二氧化 O2、CO2知识科普

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1.地球CO2/O2循环

21世纪，全球平均O2浓度为20.9%，CO2浓度为400ppm(0.04%)。

夏季CO2较低，冬季较高。

2.CO2/O2浓度关系

2.1在接近地球表面的自然环境中，O2、CO2和N2的体积分数相对恒定，即O2含量为20.9%、0.04%和79%不变，即使在8848年的地球顶部，也是如此，因为大气环流；但是表面垂直方向的高度空会发生变化(超出了我们的研究范围)。

2.2解释下图，注意氧含量的减少不是体积分数的减少，而是同体积空气体中氧分子数(或重量)的减少；也就是说，同样体积的空气体，氧气的体积分数仍然是20.9%；而你在5000米的海面上吸入一口空气体，氧分子的数量(或重量)是海平面上一口空气体的53.11%(11.1/20.9)。

图表1

3.呼吸过程中O2/CO2的变化

3.1人吸入空气体，吸收部分氧气；呼出空气体，主要排出CO2和少量水蒸气；其中，氧气主要与人体内的能量物质碳水化合物反应，释放能量供人体使用。

3.2 O2主要与人体血管中的血红蛋白结合，而CO2主要溶解在人体血管中的血浆中。具体交换流程如下:

3.3健康成人吸入空和呼出气体中成分的比较，如下图所示；

4.O2/ CO2相对含量对人类的影响——以成人为基础

4.1相对含量——在标准高压下，当一个体积空气体中O2含量小于16%时，人会明显感到“氧气不足”；当CO2的相对含量超过1000ppm(百万分之一ppm，0.04%对应400ppm)时，对健康不利；当超过2000ppm时，大部分人明显容易昏昏欲睡；超过5000ppm可能对人体，尤其是大脑造成不可逆的损害。

4.2绝对含量——体积为空的气体中氧分子的数量(或重量)，例如在海拔5000米的表面，体积为空的气体体积分数不变，但氧分子减少到53.11%；如图1所示，当海拔2000米时，人吸入的一口空气体中氧分子的实际数量(或重量)已降至正常值的16.4%；(标准大气压下的绝对质量)，让人感觉缺氧(高原反应，压力低是主要原因之一，否则，背着氧气瓶就完了？)。

5.二氧化碳对人的影响

5.1香港二氧化碳标准

5.2中国标准5.2 CO2

5.3 CO2影响人类的生理原理——低浓度兴奋神经中枢，高浓度抑制神经中枢。

5.3.1 CO2，过高的CO2深度(超过1000ppm，国际CO2卫生标准)会抑制神经中枢，导致人的呼吸“变慢”(频率变低，每次吸入的空气体体积变小)，进而导致人体降低空气体中氧气的利用率(不是/[/)

5.3.2过量的CO2会导致人体酸碱平衡失调；通气障碍引起的呼吸衰竭和大量CO2潴留引起的呼吸性酸中毒；同时，由于严重缺氧，氧化过程障碍，酸性代谢物增多，常并发代谢性酸中毒。

5.3.3如果CO2浓度过低(400ppm为标准)，当人吸入低于标准CO2浓度的空气体时，会引起人的神经过度兴奋，过度兴奋的神经会导致长期虚弱。

5.3.4较高的CO2浓度对人类的影响:

6.O2浓度对人的影响

6.1O2在O2的常压下，人类几万年来已经适应了20.9%的氧浓度。长时间吸入高于这个浓度的O2，会加速人体组织的氧化老化。因此，健康人不宜长时间暴露在高氧气浓度下。

6.2当氧浓度在14%-16%(相当于13.3-16 kPa的氧分压)时，呼吸加深加速，脉搏加快，血压升高，肢体肌肉协调运动变差。

当氧气浓度在10%-14%时，会出现疲劳、注意力不集中、反应迟钝、思维混乱等现象。

当氧浓度为6%-10%时，出现头晕、头痛、恶心、呕吐、意识模糊、发绀等症状。

当氧浓度低于6%时，血压下降，呼吸停止，脉搏微弱，出现抽搐，瞳孔扩大，然后心跳停止呼吸而死亡。(所以窒息和死亡与环境中的O2无关)

6.3“纯氧”用于抢救呼吸，标准为99.5%，其中含有标准量的CO2。

7.人体呼吸中O2/CO2的相对关系

7.1数比:约10比8；即人体吸收10个O2分子，其中8个O2分子变成CO2，被叫出来。

7.2 O2进入人体后，主要是消耗掉(约80%)来氧化糖类，释放人体所需的能量，这部分O2最终变成CO2，被召唤出来；一小部分氧化人体内的组织和细胞。

7.3 CO2的主要来源是人体的有氧呼吸，但也有一小部分是人体的无氧呼吸。

8.人们在密封的环境中窒息而死

9.CO2浓度的应用

9.1 CO2浓度高，人容易犯困，所以在健康标准浓度下，增加CO2浓度可以促进入睡:

a)可用于帮助失眠患者入睡，建议国际标准浓度不高于2000ppm

b)可以用来快速让孩子入睡，建议浓度不要高于1500ppm

9.2健康环境下CO2浓度(1000ppm以下)，健康大脑效率最高。

10.二氧化碳浓度和人类安全的国际标准