|
objemu [%] |
hmotnosti [%] |
||
dusík |
N2 |
78,09 |
75,5 |
kyslík |
O2 |
20,95 |
23,17 |
argon |
Ar |
0,93 |
1,286 |
oxid uhličitý |
CO2 |
0,035 |
0,043 |
neon |
Ne |
1,8 . 10-3 |
1,2 . 10-3 |
helium |
He |
5,24 . 10-5 |
7,0 . 10-5 |
krypton |
Kr |
1,0 . 10-4 |
3 . 10-4 |
vodík |
H2 |
5,0 . 10-5 |
|
xenon |
Xe |
8,0 . 10-6 |
4,0 . 10-4 |
ozon |
O3 |
1,0 . 10-6 |
|
Kursa (1998) srovnává průměrné
složení atmosférického, vydechovaného a stájového vzduchu – viz tabulka č.4
Tabulka č.4 Průměrné složení atmosférického,
vydechovaného a stájového vzduchu
plyn |
vzduch |
||
atmosférický
[%] |
vydechovaný
[%] |
stájový [%] |
|
dusík |
78,09 |
78,09 |
78,09 |
kyslík |
20,95 |
16,40 |
19,6 – 20,7 |
oxid uhličitý |
0,035 |
4,24 |
0,2 – 0,4 |
Z několika set plynů,
které se nacházejí v odpadním vzduchu z objektů chovu hospodářských zvířat nebo
unikají do ovzduší ze skládek statkových hnojiv nebo při jejich aplikaci na
půdu, představují oxid uhličitý, amoniak, methan a oxid dusný především
globální problém, protože se jedná o tzv. „skleníkové plyny“, jimž se přisuzuje
podíl na globálním oteplování povrchu Země, zatímco z hlediska ochrany zdravých
podmínek života lidí, zvířat a dalších organismů mají největší význam emise
pachových látek, z bodových, liniových či plošných znečišťování ovzduší, které
obtěžují zejména obyvatelstvo v okolí až několika set metrů od chovných
objektů, skladů statkových hnojiv a hnojených polí. Množství škodlivých plynů
emitovaných do okolí stájí závisí primárně na počtu, druhu a kategorii v dané
lokalitě chovaných zvířat, použité technologii chovu a způsobu krmení a úrovni
organizace a řízení chovu, sekundárně na obsahu bílkovin v krmivech,
koncentraci vodíkových iontů ve statkových hnojivech, zejména tekutých,
podávání krmných aditiv, teplotě ovzduší, rychlosti výměny vzduchu, a
podestýlce. Pachy produkované v chovech zvířat vznikají převážně mikrobiálním
rozkladem zvířecích exkrementů a zbytků nespotřebovaných krmiv, případně
dalších odpadních materiálů.
Zápach z chovů zvířat je
tvořen složitou směsí několika tisíc sloučenin, v níž rozhodující roli z
kvantitativního hlediska hraje amoniak. Většina pachových látek je z chemického
hlediska na bázi dusíku, síry a kyslíku. Vzhledem k čichovému vnímání mají tyto
sloučeniny účinek synergický, aditivní nebo rušivý. Např. amoniak má
synergickou reakci s ostatními pachovými složkami a skutečný obsah amoniaku ve
vzduchu je vždy nižší než odpovídá čichové reakci.
Pachové látky primárně
znehodnocují prostředí ve stájích a sekundárně – jako imise v ovzduší – životní
prostředí (Minks aj., 1998).
Oxid
uhličitý (CO2 ) je stálou složkou stájového vzduchu, běžně bývá
v koncentracích 0,1 až 0,3 % objemových, tj. asi desetkrát více než ve
volné atmosféře. Ve velmi špatně větraných stájích může dosahovat koncentrací
0,4 až 0,6 %, lokálně a krátkodobě i více. Jde o bezbarvý plyn, bez zápachu,
dobře rozpustný ve vodě, těžší než vzduch. Převládající názor, že se hromadí
v nižších vrstvách stájového prostoru patrně není zcela jednoznačně
prokázán. Pokud je v přípustných koncentracích tak nemá účinky na
fyziologické funkce ustájených zvířat.
Hlavní
význam CO2 spočívá v indikaci kvality vnitřního vzduchu a tím i
účinnosti větracího systému.
6.1.1. Metody ke stanovení obsahu CO2
ve stájovém vzduchu
Nejčastějšími metodami používanými
pro detekci CO2 ve stájovém vzduchu jsou:
6.1.1.1. Orientační metody – stanovení pomocí indikátorových
trubiček
K orientačnímu stanovení CO2
ve stájovém prostředí potřebujeme na obou koncích vzduchotěsně zatavené
skleněné indikátorové trubice. Na povrchu trubic je znak výrobce, označení
typu, počet zdvihů nasávacího zařízení potřebných pro provedení měření,
stupnice a šipka označující směr proudění ovzduší při nasávání. Ve spojení
s detekčními trubicemi se k orientačnímu zjišťování koncentrace
škodlivin v ovzduší používá Nasavač Universál 86. Nasavač tvoří pryžový
měch oválného harmonikového tvaru, který je na obou koncích uzavřen plastovými
bočnicemi. Na jednu bočnici je našroubována hlavice s pryžovým těsněním a na
její olivku je navlečena pryžová hadice, do které se zasune detekční trubice. Vně
měchu na bočnicích jsou upevněny dva omezovací řetízky, které zajišťují
nastavení určitého nasávaného objemu vzdušiny. Na jednom řetízku bočnice je
ulamovač konce detekční trubice (viz obrázek č.58). Nasavač je s pohotovostním
pouzdrem vložen do brašny.
Obrázek č.58 Nasavač Universál 86
Po nasátí stanoveného množství
vzduchu přes trubici dochází k chemické reakci výplně trubice
s oxidem uhličitým obsaženým ve vzduchu, a podle rozsahu barevné změny
obsahu trubice vzniklé při reakci odhadujeme na stupnici obsah CO2.
Detekční trubice jsou prvotně určeny pro použití v prostorách
s předpokládaným vysokým obsahem CO2 ve vzduchu (záchranáři,
speleologové atd.), a proto je jejich měřící rozsah od 1obj.% do 16 obj%.
Postup při měření: (video)
1) Kontrola funkce nasávacího
zařízení. Nasavač je konstruován pro nasátí objemu 100+5 cm3
vzduchu na jeden zdvih. Pro správnou funkci musí být zajištěna jeho naprostá
těsnost. Těsnost zařízení kontrolujeme úplným stlačením měchu a následným
ucpáním nasávací hlavice. Pokud během 10 – 20 sekund nedochází n zpětnému
natahování měchu, je prokázána jeho těsnost.
2) Pomocí kovového oka ulamovače
zalomíme oba zatavené konce detekční trubice.
!!! Bezpečnostní opatření !!!
Podobně jako při manipulaci s kouřovými trubicemi, je
nezbytné i při práci s detekčními trubicemi dbát zvýšené opatrnosti při
zalamování konců trubice. Pracovat s nataženýma rukama co nejdále od očí,
zalamování provádět ve směru od těla – hrozí nebezpečí zasažení úlomky skla.
Trubice zásadně nezalamovat v prostoru výskytu chovaných zvířat – možnost
poranění končetin nebo kůže ležících zvířat střepy.
3) Nasazení trubice na pryžovou
hadici nasavače. Při této činnosti je nutné dbát na nasazení trubice ve
správném směru, tak aby šipka na detekční trubici směřovala směrem
k nasavači, a analyzovaný vzduch tedy procházel přes celou délku trubice
(viz obrázek č.59).
Obrázek č.59 Nasazení detekční CO2 trubice do
Nasavače Universál 86
4) Provedení deseti zdvihů nasavače.
Při nasávání je nutné dbát na dostatečné zmáčknutí měchu, jakož i na jeho následné
úplné natažení (poznáme podle napnutí omezovacích řetízků). Trubice jsou sice
konstruovány pro jedno nasátí nasavače (tedy pro 100 ml vzduchu), jejich měřící
rozsah (1% - 16%) však při tomto postupu znemožňuje jejich použití ve stájových
objektech, kde koncentrace CO2 běžně nepřesahuje 0,3 – 0,4%. Při
jednom zdvihu nasavače by tedy barevná změna na trubici byla prakticky okem
nedetekovatelná a chyba při takovém způsobu měření by byla velmi vysoká.
Omezujeme ji tedy větším množstvím prosávaného vzduchu (10 x 100 ml).
5) Odečtení výsledku. Po 10 nasátích
neprodleně odečítáme rozsah barevné změny na stupnici detekční trubice.
Výslednou naměřenou hodnotu je nutné dělit deseti v důsledku desetinásobně
vyššího množství analyzovaného vzduchu (viz obrázek č. 60).
Obrázek č.60 Barevná
změna v detekční trubici po nasátí objemu 10x100 ml vzduchu
6.1.1.2 Titrační analytická metoda
(Subbotin-Nagorski)
Jde o velmi přesnou metodu stanovení
obsahu oxidu uhličitého ve vzduchu, metoda je však velmi pracná a zdlouhavá,
proto je její význam ve veterinární a zemědělské praxi spíše okrajový a nachází
uplatnění spíše při vědeckých studiích.
Princip metody:
Jde o pohlcení oxidu uhličitého ze
známého objemu vzduchu do roztoku hydroxidu barnatého, za vzniku uhličitanu
barnatého.
Ba(OH)2 + CO2 ® BaCO3
+ H2O
Z rozdílu titrů hydroxidu
barnatého před a po reakci se vzdušným oxidem uhličitým stanovíme jeho obsah ve
vzduchu. Změnu titru hydroxidu barnatého reakcí s oxidem uhličitým za
vzniku uhličitanu barnatého prokazujeme titrací s kyselinou šťavelovou.
Postup:
1. Laboratoř
Před zahájením měření provedeme
v laboratoři první titraci roztoku hydroxidu barnatého s kyselinou šťavelovou.
Jako indikátor používáme fenolftalein. Spotřebu kyseliny šťavelové zaznamenáme
(x1).
Titrovaný roztok hydroxidu barnatého
přelijeme do připravené 100 ml láhve se zábrusem.
2. Stáj
Ve stájovém objektu naplníme 5 l
láhev s dvojitou zátkou stájovým vzduchem. Soustavu hermeticky napojíme na
100 ml láhev s hydroxidem barnatým, který přelijeme do láhve se stájovým
vzduchem a 10 minut protřepáváme. Poté přelijeme hydroxid barnatý
s pohlceným oxidem uhličitým zpět do 100 ml láhve.
3. Laboratoř
Po převezení vzorků hydroxidu
barnatého s pohlceným a chemicky vázaným oxidem uhličitým do laboratoře
necháme tyto 16 hodin odstát aby došlo k sedimentaci vzniklé sraženiny. Po
této době provedeme druhou titraci vzorku roztoku hydroxidu barnatého s kyselinou
šťavelovou za použití fenolftaleinu jako indikátoru. Spotřebu kyseliny
šťavelové opět zaznamenáme (x2).
Výpočet:
X = X1
– X2 = ml (COOH)2 ® mg CO2
ve vytřepaném objemu vzorku vzduchu
Výpočet CO2 ve 100 ml
vzduchu:
Přepočet na objemová procenta:
VCO2 = MCO2
. 0,509 [% obj.]
6.1.1.3. Metoda infračervených
senzorů
Princip metody:
Infračervené spektrofotometry jsou
určeny ke zkoumání struktury látek a k identifikaci organických sloučenin i pro
jejich kvantitativní analýzu. Jsou to však složitá a nákladná zařízení,
využívaná především v laboratorní praxi. Za provozní přístroje jsou voleny
infračervené bezdisperzní analyzátory.
Bezdisperzní přístroje pracují bez rozkladu světla a využívají absorpci ve
velmi široké oblasti spektra. U provozních přístrojů se používají vlnové
délky od 0,7 do 10 nm. Bezdispezní analyzátory jsou mnohem jednodušší, levnější
a mechanicky odolnější než disperzní přístroje.
Selektivity se u bezdisperzních
analyzátorů, které pracují s neselektivním zdrojem záření, nejčastěji dosahuje
použitím selektivního detektoru, jenž reaguje jen na určitou vlnovou délku nebo
oblast záření. Schéma takového přístroje je nakresleno na následujícím obrázku.
Obrázek č.61 Schéma infračerveného bezdisperzního
analyzátoru
Infračervené záření vychází ze dvou
zářičů a je usměrňováno pomocí parabolických zrcadel. Zářiči většinou jsou
kovová vlákna nebo pásky elektricky
žhavené na teplotu asi 600 až
800°C. Svazky paprsků procházejí měřicí a srovnávací kyvetou do detektoru.
Vnitřní povrch kyvet bývá pozlacený, okénka jsou zhotovena z materiálu
propouštějícího infračervené záření (slída, KCl, NaCl). Srovnávací kyveta je
naplněna plynem, jenž neabsorbuje infračervené záření. Měřicí kyvetou protéká
analyzovaný plyn. Obsahuje-li látku absorbující v infračervené oblasti, je
záření příslušných vlnových délek pohlcováno a na detektor dopadá záření
zeslabené úměrně ke koncentraci vzorku. Detektor je tvořen dvěma komorami
naplněnými měřeným plynem. V komorách detektoru se absorbuje infračervené
záření těch vlnových délek, které odpovídají měřené látce. Tímto uspořádáním se
dosahuje selektivity měření.
Princip metody tedy spočívá v absorbování
infračerveného paprsku, pohlceného na CO2.
6.1.2. Příklady přístrojů
využívajících infračervených senzorů
Příkladem přístrojů využívajících
tohoto principu měření jsou:
Dräger Multiwarn II
Jedná se o 4-plynový nebo 5-plynový detektor s infračerveným
senzorem. Je to variabilní měřicí přístroj pro měření jednoho až pěti plynů. Je
určen pro osobní a prostorová měření výskytu toxických nebo výbušných plynů a
nedostatku nebo nadbytku O2 (viz obrázek č. 62).
Obrázek č.62
Přístroj Dräger Multiwarn II
Přístroj má řadu možných
konfigurací :
- jeden volitelný infračervený senzor pro měření koncentrace
CO2 (pracuje v rozsahu 0 – 25 obj. %)
- jeden katalytický Ex senzor (pro hořlavé plyny a páry)
- tři volitelné elektrochemické senzory (pro měření
koncentraceO2, toxických plynů)
- výběr ze 13 nástrčných, inteligentních, uživatelsky
libovolně vyměnitelných elektrochemických senzorů pro měření více než 35
různých plynů (přístroj svou pamětí rozpozná typ senzoru)
- volitelně s interní pumpou
- volitelně s 50 hod. pamětí a mnohostranným softwarovým
vybavením
Multiwarn II může sledovat a případně spustit alarm pro
maximálně 5 nebezpečných plynů, např.:
EX (0-100 DMV), CO2 (0-25 obj. %), O2
(0-25 obj. %), H2S (0-100 ppm), CO (0-500 ppm).
Multidetektor Multiwarn II SD
Jde o základní přenosný difusní
detektor pro současné měření až 5 plynů (1x explozivní, 3x toxický, 1xIR) viz
obrázek č.62.
Obrázek č.63 Multidetektor Multiwarn II SD
Čistý amoniak se za normálních podmínek
vyskytuje jako bezbarvý plyn, který silně čpí. Má zásaditou povahu, je žíravý a
dráždivý. Za vysokého tlaku se dá amoniak skladovat jako kapalina. Dobře se
rozpouští ve vodě a reaguje s kyselinami za vzniku amonné soli.
Amoniak a amonné sloučeniny patří v
zemědělství k nejpoužívanějším hnojivům. Plynný amoniak se stále více používá v chladírenství
jako náhrada freonů.
Amoniak se také běžně používá jako
bělící a čistící činidlo v průmyslu i v domácnostech. Používá se v
nejrůznějších průmyslových procesech včetně výroby hnojiv, umělých hmot,
výbušnin, farmaceutických výrobků, kaučuku a v petrochemii. Amoniak působí
fungicidně, a proto se používá ke kontrole růstu hub na ovoci.
Amoniak je také důležitou součástí
přírodního koloběhu dusíku. Vzniká při rozkladu organických materiálů, zejména
bílkovin. Ve vodě a v aerobních půdách se přeměňuje na kyselinu dusičnou, která
je společně s rozpuštěným amoniakem hlavní formou sloučenin, ze kterých
rostliny odebírají dusík potřebný pro svůj růst. Suchozemští živočichové včetně
lidí vylučují nadbytek dusíku ve formě močoviny (sloučenina amoniaku a oxidu
uhličitého). V důsledku mikrobiálních reakcí se močovina snadno rozpadá a
uvolňuje amoniak.
Většina amoniaku uvolňovaného do
atmosféry pochází z rozkladu živočišných a lidských odpadů. Vysoké hladiny
hnojení dusíkatými hnojivy mohou mít za následek vyluhování velkých množství
dusičnanů do spodní vody, která je pak buď nevhodná pro lidskou spotřebu, anebo
vyžaduje nákladné úpravy pro snížení koncentrace dusičnanů na přijatelné
hodnoty. Menší, člověkem vytvořené zdroje unikání amoniaku, zahrnují používání
hnojiv a rozklad vegetace i odpadů, stejně jako některé průmyslové procesy.
Amoniak je jedním z plynů obsažených
v „kyselých deštích“, které hrají důležitou roli v přepravě kyselých
znečišťujících látek na velké vzdálenosti s negativním vlivem na vegetaci i
živočichy.
Množství celosvětových emisí amoniaku
se odhaduje v rozsahu 22-35 milionů tun ročně. Z toho přibližně 1 - 2 mil. tun
(5 %) tvoří emise přírodního původu, na nichž se významně podílí chov
hospodářských zvířat. V chovatelsky vyspělých zemích se celkové emise amoniaku
pohybují v rozsahu 10 - 25 kg dusíku/ha/rok. Tvorba amoniaku souvisí s
mikrobiálním rozkladem dusíkatých sloučenin, především močoviny a kyseliny
močové, přičemž rozhodující roli hraje hodnota pH podestýlky nebo hnoje. V
tomto prostředí se amoniak vyskytuje ve dvou formách, jako plynný NH3
nebo jako amoniový kationt NH4+. Uvolňování amoniaku je
malé, když hodnota pH hnoje je nižší než 7,0 a naopak značné, když hodnota pH
je vyšší než 8,0 (Zapletal aj., 2001).
Amoniak vzniká především
rozkladem močoviny nebo kyseliny močové v exkrementech zvířat. Na tomto
rozkladném procesu má významný podíl enzym ureáza (amidohydroláza), kterou
produkují hlavně některé fekální mikroorganismy. Ureáza může být obsažena i v
některých krmivech např. semena luštěnin a jejich zkrmováním obohacovat
exkrementy zvířat. Omezením působení ureázy v exkrementech lze významně omezit
a zpomalit rozklad močoviny a snížit tak produkci amoniaku.
Amoniak emitovaný do
okolí stájí má celou řadu negativních účinků na životní prostředí. Nejvýrazněji
se jeho nežádoucí vliv projevuje odumírání stromů, zejména jehličnanů v
blízkosti emisních zdrojů. Vzájemný je v této souvislosti vliv amoniaku na
okyselení půd. Podstatou tohoto jevu je skutečnost, že v dešťových vodách v
blízkosti zemědělsky využívaných ploch je zjišťován vysoký obsah amoniaku,
jehož ionty jsou v půdě mikrobiální činností rozloženy na dusičnany, které
snižují pH až na hodnotu kolem 4,0. V tak kyselém prostředí se z půdy jednak
vyplavují potřebné živiny a současně se z jílovitých minerálů uvolňují pro
půdní a vodní organismy jedovaté kationty hliníku a dalších těžkých kovů, které
se pak s živinami vážou do komplexů, které již rostliny nemohou využít a navíc
mohou tyto toxické ionty prosakovat i do spodních vod. Významný je rovněž
dálkový přenos amoniaku, který může poškozovat ekosystémy poměrně vzdálené od
zdroje (Zapletal aj., 2001).
6.2.2. Vliv amoniaku na složení stájového vzduchu
Při nedostatečném přívodu čerstvého
vzduchu a jeho rozdělení dochází ve stáji k hromadění škodlivých plynů. Jedná
se o výpary (H2O), oxid uhličitý (CO2), amoniak (NH3)
a sirovodík (H2S). Spolu s CO2 a ostatními vlhkými látkami
(zdivo, podestýlka, krmivo) vytváří složitý chemický komplex amonných solí,
které se vlivem kolísající teploty rozkládají a opětně vážou. Měřením byla
prokázána dynamická rovnováha mezi amoniakem a oxidem uhličitým. Přesto, že je
NH3 podstatně lehčí než vzduch, nelze jednoznačně konstatovat, že se
hromadí ve vyšších vrstvách ovzduší ve stáji. Největší koncentrace bývají
zjišťovány v místech blízkých jeho zdrojům (podestýlka, podlahy, močůvkové
žlábky).
S jednotlivými druhy a kategoriemi
zvířat a metodami odklizu výkalů je spojen charakteristický zápach. Tento
zápach pochází ze směsi mastných kyselin, esterů a aminofenolů, které jsou
vnímatelné již v nízkých koncentracích. Ze škodlivých plynů se na zápachu
podílí pouze amoniak. Produkce amoniaku ve stájovém prostředí je závislá na
době, po kterou ve stájovém prostředí přetrvávají exkrementy hospodářských
zvířat, tedy na technologii jejich odklizu. Z tohoto hlediska považujeme
vyšší výskyt amoniaku ve stájovém prostředí za indikátor jeho nedostatečné čistoty. Ve stájovém prostředí obvykle
kolísá obsah NH3 v ovzduší v rozmezí 0,0001 do 0,003 obj.
%, (1 – 30 ppm). S jeho vyššími koncentracemi se obvykle setkáváme ve
stájích pro prasata, drůbež a koně a podle Kursy (1998) zde mohou dosahovat
hodnot až 0,005 – 0,02 obj. % (50 – 200 ppm).
6.2.3. Vliv amoniaku na
zdravotní stav a welfare
Práh
vnímatelnosti zápachu pro amoniak leží mezi 0,01 a 0,05 ppm. V rozmezí 30
- 50 ppm lze očekávat známky podráždění spojivek a sliznice dýchacích cest,
jakož i zvýšenou vnímavost k infekcím respiračního aparátu v důsledku
snížené činnosti řasinkového aparátu. Amoniakální zápach je pak zřetelný a
nepříjemný. Při koncentraci NH3 ve stájovém ovzduší nad 100 ppm se
snižuje příjem krmiva a snižují se přírůstky. Při chronickém zatěžování NH3
ve stájovém ovzduší dochází k postupnému navykání zvířat, které se
vysvětluje vytvářením lipoidní ochranné vrstvy v alveolech. To však
zatěžuje celkovou výměnu plynů a snižuje intenzitu růstu (Svoboda a Drábek
2005).
Kursa (1998) uvádí,
že extrémně vysoké koncentrace čpavku 0,1 – 0,15 obj. % (1000 – 1500 ppm)
vyvolávají krvácení na sliznicích dýchacích cest, emfyzém plic, poškození CNS
s rozvojem křečí, dyspnoí a komatózními stavy. Nejzávažnější je chronické
zatížení organismu při překračování maximální přípustné koncentrace, kdy vedle
dráždivého účinku na sliznice dochází až k poleptání epitelu sliznic
čpavkem rozpuštěným v hlenu nebo tekutině na jejich povrchu. Tím se poruší
lokální nespecifická obrana a je uvolněn prostor pro nejrůznější infekce.
U člověka se za nízkých koncentrací
amoniaku ve vzduchu objevuje celá řada negativních účinků jako je například
kašel, podráždění očí, nosu a hrdla. Při vysokých hodnotách koncentrací mohou
vznikat záněty kůže, očí, hrdla a plic. Lidé, kteří přicházejí s amoniakem
dlouhodobě do styku mohou mít chronické dýchací potíže, zelený zákal nebo
onemocnění rohovky.
Ochodnický a Poltársky
(2003) uvádějí povolenou koncentraci amoniaku do 0,002 % obj. tj. 20 ppm, Kursa
(1998) pak uvádí nejvyšší přípustnou koncentraci ve všech stájích 0,0026 %
obj., tj. 26 ppm.
6.2.4. Metody ke stanovení obsahu NH3
ve stájovém vzduchu
Podobně jako u oxidu uhličitého
můžeme metody pro stanovení obsahu amoniaku ve stájovém vzduchu rozdělit do tří
skupin:
1. Metody orientační
2. Metody titrační – analytické
3. Metody fotometrické
4. Metody používané v plynových
analyzátorech (elektrochemicky)
1.
Stanovení pomocí detekčních trubiček
Při stanovení obsahu amoniaku ve
vzduchu pomocí detekčních trubiček postupujeme stejným způsobem jako u
ostatních plynů. Používá se pouze jiný typ detekčních trubic
s růžovo-fialovou krystalickou náplní, výrobcem označených symbolem NH3.
Po zalomení obou zatavených konců trubice a deseti nasátích 100 ml vzduchu
pomocí nasavače odečítáme rozsah barevné změny v náplni trubice (viz
obrázek č.64).
Obrázek č.64 Barevná změna v indikátorové trubici po
reakci a amoniakem ze stájového vzduchu
Tento způsob stanovení amoniaku je
však vzhledem k ceně detekčních trubic poměrně nákladný, a proto
v případě nutnosti měření na větším počtu stanovišť nenachází
v bioklimatologických měřeních širšího uplatnění.
2. Stanovení pomocí indikátorových
papírků
Jde o velmi rychlé, a přitom
dostatečně přesné měření. Princip stanovení je založen na vlastnostech
amoniaku, který se v plynné formě chová jako zásada, a tedy ovlivňuje i
reakci vzduchu s měřícími pH papírky.
Rychlá sada pro stanovení amoniaku (Ammonia quick test kit) je komerčně dodávaný jednoduchý
test, který obsahuje nádobku s destilovanou vodou a indikátorový pH
papírek (viz obrázek č.65).
Obrázek č.65 Ammonia quick test kit
Po jeho namočení vodou a dostatečné
expozici ve stájovém prostředí měřící osoba porovná barevnou změnu
indikátorového papírku s přiloženou barevnou stupnicí, na které jsou přímo
vyznačeny odpovídající koncentrace amoniaku v stájovém vzduchu v jednotkách
ppm. Vzhledem k finančním nákladům a obtížné dostupnosti této sady na
našem trhu lze doporučit jako její plnohodnotnou náhradu použití
pH papírků MULTIPHAN Lachema Brno.
Postup při práci
s indikátorovými papírky: (video)
- dostatečné navlhčení indikátorového
papírku destilovanou vodou
- nejméně 15 – 30 sekund expozice
v měřeném prostředí. Z našich měření vyplývá doporučení
s papírkem pohybovat z důvodů jeho lepšího kontaktu
s analyzovaným vzduchem.
- porovnání zbarvení papírku
s přiloženou barevnou stupnicí dle obrázku č.66 a následné vyhodnocení
obsahu amoniaku ve vzduchu podle následující tabulky:
Tabulka č.5 Přibližné hodnoty amoniaku v ovzduší
v závislosti na pH
pH |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
NH3 [ppm] |
0 |
5 |
10 |
20 |
50 |
100 |
Obrázek č.66 Zabarvení
indikátorových pH papírků po expozici ve stájovém ovzduší
6.2.4.2. Analytická – titrační metoda
(metoda odměrného stanovení)
Podstata zkoušky (ČSN 83 4728 část 3)
1. Amoniak se izoluje ze vzorku
absorpcí v roztoku kyseliny sírové. Alikvotní část se destiluje
s vodní parou v Parnas-Wagnerově přístroji a uvolněný amoniak se
pohlcuje v odměrném roztoku kyseliny sírové. Přebytek kyseliny se stanoví
titrací odměrným roztokem hydroxidu sodného na methyl-červeň nebo směsný
indikátor dle Tashira.
2. Metody se užije ke stanovení
obsahu amoniaku od 400 do 20 000 mg.m-3 při objemu plynného
vzorku 50 l. Rozsah je možno rozšířit úpravou objemu vzorku při odběru.
3. Stanovení ruší těkavé aminy
Výpočet:
Obsah a amoniku (cNH3)
v mg.m-3 suchých odcházejících plynů za normálních podmínek se
vypočítá podle vzorce:
kde VNH3 je objem NH3
za normálních podmínek, ekvivalentní obsahu amoniaku ve vzorku, v l. U
obsahu do 3g.m-3 může být VNH3 zanedbán.
Metoda je dostatečně přesná, avšak
vzhledem k její časové a provozní náročnosti se v praxi téměř
nepoužívá, její využití je omezeno výhradně pro experimentální účely.
6.2.4.3. Metoda fotometrického
stanovení
Podstata zkoušky (ČSN 83 4728 část 4)
Amoniak se izoluje ze vzorku absorpcí
v roztoku kyseliny sírové. Z alikvotní části roztoku se
v mikrodestolačním aparátu oddestiluje amoniak a pohltí ve vodě. Obsah
amoniaku v destilační předloze se stanoví fotometricky za použití
Nesslerova činidla.
Rozsah užití:
Metody se užije ke stanovení obsahu
amoniaku od 1 do 400mg.m-3 při objemu plynného vzorku 50 l.
6.2.4.4. Metoda potenciometrická
Podstata zkoušky (ČSN 83 4728 část 5)
Amoniak se izoluje ze vzorku absorpcí
v roztoku kyseliny sírové. Obsah amonných iontů se zajistí na základě
potenciálu selektivní amoniakové elektrody, který se ustaví při jejím ponoření
do vhodně zředěného roztoku vzorku.
Rozsah užití:
Metody se užije ke stanovení obsahu
amoniaku od 5 do 20000 mg.m-3 při objemu plynného vzorku 50 l.
6.2.4.5. Elektrochemické metody
Elektrochemické metody využívá mnoho
typů senzorů. Pro analýzu plynů jsou to zejména senzory ampérometrické a
galvanometrické. Elektrochemické senzory se uplatňují především při měření
koncentrace kyslíku a při měření nízkých koncentrací některých toxických plynů.
Ampérometrické senzory jsou založeny na měření proudu procházejícího
mezi dvěma elektrodami ponořenými do roztoku elektrolytu. Do měřicího obvodu je
zapojen zdroj stejnosměrného napětí. Hodnota vloženého napětí musí odpovídat
tzv. limitnímu proudu určované složky v měřeném médiu. Velikost limitního
proudu je funkcí koncentrace měřené složky (viz obrázek č.67).
Obrázek č.67 Schéma
elektrochemického senzoru s pevným elektrolytem
Galvanometrické senzory využívají princip
galvanického článku. Elektrodový systém je oddělen od analyzovaného média
permeabilní membránou, vyrobenou např. z teflonu, polypropylenu či silikonového
kaučuku. Membrána je propustná pouze pro plyny, nikoliv pro vodu a ionty.
Elektrochemické senzory různých
výrobců se mohou lišit elektrolytem, který bývá většinou vodný, ale i
organický, dále tvarem, přístupem plynu k měřicí elektrodě a počtem elektrod.
Pro základní funkci senzorů postačují dvě již popsané elektrody, u přesnějších
senzorů se obvykle přidává třetí, referenční elektroda, která se neúčastní
elektrochemických dějů. Je určena ke stabilizaci potenciálu pracovní elektrody
a umožňuje rozšířit lineární oblast měření. Elektrochemické senzory se oproti
katalytickým a polovodičovým vyznačují velmi dobrou selektivitou. Přesto se v
určitých případech projevuje citlivost i na jiné látky, než pro které jsou
určeny. Do jisté míry ji lze odstranit aplikací katalyzátorů, vhodným
nastavením pracovního potenciálu, použitím speciálních filtrů nebo softwarově.
Nevýhodou elektrochemických senzorů je dosti krátká životnost, která se
pohybuje od jednoho roku do tří let.
Oblast použití elektrochemických
senzorů je velmi široká. Uplatňují se v přenosných i stabilních
analyzátorech a v monitorovacích zabezpečovacích systémech, kde slouží
k monitorování toxických látek v ovzduší (např. CO v garážích, NH3
a freony v chladírenských prostorách apod.). Společně s pelistory a
polovodičovými senzory se využívají v multifunkčních analyzátorech, které se
osazují několika typy senzorů. Například multifunkční přenosný přístroj MX21
firmy Oldham může být vybaven až čtyřmi různými senzory pro simultánní měření
čtyř různých složek ve vzorku plynu. Podobné možnosti poskytuje i přenosný
přístroj Multiwarn firmy Dräger.
Sirovodík je silně páchnoucí silně
toxický plyn. Jde o vodorozpustný plyn, těžší než vzduch. Vzniká při hnilobných
procesech – anaerobním rozkladem organických látek, zejména bílkovin
s vyšším obsahem sirných aminokyselin. Ve stájovém prostředí se
s tímto plynem můžeme setkat u zaroštovaných ustájení, kdy při zdržení
tekutého hnoje v podroštových prostorech dochází k jeho vyšší
produkci. K vniknutí nahromaděného plynu nad plochu roštů do životní zóny
zvířat pak může dojít při odklizu tekutého hnoje nebo při špatně řešeném
(zejména podtlakovém) způsobu větrání, kdy plyn může být z podroštových
prostor nasát do stájového prostředí. Ve stájích s kompaktní podlahou se
s výskytem sirovodíku setkáváme zcela ojediněle, a to pouze
v případě, že zvířecí exkrementy dlouhou dobu přetrvávají ve stájových
prostorách, a mohou se tedy v nich ve větší míře rozvinout hnilobné
pochody. Ze zoohygienického hlediska tedy sirovodík považujeme jednoznačně za
indikátor hnilobných pochodů při velmi
hrubém zanedbání hygienické péče.
6.3.1. Vliv sirovodíku
na zdravotní stav a welfare
Podle Kursy (1998) vniká sirovodík do
organismu dýchacími cestami. Při vysokých koncentracích mají případné otravy
zpravidla perakutní průběh neboť dochází k ochrnutí dýchacího centra a
kardiovaskulárního systému. Sirovodík má podobně jako amoniak metatoxický
účinek (dlouhodobý účinek zvýšené, netoxické koncentrace jedů), který se
projevuje tím, že připravuje podmínky pro jiná (zejména infekční) onemocnění.
Přímý účinek sirovodíku na sliznice není tak významný jako u čpavku. Účinek
sirovodíku potencují i jiné stájové plyny a vysoká vzdušná vlhkost. Nebezpečný
je jeho kumulativní charakter, kdy se při vdechování nízkých koncentrací
sirovodík v organismu zadržuje a dochází k chronickým otravám, které
se projevují celkovou slabostí, poklesem živé hmotnosti, pocením,
konjunktivitidami a katary horních cest dýchacích.
Ochodnický a Poltársky (2003) uvádějí
jako nejvyšší přípustnou koncentrace sirovodíku ve stájích pro hospodářská
zvířata je do 0,001 obj. % (, 2003).
6.3.2. Metody ke stanovení obsahu H2S
ve stájovém vzduchu
Orientační metody – indikátorové
trubice
Obrázek č.68 Detekční
trubice pro stanovení H2S
Plynové analyzátory – elektrochemické
metody