Kvælstofmonooxid og kvælstofdioxid hører til kvælstofoxiderne, som omfatter gasser, der indeholder kvælstof (N) og ilt (O).

Faktaboks

Også kendt som

Summen af de to gasser, kvælstofmonooxid og kvælstofdioxid, er også kendt som NOx.

I den videnskabelige litteratur, men også i medierne, ser man ofte kvælstofmonooxid og kvælstofdioxid omtalt samlet under betegnelsen NOx. Når de to gasser almindeligvis behandles samlet, så skyldes det, at kvælstofmonooxid (NO) og kvælstofdioxid (NO2) er tæt forbundne gasser, som vekselvirker gennem en række kemiske reaktioner i atmosfæren.

Når NOx fjernes fra atmosfæren, så sker det helt overvejende ved, at kvælstofdioxid omdannes eller afsættes. Kvælstofmonooxid afsættes nemlig meget langsomt til overfladen (bl.a. fordi kvælstofmonooxid er meget dårligt opløseligt i vand), og de væsentligste kemiske reaktioner, som involverer kvælstofmonooxid, fører til dannelse af kvælstofdioxid og dermed ikke til tab af NOx.

Misforståelser omkring NOx

I den offentlige debat kan man til tider se tekster, hvor der fejlagtigt tales om NOx-partikler. NOx er imidlertid gasser, da det er en samlet betegnelse for gasserne kvælstofdioxid og kvælstofmonooxid.

Målinger af kvælstofmonooxid og kvælstofdioxid i ude-miljøet

I rutinemæssige overvågningsprogrammer for udendørs luftforurening måles koncentrationen af kvælstofmonooxid og kvælstofdioxid med kemiluminescens. Kemiluminescens er en målemetode, hvor luften sammen med ozon suges ind i et kammer. I dette kammer omdannes kvælstofmonooxid ved reaktion med ozon til kvælstofdioxid. I forbindelse med omdannelsen udsendes lys med en bestemt (kendt) bølgelængde, som registreres med en lysdetektor. Ved skiftevis at suge luften direkte ind i kammeret og gennem en celle, der reducerer kvælstofdioxid til kvælstofmonooxid, så bestemmes koncentrationen af både kvælstofmonooxid og NOx (summen af kvælstofmonooxid og kvælstofdioxid). Koncentrationen af kvælstofdioxid beregnes herefter som differensen (forskellen) mellem de to målinger.

For kvælstofdioxid findes der flere andre målemetoder. De omfatter fx opsamling i små rør og badges med efterfølgende analyse på laboratorium, men også low-cost-sensorer som elektrokemiske sensorer og metaloxidsensorer.

Kvælstofdioxid

Kvælstofmonooxid og kvælstofdioxid

Kvælstofdioxid bidrager til atmosfærisk afsætning af kvælstof; en kvælstofafsætning, som kan påvirke følsomme økosystemer og give tab af biodiversitet (artsrigdom). Kvælstofdioxid kan afsættes gennem planternes spalteåbninger. Dog udgør afsætningen af kvælstofdioxid normalt en mindre del af den samlede atmosfæriske kvælstofafsætning. Her ses en blå mosaikguldsmed (Aeshna cyanea) ved Sandbjerg Gods i september 2021.

Kvælstofmonooxid og kvælstofdioxid

I atmosfæren er kvælstofdioxid en brunlig gas, som indgår i fotokemisk smog og har en række negative helbredseffekter. Gassen kan ligeledes fungere som næringsstof for planter i naturen ved at tilføre det kvælstof, der indgår i gassen. Ved denne kvælstoftilførsel kan følsomme økosystemer belastes. Kvælstofdioxid afsættes i naturen hovedsagelig ved, at gassen optages gennem planternes spalteåbninger (stomata).

Næringsstoffølsomme økosystemer kan tabe biodiversitet ved store kvælstoftilførsler, og derfor har man fastlagt tålegrænser for kvælstofafsætning til forskellige naturtyper. For en række følsomme naturtyper kan kvælstofdioxid udgøre et væsentligt, men normalt ikke et dominerende, bidrag til afsætning af kvælstof fra atmosfæren. I den sammenhæng udgør afsætning af ammoniak samt afsætning af partikelbundet ammonium og nitrat, typisk et større bidrag til kvælstofafsætning fra atmosfæren.

Kvælstofmonooxid

I udendørs luft optræder kvælstofmonooxid normalt i koncentrationer, som ikke er skadelige for helbredet. Kvælstofmonooxid spiller imidlertid en rolle for både dyr og menneskers fysiologi.

Gassen afsættes så langsomt, at den i modsætning til kvælstofdioxid ikke bidrager væsentligt som næringsstof i naturen. Kvælstofmonooxid omdannes imidlertid hurtigt til kvælstofdioxid med de ovenfor nævnte negative effekter for sundhed og natur.

Udledning til atmosfæren

Skovbunden i Ll. Hareskov januar 2024
Den største kilde til udledning af kvælstofmonooxid og kvælstofdioxid er forbrænding af fossilebrændsler i forbindelse med vejtrafik, industri og kraft-varmeproduktion. Kvælstofmonooxid udledes (i øvrigt lige som lattergas) også fra biologiske processer i jorden som for eksempel her i skovbunden i Lille Hareskov.
Skovbunden i Ll. Hareskov januar 2024

Hovedparten af udledningen af kvælstofoxider sker gennem udledning af kvælstofmonooxid og kvælstofdioxid. Udledningerne af disse to kvælstofoxider er helt overvejende knyttet til udledninger fra forbrænding af fossile brændsler i forbindelse med trafik, industri eller kraftvarmeproduktion, hvor atmosfærens frie kvælstof (N2) ved høj varme omdannes til kvælstofmonooxid og kvælstofdioxid. Ved denne proces dannes hovedsagelig kvælstofmonooxid og i mindre grad kvælstofdioxid. Omkring 1990 udgjorde kvælstofdioxid således kun ca. 5 % af udledningerne af NOx fra den danske vejtrafik.

Med lovkrav om katalysatorer på benzindrevne biler er NOx-udledningerne reduceret betragteligt. Imidlertid stiger andelen, der udledes som kvælstofdioxid, til mellem 20 og 40 % af NOx-udledningerne. Denne udvikling gør, at koncentrationen af kvælstofdioxid i perioden 2000 og op mod 2010 forblev høj i danske bygader trods reduktion i NOx-udledningerne; i enkelte af de mest trafikerede og tætte gaderum har man i denne periode observeret overskridelser af EU’s grænseværdier. I slutningen af 2010'erne var NOx dog reduceret så meget, at koncentrationen af kvælstofdioxid i danske gader lå under EU's grænseværdier.

Imidlertid udledes kvælstofmonooxid, ligesom i øvrigt lattergas (N2O), også fra biologiske processer i jordlag; det gælder bl.a. jordlag i skovbunden, men også i landbrugsjorder. Udledningerne fra de biologiske processer i jordlag afhænger af jordens pH. Lav pH, det vil sige sur jord, fremmer de biologiske processer, som fører til udledninger, mens processerne stort set går i stå ved neutral pH (omkring 7). NOx dannes desuden ved lynnedslag i forbindelse med tordenvejr. Disse kilder udgør dog en mindre del af de samlede udledninger, som domineres af udledninger relateret til forbrændingskilder.

Kemiske reaktioner

Kvælstofmonooxid og kvælstofdioxid indgår i en omfattende række af kemiske reaktioner i atmosfæren. Kvælstofmonooxid reagerer hurtigt med ozon, hvorved der dannes kvælstofdioxid. Kvælstofdioxid spaltes af sollys (ved lys med bølgelængde under 420 nanometer), hvorved der dannes kvælstofmonooxid. Fjernelsen af de to kvælstofoxider fra atmosfæren sker helt overvejende ved afsætning eller kemisk omdannelse af kvælstofdioxid.

Kvælstofdioxid fjernes typisk fra atmosfæren med hastighed på ca. 5 % i timen. Det sker som følge af reaktionen mellem kvælstofdioxid og hydroxylradikalet; en reaktion som forløber i dagtimerne, hvor ved der dannes salpetersyre (HNO3). Salpetersyre har en kort opholdstid i atmosfæren, bl.a. fordi den hurtigt reagerer med ammoniak, men især fordi den hurtigt sætter sig på alle typer af overflader.

I reaktionen mellem ozon og kvælstofdioxid dannes nitratradikalet, som bl.a. i byområder spiller en central rolle for kemien om natten. Reaktionen mellem kvælstofdioxid og ozon spiller dog kun en lille rolle for fjernelsen af kvælstofdioxid fra atmosfæren.

Kvælstofmonooxid og fysiologi

Siden 1980'erne har det været kendt, at kvælstofmonooxid fungerer som signalstof i de fleste dyrs blodkredsløb. Stoffet dannes løbende i de celler (endothelceller), der dækker det indre af blodkarrene. Herfra spredes det bl.a. til blodkarvæggenes glatte muskulatur, der regulerer blodkarrenes sammentrækning. Her stimulerer det dannelsen af signalstoffet cGMP (cyklisk guanosinmonofosfat, se guanin), der afslapper muskelcellerne, hvilket medfører en udvidelse af blodkarrene. Kvælstofmonooxid kan dermed regulere blodtilførslen til en lang række organer. Udvikling af åreforkalkning hænger formentlig sammen med hæmning af dannelsen af kvælstofmonooxid.

Behandling af angina pectoris med lægemidlet nitroglycerin har været kendt siden slutningen af 1800-tallet; virkningsmekanismen har vist sig at være nitroglycerins evne til at fraspalte kvælstofmonooxid. Også blodtilførslen til penis reguleres af kvælstofmonooxid, som frigøres ved seksuel stimulation. Et lægemiddel til behandling af impotens, Viagra® (Sildenafil), der blev markedsført i 1998, baserer sin virkning på hæmning af nedbrydningen af cGMP.

Kvælstofoxid har desuden virkninger som signalstof i centralnervesystemet, hvor det fungerer som neurotransmitter, og i imunsystemet, hvor det dannes i makrofager (ædeceller) og derved medvirker ved bekæmpelse af kræftceller og mikroorganismer.

Nobelprisen i fysiologi/medicin for 1998 blev tildelt de amerikanske farmakologer Robert Furchgott, Louis Ignarro og Ferid Murad for deres forskning i kvælstofmonooxids rolle som signalstof i blodkarsystemet. Se også lattergas.

Effekter af kvælstofoxider på mennesker

Selvom luftforurening indeholder en blanding af nitrogenoxider, tilskrives symptomer og helbredseffekter af nitrogenoxider specielt nitrogen dioxid, der er en iritativ gas. Nitrogen dioxid har lav vandopløselighed og bliver derfor transporteret til de nedre luftveje (alveoler) ved inhalation. Det danner salpetersyre (HNO3) og salpetersyrling (HNO2) i væsken på overfladen af epitelcellerne i lungerne. Derudover diffunderer nitrogen dioxid relativ dårligt over cellemembraner, hvorved det kun i meget høje koncentrationer passere ind blodbanen. I lungerne forårsager nitrogen dioxid slimhinde irritation hvilket opleves som stakåndethed og hoste ved akut eksponering. Symptomerne opstår ved lavere koncentration af nitrogenoxider i indåndingsluften hos patienter med astma og kronisk obstruktiv lungesygdom (KOL) end raske personer. Udover akutte symptomer forårsager nitrogenoxider også dannelse af reaktive ilt forbindelser eller frie radikaler, som fører til oxidativt stress i lungerne. Efter udsættelser for høj dosis – typisk i forgiftningstilfælde – kan der opstå bronkospasmer og lungeødem flere timer eller dage efter endt eksponering. Kroniske lav-dosis eksponeringer er forbundet med forøget risiko for respiratoriske infektioner pga. nedsat immun funktion. Børn er en specielt sårbar risikogrupper fordi de har smallere diameter i luftvejene og større minut volumen relativt til voksne. Nitrogenoxider er ikke klassificeret som kræftfremkaldende stoffer, om end nitrogendioxid har DNA-beskadigende egenskaber.

Levnedsmiddelvidenskab

Kvælstofoxid dannes i kød ved nitritsaltning, idet askorbinsyre reducerer nitrit til kvælstofmonooxid, der bindes til musklens myoglobin og danner nitrosylmyoglobin (MbFe(II)NO). Nitrosylmyoglobin og dets denaturerede former dannet ved opvarmning er lyserøde, kendt som kogt skinkes farve. Nitrosylmyoglobin synes at have antioxidativ effekt, idet kvælstofmonooxid som et radikal reagerer med lipidperoxylradikaler og dermed bremser lipid-autoxidation og hermed harskning af nitritsaltet kød. Nitrosylmyoglobin kan som antioxidant også reagere med lipidperoxider og hydrogenperoxid; herved dannes nitrit, der kan gendanne nitrosylmyoglobin.

Læs mere i Den Store Danske:

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig