В каких продуктах содержится гелий
Слово «гелий» у большинства потребителей ассоциируется с праздником. Легкий газ поднимает высоко в небо воздушные шары. С его помощью несложно создать безопасные разноцветные облака с поздравлением. Они будут плавно перемещаться под потолком. Вдыхание газа забавно меняет голос: на короткое время тембр повышается, создавая мультяшный эффект (звук в гелиевой атмосфере движется значительно быстрее воздуха).
Дарить радость — приятная, но далеко не единственная задача благородного газа. В пищевой индустрии гелий зарегистрирован как пищевая добавка E 939 (Е–939). Уникальное по химическим и физическим свойствам вещество защищает еду от заражения гнилостными бактериями, предохраняет от окислительной порчи.
Название продукта
В середине XIX века английский астроном Джозеф Норман Локьер и его коллега француз Жюль Жансен обнаружили в солнечных протуберанцах неизвестное вещество. Ученые назвали его гелий (от греческого «солнце»). С тех пор за вторым элементом химической системы Менделеева закреплено это название.
Международный синоним — Helium.
Тип вещества
СанПиН 2.3.2.1293-03 отводит добавке Е 939 роль пропеллента и защитного газа.
Основной промышленный способ получения гелия — выделение вещества из нефтяных и природных гелиеносных газов. Гелий является примесью, его содержание колеблется от 2 до 10% в зависимости от месторождения.
Отделяют благородный газ от других компонентов методом глубокого охлаждения. Сырая смесь содержит также водород (его убирают оксидом меди) и неон. Очистка проводится угольным сорбентом после охлаждения сырья в кипящем жидком азоте. Способ позволяет получить гелий высокой степени очистки. Такой газ идет на нужды пищевой промышленности, медицины.
Для остальных отраслей выпускают гелий технический. В его составе допустимо присутствие небольшого количества азота, аргона, водорода, неона, кислорода в виде примесей.
Гелий можно получить из сжиженного воздуха как побочный продукт при выделении аргона, азота и других ценных газов.
Выпускают продукт в виде газа или криогенной жидкости.
Свойства
| Показатель | Стандартные значения |
| Цвет | бесцветный |
| Состав | гелий. Химическая формула Не |
| Внешний вид | газ, может находиться в сжиженном состоянии |
| Запах | без запаха |
| Вкус | без вкуса |
| Содержание основного вещества | 99,985%% |
| Растворимость | хорошо в этаноле, средне в воде |
| Плотность вещества | 1,784 кг/м3 (при нормальном давлении) |
| Другие | химически инертный, не смешивается, не вступает в реакцию с другими веществами; отличается высокой теплопроводностью и проникающей способностью; имеет самую низкую температуру кипения: -268,94 °C; жидкий гелий обладает сверхтекучестью |
Упаковка
Добавку E 939 поставляют под давлением 150 атмосфер в стальных баллонах, соответствующих ГОСТ 949-73. Емкости должны быть окрашены в коричневый цвет, для обеспечения полной герметичности иметь мембранные вентили марки КВБ-53М (допустимы аналоги).
В зависимости от вида продукции баллоны маркируют надписями белого цвета «Гелий технический» или «Гелий высокой чистоты». Емкости помещают в специальные контейнеры.
Стандартный объем 40 литров. В розничную продажу (например, для наполнения воздушных шаров) разрешено поставлять гелий в баллонах меньшего объема (5, 10, 20 л).
Жидкий гелий перевозят в сосудах Дьюара, окрашенных в светло-серый цвет. Обязательное условие транспортировки и хранения — вертикальное положение.
Применение
Добавка Е 939 разрешена к применению во всех странах, кроме Новой Зеландии и Австралии.
Гелий используют для упаковки продуктов питания по технологии MAP (так называемая модифицированная газовая среда или регулируемая атмосфера).
Интересный факт! За основу метода был взят опыт английских предпринимателей. Начиная с 1930 года, они перевозили в газовой среде мясо из Австралии и Новой Зеландии. Сама же упаковка MAP была изобретена в 70-х годах.
Гелиевая среда защищает продукты от окисления, подавляет жизнедеятельность болезнетворных бактерий.
Гелий может быть использован в качестве пропеллента в аэрозолях малого объема.
Добавку E 939 применяют для упаковки и хранения:
- детского питания, жидких смесей-заменителей женского молока;
- продуктов, содержащих жиры и эфирные масла: какао, арахис, специи, кофе;
- овощей, фруктов (дополнительно гелий предохраняет продукты от высыхания, замедляет перезревание);
- кремы, сливки для взбивания.
Гелий не оказывает отрицательного воздействия на цвет, аромат, вкус, не разрушает витамины, полностью сохраняет биологическую ценность продуктов.
Некоторые западные производители применяют технологию обработки продуктов ионизирующим излучением изотопами цезия или кобальта в гелиевой среде («радиационная стерилизация»). Метод позволяет полностью уничтожить патогенные микроорганизмы внутри упаковки. Способ считается безопасным, но в нормативные документы пока не внесен.
Добавка Е 939 пользуется спросом в медицине.
Жидкий гелий применяют для охлаждения деталей аппаратов магнитно-резонансной томографии.
Газообразное вещество в качестве пропеллента используют в медицинских аэрозолях.
Смесь гелия и кислорода — эффективное средство для облегчения состояния при астме. Гелий обладает высокой проникающей способностью. Вдыхание подогретого газа:
- ускоряет транспорт кислорода, улучшает газообмен в легких;
- разжижает мокроту;
- восстанавливает кислотно-щелочной баланс;
- расслабляет гладкую мускулатуру, облегчая дыхание.
Лечебная смесь восстанавливает силы после тяжелых физических нагрузок, улучшает питание клеток, повышает сопротивляемость организма.
Гелиево-кислородная смесь хорошо зарекомендовала себя в терапии острых отравлений наркотическими и химическими веществами.
Лазер на основе гелия и неона — популярный атрибут современных медицинских и косметологических клиник. С его помощью ускоряют заживление ран, улучшают мозговое кровообращение, облегчают состояние при остеохондрозе. Гелий-неоновый лазер применяют для разрушения раковых клеток.
В косметологии прибор используют для лечения угревой сыпи, рассасывания рубцов.
При вдыхании допустимой концентрации гелий не вызывает состояния медикаментозного наркоза. Это свойство использовали производители смесей для водолазов. Состав из 99% гелия и 1% кислорода позволяет опускаться на глубину до 450 м.
Уникальные свойства гелия нашли применение в различных технических сферах:
- космонавтике (смесь для атмосферы обитаемых космических станций);
- топливной системе ракет;
- машиностроении (сварка);
- низкотемпературной, термоядерной и ядерной энергетике;
- воздухоплавании: наполнение аэростатов, дирижаблей и подобных летательных аппаратов.
Во многих отраслях гелий невозможно заменить другими веществами.
Микрокристалическую целлюлозу (Е460) используют при производстве мясной продукции.
Парафин часто применяют в произвдостве кремов для рук. Какую функцию он при этом выполняет, читайте здесь.
Использование и изготовление перекиси ацетона карается Уголовным Кодексом. Подробнее об этом веществе читайте в нашей статье.
Польза и вред
Добавку E 939 можно отнести к нейтральным веществам. Сам по себе гелий нетоксичен. При попадании внутрь с продуктами питания не разрушает витамины и биологически значимые макро- и микроэлементы.
Опасность для человека представляет высокая концентрации газа в атмосфере. Народное развлечение — вдыхание гелия из воздушного шарика — далеко не безвредно, как принято считать.
Попадание большого количества газа в дыхательные пути может вызвать:
- тошноту, рвоту;
- головокружение;
- носовое кровотечение;
- потерю сознания.
Неисправный баллон с гелием или неплотно закрытый вентиль может стать причиной смерти от кислородного голодания! Газ не имеет запаха, его невозможно увидеть в атмосфере. Нарастающая постепенно концентрация становится критической. Человек внезапно впадает в кому.
Основные производители
Большая часть мировых запасов гелия сосредоточена в России и США.
Крупные месторождения гелиеносных газов есть в Республике Саха (Якутии), Астраханской, Оренбургской областях.
Экономическая ситуация развивается так, что в настоящее время товарный гелий производит единственное предприятие — завод «Газпром добыча Оренбург», дочерняя компания энергетической корпорации «Газпром».
Российский продукт имеет высокую себестоимость из-за низкого содержания гелия в природном газе.
Из 16 ведущих мировых заводов-изготовителей 13 находятся на территории США. В стране есть даже памятник гелию!
Крупнейшие — на месторождениях Хьюготон (штат Техас) и Райли Ридж (штат Вайоминг).
25% мирового гелия производит Катар (нефтегазовый гигант Qatar Petroleum), но блокада государства Саудовской Аравией сделала поставки невозможными.
Небольшие заводы по производству гелия есть во Франции, Китае, Австралии, Нидерландах.
Ученые уверены: уникальные свойства гелия найдут применение в технологиях будущего. Уже сейчас появилась новая наука — гелиеметрия. Она изучает процессы проникновения инертного газа через различные сферы. Практическое применение исследования нашли в геологии: на основе полученных данных была составлена тектоническая карта поверхности Земли. Это помогает определять глубинные разломы, обнаруживать залежи ценных руд.
Выступая на совещании по санитарно-эпидемиологической обстановке, профессор Александр Чучалин, крупнейший пульмонолог страны, директор НИИ пульмонологии, заведующий кафедрой внутренних болезней РНИМУ имени Н. И. Пирогова, рассказал о том, что одним из перспективных методов лечения коронавирусной инфекции COVID-19 на ранних стадиях является терапия гелием.
В чем секрет этого метода? «КП» поинтересовалась у врача пульмонолога, профессора кафедры госпитальной терапии №2 лечебного факультета РНИМУ имени Н.И. Пирогова Александра Карабиненко.
— Действительно, при лечении острой дыхательной недостаточности используется инертный газ гелий. Это один из способов помощи при нарушении функции газообмена в организме человека. Этот метод применяется уже несколько лет при лечении острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС) и в тех случаях, когда функция легких у больного резко снижается, — рассказал профессор Александр Карабиненко. — Если болезнь пациента зашла еще не очень далеко, это действительно помогает. И гелиевая поддержка, и оксид азота, о котором упоминал в своем выступлении Александр Григорьевич, — это те газы, которые применяются при лечении тяжелых форм дыхательной недостаточности. Они применяются давно, но только в специализированных клиниках. Вот у Александра Григорьевича в институте пульмонологии, у него там все для подобного лечения приспособлено. Это не значит, что необходимое оборудование найдется в обычной городской больнице, что все больницы можно быстро обеспечить гелиевыми смесями и оксидом азота. Эти газы получить совсем не трудно, но для их применения должны быть специальные установки. Эта установка гораздо технологически более сложная, чем аппараты искусственной вентиляции легких, поэтому обязательно нужны высококвалифицированные специалисты, которые умеют с ней обращаться. В специализированном центре такую процедуру провести можно, там, где налажена хорошая пульмонологическая помощь, но, думаю, что это не массовая технология. Еще одна особенность этих установок, они дорогие, намного дороже ИВЛ, так что не думаю, что применение метода может быстро стать массовым.
Как гелий работает?
Во многих клиниках предлагается кислородно-гелиевая терапия, основанная на дыхании подогретой газовой смесью, поступающей при помощи специального аппарата из баллона. Терапевтический эффект методики основан на особых свойствах гелия. Гелий – это сверхчистый газ среди инертных газов. Он обладает высокой проникающей способностью (плотность почти в 7 раз меньшая, чем у азота, основного газа-разбавителя кислорода в воздухе), теплоемкостью (5,8 раза выше, чем у азота).
Гелий не вступает в химическую реакцию с организмом и нормализует газовый состав крови, устанавливает кислотно-щелочное равновесие, уменьшает работу дыхательной мускулатуры и оптимизирует деятельность дыхательного центра, улучшает диффузию кислорода через альвеоло-капиллярную мембрану, снижает сопротивление дыханию за счет меньшей плотности гелия, расслабляет гладкую мускулатуру. Уменьшает вязкость мокроты и нагрузку на дыхательные мышцы, при этом происходит и мощное тепловое и теплорефлекторное воздействие на организм.
Уникальная разработка российских ученых может помочь больным с коронавирусом COVID-19. Речь о лечебной смеси кислорода и гелия. Именно она помогает пациентам с поражением легких дышать в тех сложных случаях, когда аппарат ИВЛ малоэффективен. Благодаря своим свойствам гелий обеспечивает доставку кислорода к тканям и даже способен убивать вирусы.
— Вы дышите термической гелиево-кислородной смесью. В спокойном состоянии человек дышит только частью легких. Это когда примерно 30 процентов легких задействовано. – поясняет врач.
Лечебная смесь гелия и кислорода помогает дышать полной грудью. Глубокий вдох. И легкие, будто сжатые в кулак, расправляются. Молекула кислорода — тяжелая, неповоротливая, выезжает на гелии: этот газ, что легче легкого служит транспортом.
«Атом гелия хватает молекулу кислорода, доставляет во все ткани. Когда человек начинает дышать, у него альвеолы расправляются. Легкие начинают все дышать, полностью», — объясняет механизм работы такой технологии гендиректор ООО «Медтехинновации» Александр Панин.
Уникальные свойства гелия открыл русский ученый Петр Капица. Он показал, что это сверхтекучий газ с чрезвычайно малой плотностью, а поэтому он вездесущ. Лев Ландау по просьбе Капицы описал математически, как гелий движется.
Явление сверхтекучести было обнаружено Петром Леонидовичем Капицей. Сейчас вы увидите уникальный опыт: трубка для капилляроскопии помещена в сверхтекучий гелий. Смотрите внимательнее: происходит процесс фонтанирования.
В 1978 году Капица будет удостоен Нобелевской премии. А его открытие перевернет науку. Теперь гелий применяют не только в физике, но и в химии, биологии, медицине. Александр Панин больше десяти лет работал над аппаратом, что в специальном мундштуке смешивает два газа. И даже подогревает этот коктейль.
«Термический гелий легко обеспечивает легкость дыхания и, главное, доставку кислорода по всем тканям. И он своей температурой убивает все вирусы», — подчеркивает гендиректор «Медтехинновации» Александр Панин.
Известный российский пульмонолог Александр Чучалин предложил использовать Гелиокс для лечения коронавирусных больных, когда у пациентов развивается так называемое шоковое легкое.
«Вирус проникает в нижний отдел дыхательных путей, фиксируется на рецепторе и разрушает клетку. Гиалуроновая кислота выливается и заполняет собой альвеолы. Такую картину мы иногда видим у утопленников. Это не пневмония. Это состояние называется пневмонит. И это знание пришло 7-9 дней назад», — отмечает недавнее открытие такого механизма директор НИИ пульмонологии, заведующий кафедрой внутренних болезней РНИМУ имени Н.И. Пирогова, академик Александр Чучалин.
Это приводит к кислородному голоданию. При таком развитии заболевания, считает академик, искусственная вентиляция легких малоэффективна. Аппарат ИВЛ еще больше нагружает пораженные легкие.
«На это кислородное голодание сосуды, капилляры и другие мелкие сосуды ответят спазмом. Сосуды будут спазмированы, а на этот спазм кровоток замедляется. И эритроциты, и тромбоциты образуют тромбы», — добавляет директор НИИ пульмонологии, заведующий кафедрой внутренних болезней РНИМУ имени Н.И. Пирогова, академик Александр Чучалин.
На первом этапе облегчить состояние поможет гелий. Дальше в бой с вирусом вступает оксид азота.
Оксид азота в клинической медицине применяют с конца 1990-х годов. С тех пор его поставляют в больницы баллонах, которые заправляют на заводе медицинских газов. Ближайший к Москве — в Балашихе. 12 литров для одного тяжелого пациента хватит на неделю-две. Аппарат «Тианокс» позволяет получать такой же медицинский оксид азота из воздуха практически в неограниченном количестве.
Генератор оксида азота создали ученые Всероссийского НИИ экспериментальной физики.
«Нигде больше аппарата, который генерирует оксид азота у постели больного не существует, поэтому аппарат уникальный, — поясняет директор Научно-производственного центра физики Российского федерального ядерного центра — Всероссийский НИИ экспериментальной физики Виктор Селемир. — Мы опередили на несколько лет наших коллег».
Первые клинические испытания «Тианокса» проходили в Центре Алмазова в Санкт-Петербурге. В 2019 году здесь началось тестирование отечественного прибора. Не нужно ждать перевода больного на искусственную вентиляцию, если вовремя применить ингаляцию оксидом азота.
«Вся проблема в том, что если вы имеете возможность получить оксид азота из баллонов, то это логистически довольно сложно. Не все регионы имеют такую возможность, на каждого пациента требуется несколько баллонов. Поэтому вопрос доступности этой технологии — это вопрос выживания и спасения многих жизней», — добавляет гендиректор НМИЦ имени В.А. Алмазова Евгений Шляхто.
Эта установка безопасна для пациента. Уровень концентрации в дыхательных путях регулируется автоматически. Передозировка исключена.
«Эта технология — ингаляция оксида азота — стала основой лечения больных в критических состояниях после операций на сердце, пациентов с врожденными пороками сердца и с очень тяжелыми патологическими состояниями первичной легочной гипертензии», — рассказывает заведующий Научно-исследовательской лабораторией анестезиологии и реаниматологии НМИЦ имени В.А. Алмазова Андрей Баутин.
К клиническим испытаниям присоединились и другие ведущие федеральные центры. Уже доказано на практике: оксид азота снимает спазм сосудов и борется с тромбами, которые образуются в капиллярах.
«Попадая в легкие и именно в те участки, которые вентилируются, оксид азота именно там расширяет сосуды, — описывает воздействие газа на сосуды заместитель директора по анестезиологии и реанимации ФГБУ НМИЦ ССХ имени Бакулева Михаил Рыбка. — А в воспалившихся участках легкого сосуды остаются спазмированы. И поэтому большая часть крови перенаправляется в здоровые, оставшиеся пока здоровыми кусочки легочной ткани. И оксигинация в легких благодаря этому улучшается».
«Легкие могут больше пропускать через себя крови, и это снижает степень легочной гипертензии, которая возникает при тяжелых вирусных пневмониях. Это мы изучили и исследовали на новорожденных, а самое главное, это даст возможность бороться с гипоксией, потому что, как мы знаем, при тяжелой COVID-пневмонии большие проблемы оксигинация несет», — подчеркивает заведующий по клинической работе, старший научный сотрудник отделения хирургии новорожденных Института неотологии и педиатрии НМИЦ акушерства, гинекологии и перинетологии имени академика Кулакова Артем Буров.
В ближайшие два месяца в Сарове должны собрать 50 таких аппаратов и поставить в лечебные учреждения. У России есть технологии, над которыми сегодня бьется весь мир.