معرفی گاز نیتروس اکساید

گاز نیتروس اکساید:
یتروژن مونوکسید با فرمول شیمیایی N2O گازی از ترکیبات نیتروژن است که با نام های گاز خنده، نیتروس اکساید و گاز صناعی نیز شناخته می شود.

این گاز یکی از قدیمی ترین و مهم ترین گازها در علم پزشکی برای بیهوشی و بی حسی محسوب می شود. هم چنین امروزه از این گاز در صنایع مختلف دیگری نیز استفاده می شود.

آغاز و تولید گاز نیتروس اکساید:
شخصی به نام «جوزف پرستلی» در سال 1774 با پاشیدن نیتریک اسید بر روی براده های آهن نیتروس اکساید را ساخت. تقریباً تا مدت ها کمتر کسی از کاربردها و ویژگی های این گازِ به ظاهر بی رنگ و نشان خبر داشت و اغلب به عنوان ماده ی توهم زا و سرخوش کننده در میان مردم شناخته و مصرف می شد.

تا اینکه در سال 1800 (سر همفری دیوی) در کتاب خود به خواص فیزیکی و شیمیایی نیتروس اکساید اشاره کرد؛ و در 1844 (هوراس ولز) بر اساس داده های این کتاب، برای اولین بار از گاز نیتروژن مونوکسید به عنوان ضد درد در دندانپزشکی استفاده کرد؛ و حدود 20 سال بعد (گاردنر کویینسی کولتون) با افزودن اکسیژن به این گاز، از خطرات احتمالی آن در عمل های جراحی به عنوان داروی بی هوش کننده و ضد درد کاست.

در اواخر قرن 19 نیتروس اکساید در عمل های سزارین و زایمان های طبیعی به عنوان بی حس کننده و تسکین دهنده ی درد به طور گسترده ای استفاده می شد. تا اینکه در اوایل قرن 20 به عنوان داروی بیهوشی و کنترل کننده ی درد، در سایر اتاق های عمل جراحی نیز به کار گرفته شد و تا امروز دارویی ماندگار در علم بیهوشی باقی مانده است.

خاصیت فیزیکی و شیمیایی گاز نیتروس اکساید:
نیتروس اکساید گازی متشکل از 2 اتم نیتروژن و 1 اتم اکسیژن با وزن مولکولی 44 و بی رنگ، بی بو، بی طعم است. باوجود خاصیت غیرقابل اشتعال بودن، به دلیل خاصیت اکسندگی در تقویت شعلهٔ آتش مؤثر می باشد.

در دمای اتاق به شکل گازی بی اثر با واکنش پذیری بسیار کم، در فشار 50 اتمسفر به صورت مایع در سیلندرهای مخصوص نگهداری می شود؛ با این وجود با افزایش دما میل به واکنش نیز در این ترکیب زیاد می شود. گاز نیتروس اکساید به طور طبیعی از گاز تولیدشده ی کود وارد اتمسفر می شود و به دلیل وجود عنصر نیتروژن در ساختار خود، جزو گازهای گلخانه ای است که برای لایهٔ ازون خطرآفرین و از گازهای آلوده کنندهٔ هوا محسوب می شود.

تهیه ی گاز نیتروس اکساید:
گاز نیتروس اکساید یا نیتروژن مونوکسید به 2 روش در صنعت و آزمایشگاه ساخته می شود. روش اول از طریق واکنش دادن نیتریک اسید با براده های آهن است؛ و روش دوم از طریق گرما دادن به نیترات آمونیوم تا دمای 270 الی 300 درجهٔ سانتی گراد انجام می شود. درروش 2 نیتروس اکساید به همراه چند گاز دیگر تولید می شوند که از طریق روش های جداسازی و خالص سازی درنهایت گاز نیتروس اکساید به دست می آید.

کاربردهای گاز نیتروس اکساید در صنایع:

 پزشکی و دندانپزشکی:
همان طور که اشاره کردیم اولین بار نیتروژن مونوکسید به عنوان بی حس کننده در دندانپزشکی مورد استفاده قرار گرفت. پس از آن در مدت زمانی کوتاه به صورت یک داروی بی هوش کننده و بی حس کننده برای سایر عمل های جراحی نیز به طور گسترده معرفی و عرضه شد.

بااینکه این گاز بر روی تمام حس های شش گانه اثر می گذارد؛ اما به عنوان یک بی هوش کنندهٔ ضعیف به حساب می آید و برای بیهوشی های کامل با داروهای دیگر ترکیب می شود، اما ازلحاظ مدت زمان کوتاه در اثربخشی مورد تأیید است.

چراکه تنها پس از 30 ثانیه بعد از استنشاق، اثراتش بر روی حواس شروع می شود و ظرف 2 الی 3 دقیقه به اوج اثربخشی خود می رسد؛ و از طرفی در صورت قطع تماس با گاز نیز، آثارش ظرف 3 الی 5 دقیقه به کلی از بین می رود.

غلظت های متنوع نیتروس اکساید طیفی از اثرات متفاوتی را در بی حسی و بیهوشی به جا می گذارد. برای مثال از غلظت 20 الی 30 درصد که اثرات بی دردی دارد تا غلطت 70 درصد که فرد را در آستانهٔ بیهوشی نسبی قرار می دهد توسط پزشکان به کار گرفته می شود.

بااینکه مکانیسم دقیق و مشخصی تاکنون برای این گاز در بی حسی پیدا نشده است، اما شواهدی اثر این گاز را بر مراکز دریافت حس در مغز و نخاع تأیید می کند. از مزایای استفاده از نیتروژن مونوکسید به عنوان بی هوش کننده و بی حس کننده و ضد درد، عدم متابولیز و تغییر ساختاری این گاز درون بدن است.

به طوری که بدون تغییر ساختاری، مقادیر اضافی اش در بدن از طریق ریه ها دفع می شود. هم چنین گزارش هایی مبنی بر مرگ یا اثرات مخرب این گازبر روی کلیه ها، کبد و سایر اعضای داخلی تاکنون به چشم نخورده است.

نیتروس اکساید در جراحی چشم:
مواردی نیز برای منع مصرف یا کنترل غلظت این گاز برای بیماران تحت شرایط خاص وجود دارد. برای مثال گاز نیتروس اکساید برای بیمارانی که جراحی چشم داشته اند تجویز نمی شود. چراکه در صورت وجود حباب گاز در چشم، به توسعه و تشدید این حباب ها کمک می کند.

هم چنین برای کسانی که صدماتی به جمجمه داشته اند؛ به دلیل کمک به افزایش فشار داخل جمجمه، یا خطر به دام افتادن هوا در بدن تجویز نمی شود. هم چنین تجویز زیاد گازنیتروس اکساید برای افراد مستعد، خطر کاهش چشمگیر ویتامین B12 را در پی دارد.

مواردی مانند کاهش فشارخون، تحریک سیستم اعصاب مرکزی و پیامدهایی مانند سرگیجه، سردرد، آپنهٔ تنفسی و عوارض گوارشی مانند تهوع از عوارض پس از مصرف نیتروس اکساید به عنوان ضد درد یا داروی بیهوشی است.

در کرایوتراپی هم نیتروس اکساید به صورت مایع درون دستگاه کرایو وجود دارد و زمانی که بر روی ضایعهٔ موردنظر اسپری می شود به دلیل تولید سرمای شدید و ایجاد دمای پایین در محل ضایعه، سبب فریز شدن و مرگ سلول های ناحیه می شود.

صنعت خودرو:
از نیتروس اکساید به عنوان عامل تقویت کننده در موتور خودرو برای کمک به افزایش اکسیژن رسانی برای سوزاندن سوخت موتور و بهره وری بیشتر استفاده می شود. گاز نیتروس اکساید از طریق واکنشی گرماگیر دمای محفظهٔ احتراق را به هنگام واکنش سوختن به شکل قابل توجهی می گیرد؛ این کار سبب می شود موتور خودرو زیاد داغ نشود.

هم چنین طی این واکنش گاز می شکند و اکسیژن و نیتروژن تولید می کند که با واکنش اتم های اکسیژن باهم و تولید مولکول اکسیژن، سوخت اضافهٔ خودرو نیز وارد واکنش سوختن می شود و نیروی موتور بالاتر می رود.

البته گاز نیتروس اکساید به صورت گاز مایع در داخل محفظه هایی تحت شرایط فشاری خاصی در موتورِ خودرو نگهداری می شود. نام این محفظه ها bottle Heathers یا Bottle Warmers است، این گاز از طریق شلنگ هایی وارد سیلندر می شود و در حین تزریق به دلیل کاهش فشار از حالت مایع به گاز درمیاید.

نیتروس اکساید در سه حالت وارد محفظه ی حریق موتور می شود:

1. تزریق در حالت خشک: در این حالت گاز به صورت گاز وارد محفظه می شود و پس از آن سوخت اضافی نیز وارد می شود و باهم واکنش می دهند.
2. تزریق در حالت خیس: در این حالت نیتروس اکساید ابتدا با سوخت اضافی مخلوط می شود و سپس وارد محفظه حریق می شود.
3. تزریق به صورت مستقیم: در این حالت که بیشتر در خودروهای مسابقه ای و برای تولید نیرو زیاد است، در هر سیلندر یک تزریق کننده نیتروس اکساید وجود دارد که با سوخت اضافه وارد محفظه حریق می شود.

صنایع غذایی:
از گاز نیتروس اکساید در صنایع غذایی به خصوص لبنیات و برای ساختن خامه پف کرده استفاده می شود. هم چنین برای بسته بندی مواد غذایی و دارویی به دلیل اینکه در برابر باکتری ها خاصیت محافظتی دارد به کار می رود.

صنایع علمی و صنعتی:
در صنایع پتروشیمی نیتروس اکساید به عنوان یک اکسیدکننده قوی برای افزایش دمای شعله به کار گرفته می شود. در صنایع الکترونیک و نیمه هادی نیز گاز نیتروس اکساید به عنوان گاز کالیبر کاربرد دارد.

نیتروس اکساید هم چنین در دستگاه های شناسایی و آنالیز مواد ازجمله دستگاه جذب اتمی استفاده می شود.

 مصارف تفریحی:
شاید تا به اینجا این سؤال همچنان در ذهنتان باقی مانده باشد که چرا به نیتروس اکساید گاز خنده می گویند؟ پس از ساختن این گاز تا حدود 100 سال بعد که به صورت گسترده کاربردهای پزشکی و صنعتی اش موردتوجه قرار گرفت، نیتروس اکساید در میان مردم به عنوان ماده ای توهم زا جزو مواد سایکواکتیوها و از گروه منفک کننده ها که داروهایی برای تقلیل حس های دریافتی و تسکین و آرامش بخشی هستند؛ مورداستفاده قرار می گرفت و جنبهٔ مصرف تفریحی داشت.

امروزه نیز در جوامع غربی همچنان این گاز که به صورت گاز استنشاق می شود جزو مواد شادی آوری است که حس سرخوشی به مصرف کننده می دهد؛ و چون به طریقی حواس را تقلیل می دهد؛ به افراد پس از مصرف حالتی رویاگونه دست می دهد و در صورت تداوم در مصرف خطر اعتیاد و درگیری با عوارض مصرف زیاد آن گریبان گیر فرد می شود.

امروزه برای ممانعت از مصرف گاز نیتروس اکساید به عنوان ماده ی توهم زا، آن را با گوگرد دی اکسید ترکیب می کنند. چراکه ترکیبات گوگرد علاوه بر خطرزا بودن برای ریه ها بوی نامطلوبی هم به گاز می دهد.

نکات ایمنی:
گاز نیتروس اکساید در ایران یک گاز وارداتی است که به صورت مایع در سیلندرهایی 50 لیتری به فروش می رسد. هر سیلندر حدود 20 کیلوگرم وزن دارد و رنگ آن در حالت هادی آبیِ سیر یکدست است.

بااینکه گاز نام برده گازی آتش زا نیست اما مجاورت آن با گازهای آتش زا مانند هیدروژن، متان و هیدروکربن ها خطرآفرین است. چراکه گاز نیتروس اکساید خاصیت اکسندگی دارد و به تشدید شعله ها در صورت حریق کمک می کند.

هم چنین بهتر است در هنگام مواجهه با آن از دستکش و عینک ایمنی مخصوص استفاده شود. چون ظرف مدت کوتاهی اثرات بی حس کنندهٔ خود را بر حس بینایی و شنوایی و عملکرد اندام های حرکتی می گذارد و در محیط های صنعتی و کاری سبب ایجاد ناامنی کارکنان و محیط می شود.

نتیجه گیری:
همان طور که اشاره کردیم به دلیل عدم واکنش پذیری و تجزیه این گاز در بدن ازجمله گازهای به نسبت بی خطر برای انسان تلقی می شود که با توجه به کاربردهایی که دارد در تاریخ پزشکی و علمی دارد گازی سودمند به حساب می آید.

هرچند در مواردی به دلیل سوءاستفاده و تولید مواد توهم زا و مخدر و هم چنین تولید ترکیبات نیتروژن دار که برای سلامت لایه ی اوزون آسیب زاست می توان نیتروس اکساید را گازی بی ضرر دانشت اما می توان با نظارت بر عرضه و مصرف و کنترل استفاده از حمل ونقل ماشینی، بر جنبه های سودمند این گاز بیشتر و بهتر تکیه کرد.