网红冰淇淋隐忧:液氮有没有危险
发布时间:2018-09-05
出品:科普中国
制作:舌尖科学
监制:中国科学院计算机网络信息中心

液氮冰淇淋(来源:Freepik.com)

动图:冒烟冰淇淋(来源:http://www.sohu.com/a/249195172_594272

  近年来,一种入口后可以从鼻腔口腔中冒出大量白色蒸汽的冰淇淋迅速走红,各种社交平台上,冒烟冰淇淋的相关视频被不断推上热点。在日本,这种冰淇淋被叫做“龙之息”,意思就是吃下之后口鼻中冒出的白烟好比火龙呼气一般。虽然一份20元上下的售价并不便宜,冒烟冰淇淋还是因其新奇有趣的特色受到顾客追捧。

制作液氮冰淇淋(来源:slaporte on VisualHunt / CC BY)

  然而,就在不久前,一位母亲向媒体反映,自己的女儿在食用冒烟冰淇淋的过程中胸腹部皮肤被滴下的液氮冻伤。一时间,冒烟冰淇淋的安全性受到广泛质疑。

  那么,加工冒烟冰淇淋所用的液氮对人体到底有没有伤害?日常生活中接触液氮有没有风险?液氮竟然会引发剧烈爆炸还会造成操作人员窒息死亡?

  液氮冰淇淋——分子料理界资深网红

  生活常识告诉我们,特别热和特别凉的食物都会冒出白色的烟气,其实这两者的形成原理非常类似。冰淇淋中冒出的白气是周围空气中包含的水蒸气遇冷而凝结成的细小液滴。而热气腾腾的食物中冒出的白气其实是食物中(主要是水分)的水蒸气在周围空气的冷却之下形成的细小液滴。

热腾腾的食物发出的白烟(来源: huub zeeman on Visualhunt.com)

  液氮速冷是一种利用液态氮气的超低温(沸点约为-196℃)特性,瞬间冷冻食物的烹饪技法,是最常见的分子料理形式。在超低温速冷环境下,食材中的水分并不会凝结为大颗粒的冰晶,而是形成细小的颗粒,在极短的时间内分子重组,因此产生特殊的口感和质地。

液氮速冷麦片(来源:ewwhite on Visualhunt)

  此外,液氮极强的冷却能力可令周围环境中的水分迅速冷凝,形成细小液滴。液氮冰淇淋正是利用这种原理,将人体口鼻中大量的水蒸气冷凝,制造出云雾缭绕的特效,宛如魔术大秀。

  液氮对人体完全没有安全隐患吗?

  通常来说,液氮在常温下会迅速气化,不会在食材中发生残留,所以按照正规操作手法进行制作的各色液氮料理并不会对顾客造成伤害。此外,飞溅的液氮液滴即便是落到身上也并不会造成实质性的皮肤损伤,这是因为液氮在飞行过程中和与皮肤接触的瞬间会与周围空气发生剧烈的热量交换,吸收周围环境中的热量。在液氮迅速吸热气化的同时,皮肤与沸腾的液氮之间存在一个很薄的气体层,很大程度上隔绝了皮肤与液氮之间的热量传输。

  笔者经常使用液氮进行实验,过程中也不免有液滴飞溅到皮肤上的经历。液氮接触皮肤的感觉可以描述为一种刺痛感,与热水飞溅到皮肤上的感觉类似,但是痛感轻微很多,持续时间也极短,完全可以忍受。

  那么,这次事件中的少女又是怎么被液氮冰淇淋冻伤的呢?笔者对某电商网站上销售液氮冰激凌制作技术的商家进行了实地采访。根据商家提供的信息,出事的摊主应该是违反了操作规程,致使冰淇淋中残留了大量液氮。少女不慎将这种液氮与冰淇淋的混合物弄到了身上,冰淇淋的存在导致液氮吸热挥发时与皮肤间的隔热机制失效,从而发生冻伤。假如我们将这样的冰淇淋直接送入口中,必然会对口腔黏膜造成损伤,毕竟黏膜对外界刺激的抵抗能力远低于皮肤。

根据商家描述,制作液氮冰激凌没有太高的门槛,人人都可以从事该行业

  液氮的危险性和破坏力绝对不应忽视

  虽然液氮及其气化后产生的氮气本身都不具毒性,但是液氮极低的温度却造就了其独特的理化性质和诸多安全隐患。世界范围内,液氮引发的安全生产事故已有多次记录。液氮可能引发的危险有:低温冻伤、缺氧窒息以及爆炸。

NASA的科学家利用液氮进行演示实验(来源: NASA Goddard Space Flight Center on VisualHunt)

  低温冻伤自不必说,如果是一点飞溅的液滴,人体皮肤还能耐受。当大量液氮滴落在身上时,不加防护的话会造成严重的冻伤。飞溅的液滴进入眼睛也可能造成粘膜损伤,严重时甚至有失明风险。因此使用液氮时一定要做好防护措施,戴好高致密性的长袖手套防止液滴溅落在手部,同时佩戴护目镜也非常有必要。

操作液氮容器时,致密厚实的手套必不可少(旁边的脚用来对比大小)

  缺氧窒息的发生主要由液氮气化前后的体积变化造成,液氮在气化后体积可以达到之前的700倍之多,10升液氮可以气化为7000升氮气,占据空间达到7立方米。以一间面积7平方米,高度2米的狭小储藏室为例,在通风不良的情况下,10升完全气化的液氮就可以让室内氧气浓度降低到空气中气体总量的10%,足以引发无力、昏厥等严重后果。因此,搬运液氮时一定要注意防止容器倾覆,同时要保证操作环境的良好通风。

动图:大阪大学的一处液氮生产设施,该处与外界联通,避免缺氧窒息事故

  日本曾经发生过多起液氮引发的缺氧事故,造成了操作者死亡的严重后果。例如,90年代发生在东京某研究所内的一场事故中,操作员在打开液氮阀门后擅自离开现场,之后居然忘记了液氮正在加注,造成容器注满后大量液氮溢出气化。当该操作员意识到失误之时,液氮阀门已经连续开启了将近3小时。监控显示,他匆忙跑进实验室按下停止按钮后便晕倒在现场。第二天早上,该操作员被他人发现时已经失去了生命体征。

  在多起类似事件发生后,日本对企业和科研机构在液氮使用方面加强了规范,制定了一系列措施。例如保证液氮操作间的良好通风,禁止人与液氮容器同乘电梯等等。

大阪大学某研究所电梯中的告示,严禁与液化气体同乘电梯

  液氮发生爆炸的事件在世界各地也屡有发生,这类爆炸主要分为两种类型。第一是液氮在不合规的容器中存放或违规利用密闭容器存放时发生的剧烈气化爆炸,这种爆炸根本上来说属于物理变化,一般较为罕见,造成的后果也不至于太严重。

  第二种爆炸是由液氮与易燃物之间发生剧烈化学反应造成,十分危险,曾经造成过数十人死亡的恶性安全生产事故。我们知道空气主要是由氮气和氧气组成,液氮的沸点约为-196℃,密度0.807g/ml,而液氧的沸点约为-183℃,密度为1.141g/ml。当大量的液氮暴露在空气中时,空气会在其表面冷凝,由于液氮先于液氧挥发,液氧将被从其中分离出来,并沉积于液氮下方。液氧的氧化性极强,在与易燃物质相遇后极易发生剧烈反应从而引发爆炸,爆发热可达2200kcal/kg,爆速4500到5000m/sec,总膨胀比高达860:1。

浅蓝色的液氧(来源:公有领域)

  1991年,在日本岐阜县的一家电子部件工厂,实验人员利用液氮处理陶瓷粉末,以期开发新型陶瓷材料。它们将苯作为溶剂,溶解陶瓷粉末制成悬浊液,之后再用液氮将该悬浊液迅速冷却以获得速冷改性的陶瓷粉。实验过程中,液氮中混杂的液氧与苯相遇,在撞击搅拌等因素作用下发生剧烈反应,造成猛烈爆炸,导致两人死亡,多人受伤的严重后果。

  液氮使用:要具备安全生产意识

  在大多数国家,只要准备好专用的液氮容器,任何人都可以购买液氮从事生产活动,无需特殊资质,我国也不例外。以制作液氮冰淇淋为例,10升液氮费用约为100-150元,可以制作150份左右的冰淇淋,所需液氮联系当地气站即可购买。

各种存放、倾倒液氮所需的专用容器

  然而,我们还是应当意识到,液氮的使用需要掌握一定的安全生产常识,绝非如很多液氮冰淇淋成套技术的经销商所说的那样不存在任何安全隐患。相对于一般的顾客,需要对液氮的使用安全加以注意的反而是从业者自身,如果对其掉以轻心,很可能发生严重的事故。

  参考文献:

  1. http://anzeninfo.mhlw.go.jp/anzen_pg/SAI_DET.aspx?joho_no=000856 

  2. https://matome.naver.jp/odai/2140024772314005001 

  3. https://www.ltm.kyoto-u.ac.jp/ltmuji/LiqN2/LiqN2A.pdf 

  4. https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q1313093423 

  5. http://www.shippai.org/fkd/cf/CC0200022.html 

  6. https://shunkashutou.com/column/liquid-nitrogen-purchase/ 

  7. http://www.klchem.co.jp/blog/2012/12/post_1922.php 

  (本文中标明来源的图片均已获得授权)

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