这个简单的化学陷阱告诉我们空气中有什么东西

化学有多政治化?最近政治话语的性质发生了意想不到的变化,这突显了政治对我们所有人生活的影响。但反过来呢?化学家是否应该在政治上更加活跃,并将他们的工作导向政治议程?这是一位美国科学家在研究中提出的问题,他发明了一种极其简单的空气污染监测技术。

爱德华Palmes

爱德华Palmes

美国环境科学家(1916-2004)。空气质量研究的先驱和帕尔梅斯管的发明者

爱德华·帕尔梅斯出生在美国莫比尔的一个普通家庭。虽然他是一个优秀的学生,但他几乎没有机会在高中以后继续学习。但当他的哥哥获得了附近的斯普林希尔学院(Spring Hill College)的足球奖学金时,他签了字,条件是也要给艾德提供一个名额。艾德抓住了这个机会,保持着优异的成绩和扎实的运动能力。在搬到华盛顿特区的乔治敦大学学习生物化学之前,他在科学和古典文学方面都取得了最高分,成为了当年的毕业生代表。二战中期毕业后,他被派往肯塔基州的诺克斯堡,那里也是装甲医学研究实验室的所在地。在那里,帕尔梅斯研究了极端高温对士兵的影响;对于被困在坦克内部的部队来说,这是一个重要的问题

他发表了一系列论文,详细介绍了在密闭空间中确定受试者皮肤温度的方法,并开发了一种量化被限制在小房间中的人皮肤蒸发水分损失的方法。采用红外光谱法定量测定循环空气的含水率;代谢用单独的呼吸回路单独监测。实验持续了4到8个小时,温度远高于30°C,有时病人还会发烧,这并不好玩。正如帕尔梅斯干巴巴地指出的那样:“在‘无意识的’失水、大量且高度可变的出汗以及剧烈颤抖的寒战期间,获得了令人满意的结果。”

在诺克斯堡的时候,帕尔梅斯遇到了两位同事,诺顿·纳尔逊和罗伊·艾伯特,他将与他们一起开展这些研究,并成为一生的朋友和合作者。他们开始研究肺部气体的行为,通过使用气溶胶来了解肺部的混合,经常在自己身上进行实验。这些论文典型地带有帕尔梅斯思维方式的特征。一个简单的物理原理被用来开发一种方法,以仔细的数学分析为基础,伴随着仔细的校准。这延伸到他和他的孩子们一起开发的科学展览项目。他曾经用一台军队剩余的发电机造了一个风速计,它由四个塑料碗驱动,碗绕着轴转动;他们把这个装置绑在家用汽车的车顶上进行校准,然后以不同的速度开着这辆车来回行驶。另一个实验是和儿子约翰一起做的,他们用一套以气压为基础的称重秤:一个注射器通过旋塞连接到两个U形管中的一个上——分别装满水银和水,用来称较重或较轻的物品。约翰回忆起他的父亲说:“科学就是找出如何测量事物的方法,但你必须知道你为什么要测量它。”

手掌扩散管划线

帕尔梅斯扩散管

纳尔逊转到纽约大学环境医学系,并很快招募艾伯特和帕尔梅斯加入他的行列。这项工作迅速扩展到致癌性研究,研究范围广泛的潜在化学致癌物以及辐射的影响。他们进行了大量的动物研究,逐渐了解了吸入的化学物质和灰尘在肺部的沉积。1970年左右,帕尔梅斯开始思考化学剂量学的概念,类似于辐射徽章。他的想法是,被动扩散到化学陷阱中的速度可能使这成为可能。通过测量捕获的物质的数量并使用菲克扩散定律,就有可能回到佩戴者的平均暴露水平。帕尔梅斯请他的博士后阿尔伯特·甘尼森测试一个原型。他们首先从水分开始,检查吸湿材料的增重情况。他们相信这个原理是正确的,于是转向二氧化硫,由于它在空气污染中的重要性,这在当时是一个重大挑战。然后他们转向二氧化氮。

一根短塑料管上装有一组浸泡在三乙醇胺(一种常规用于捕获NO的试剂)中的钢网2通过转化为亚硝酸盐。两端的盖子确保栅格一端牢固地固定住,而试管可以在采样周期开始时打开,然后再次密封以运输到实验室。Griess重氮化被用来生成一种粉色染料,然后可以用比色法进行定量。这种方法是如此坚固和简单,管子可以戴在翻领上。帕尔梅斯还用这些管子来研究燃气灶是否会产生大量的一氧化氮2在厨房里——有些人这样做了。

帕尔梅斯有其他的项目,他继续前进,可能从未意识到他的发明的影响。今天,如果你在任何搜索引擎中输入“Palmes扩散管”,你会发现它们在世界各地被用于不同气体的指示性空气质量监测。越来越多的民间科学家正在利用它们来说服当局对空气污染采取行动的必要性。在英国,环境、食品和农村事务部(Department for Environment, Food & Rural Affairs)在网上发布了强有力的协议。

如果政治有时被描述为可能性的艺术,那么帕尔梅斯向我们展示了这些可能性可以——实际上必须——被告知是科学的工具。毕竟,没有数据,我们是盲目的。

致谢

我非常感谢约翰和莫妮卡·格拉宾和阿尔伯特·甘尼森的回忆,感谢穆基·哈克雷、阿洛姆·沙哈和达伦·卡鲁阿纳的鼓舞。