Ozônio AQI: Usando concentrações em miligramas ou ppb?
Ozone AQI: Using concentrations in milligrams or ppb?

Posted on September 6th 2015
Compartilhar: aqicn.org/faq/2015-09-06/ozone-aqi-using-concentrations-in-milligrams-or-ppb/pt/

O ozônio ambiental, referido como O 3 e também chamado de ozônio troposférico ou troposférico, impacta todas as pessoas na Terra, independentemente do país, conforme mostrado na imagem à direita [1] .

Afternoon ground level Ozone concentration in July 2011

(Attribution: WMO GAW research on reactive gases )

Ao contrário das partículas (PM 2,5 ), o ozônio troposférico não é emitido diretamente. Em vez disso, é produzido através de uma série de reações químicas que ocorrem na presença de óxidos de nitrogênio, compostos orgânicos voláteis, luz solar e altas temperaturas, conforme mostrado no seguinte visual:

A quantificação do impacto deste ozono troposférico na saúde é feita através do padrão do Índice de Qualidade do Ar que cada país define. O que é interessante é que metade do mundo utiliza um padrão baseado na medição em miligramas, enquanto o resto utiliza a medição baseada em ppb. Mas isso é realmente um problema? É isso que veremos neste artigo.


--

O padrão da EPA dos EUA para ozônio é baseado em ppm, enquanto o padrão europeu é baseado em miligramas.

Assim, naturalmente direccionámos a nossa pergunta para a Environnement SA , um dos principais fabricantes europeus de equipamentos ambientais, que desenvolve o seu próprio analisador de ozono O342M (ver imagem à direita).

O O342M é certificado pela EPA dos EUA e pela UE (consulte a folha de especificações ), portanto, é capaz de fornecer medições em ppm e miligramas. Nossa pergunta para a Environnement SA foi ' Como o seu analisador de ozônio suporta saída de ppm e miligramas? Existe alguma diferença de hardware para medição? Caso contrário, existe algum padrão para a conversão? '.

Princípios de Medição de Ozônio

A medição do ozônio é baseada no princípio de absorção UV universalmente conhecido [2] , que consiste em medir a absorção UV das moléculas de ozônio. A concentração de ozônio é determinada pela diferença entre a absorção UV da amostra de gás e a amostra sem ozônio após filtração realizada por um conversor catalítico.

Neste sistema, a concentração de ozônio é medida como uma quantidade de energia luminosa por volume de ar, da qual é deduzida a concentração em ppbv. O limite inferior detectável para este sistema é de 0,4 ppb (correspondendo a um AQI de 0,3, com base no padrão de ozônio de 8 horas da EPA dos EUA). Este sistema não mede a massa como tal, mas existe uma forma padrão de fazer a conversão de ppmv para mg/m 3 .

Conversão de concentrações de poluentes atmosféricos: de ppmv para mg/m 3

Primeiro, ppm (partes por milhão [3] ) e ppb (partes por bilhão) são definidos como `1 ppm = 1/10 6 = 10 -6 ` e `1 ppb = 1/10 9 = 10 -9 `. Portanto, `1 ppm = 1000 ppb or 1 ppb = 10 -3 ppm`.

O fator de conversão depende da temperatura na qual você deseja a conversão (geralmente 25 graus centígrados nos EUA), bem como da pressão ambiente. A uma pressão ambiente de 1 atmosfera, a equação geral é:

$$c = { ppmv \times 12.187 \times MW \over 273.15 + t } $$
where:
  • c = concentration in mg/m3(i.e., milligrams of gaseous pollutant per cubic meter of ambient air)
  • MW = molecular weight of the gaseous pollutant
  • ppmv = parts per million by volume (i.e., volume of gaseous pollutant per million volumes of ambient air)
  • t = ambient temperature in degrees centigrade.
  • 12.187 = inverse of the Universal Gas Law constant[4]

Como exemplo, para o poluente gasoso O 3 (ozônio), para converter 20 ppmv de Ozônio em `mg/m3 at 25 °C` e 1 atmosphere , utiliza-se a seguinte fórmula:

$$ c(20 ppmv) = { 20 \times 12.187 \times 48 \over 273.15 + 25 } = {20 \times 1.97} = 39.4 mg/m^3$$
where: 48.00 = `MW(O3)` = molecular weight of Ozone O3.

Padrões de conversão europeus e norte-americanos

A suposição sobre a temperatura ambiente e a pressão atmosférica é padronizada e resumida na tabela a seguir para os EUA, Europa ou condições normais. Para nossos analisadores de ozônio O342M , esse coeficiente é programável pelo usuário pelo operador do instrumento.

Gas Standard Conditions for Temperature and Pressure ( STP)
"STP US" Conditions at 25°C
(US EPA standard) [5]
1013 mbar and 298K
"STP European Union" Conditions at 20°C
(EU standard) [6]
1013 mbar and 293K
"Normal" Conditions at 0°C
1013 mbar and 273K
O3 - Ozone 1 ppb = `1,97` µg/m3 1 ppb = `2,00` µg/m3 1 ppb = `2,15` µg/m3
NO2 - Nitrogen Dioxyde 1 ppb = `1,88` µg/m3 1 ppb = `1,91` µg/m3 1 ppb = `2,05` µg/m3

Nota: Para aqueles interessados em saber por que 20°C é usado como temperatura de referência padrão, você pode conferir o artigo de Ted Doiron sobre "20 °C—Uma breve história da temperatura de referência padrão para medições dimensionais industriais".

Muito obrigado a Serge da Environnement SA pela resposta rápida e precisa sobre os monitores de ozônio. Note-se que o mesmo conceito também se aplica a outros gases, como o dióxido de azoto (por exemplo, utilizando o analisador AS32M ).


--

Para levar a investigação um pouco mais longe, a próxima questão é: qual seria o impacto no Índice de Qualidade do Ar calculado se a temperatura e a pressão reais fossem utilizadas em vez da referência?

Impacto da temperatura ambiente

A última questão é analisar o impacto de uma variação de temperatura no Índice de Qualidade do Ar.

Por exemplo, suponhamos que um instrumento mede uma média de `120 mg/m3` de ozônio durante 1 hora, o que corresponde a um AQI de 50 (Médio) de acordo com o Índice Comum Europeu de Qualidade do Ar ( CAQI ).

A 20°C e 1 atm, `120 mg/m^3` converte-se em 120/2,00, ou seja, 60.0 ppmv . Então, vamos supor que esta seja a medição real do sensor de ozônio. A questão é então: e se a temperatura ambiente estivesse atingindo o pico de 42°C, como às vezes acontece durante as ondas de calor do verão, então qual seria a massa correta? A fórmula de conversão é:



$$c = { ppmv \times 12.187 \times MW \over 273.15 + t } = 111.37 $$

Isso resulta em uma diferença de `8,6 mg/m^3` de ozônio medido. Ao aplicar o padrão CAQI, o AQI correspondente é 46.4 (em vez de 50 usando a condição padrão de 20°C). Na verdade, esta é uma diferença aceitável.

A fórmula generalizada de ajuste em função da temperatura ambiente é resumida no gráfico à direita. O eixo x é a temperatura ambiente, e o eixo y o AQI calculado é a temperatura real que seria usada em vez da temperatura de referência (20°C).

Impacto da pressão atmosférica

No que diz respeito à pressão atmosférica, a variação é definida pela Lei dos Gases Ideais (` PV = nRT `).

O valor 12.187 é na verdade o inverso da constante R da Lei Universal dos Gases. Assim, para compreender o impacto da pressão atmosférica, pode-se usar a seguinte fórmula:

$$R = {{ P \times V } \over {n \times T}} = {{ P \times 22.4 } \over { 1 \times 273 }} = { P \over 12.1875 } $$

Em outras palavras, basta dividir o fator de conversão pela atmosfera atual. Assumindo que a pressão p é expressa em milibares ( 1 atm = 1013.25 mb ), a fórmula de conversão generalizada torna-se:

$$c = { ppmv \times MW \times 1013.25 \times 12.1875 \over { p \times (273.15 + t)} } $$
where:
  • c = concentration in mg/m3(i.e., milligrams of gaseous pollutant per cubic meter of ambient air)
  • MW = molecular weight of the gaseous pollutant
  • ppmv = parts per million by volume (i.e., volume of gaseous pollutant per million volumes of ambient air)
  • t = ambient temperature in degrees centigrade.
  • p = ambient atmospheric pressure in millibars.

Conclusões

As explicações acima confirmam nossa hipótese inicial de que, embora as leituras de ozônio possam ser fornecidas com unidades diferentes ( ppm e `mg/m^3`), isso na verdade não é um problema, pois existe uma maneira padrão de converter leituras de `mg/m^3` ^3 to ppm` e vice-versa. Além disso, o impacto da utilização da referência STP (Temperatura e Pressão Padrão) em vez da temperatura e pressão ambiente reais é mínimo, ou seja, apenas unidades de Índice de diferença para o Ozono.



Credits: Ozone visual recreated using Icon pack by Icons8 and taken from American Chemical Society.

[1] This Ozone is not to be confused with the good ozone also called stratospheric ozone
[3] Parts per million also can be expressed as milligrams per liter (mg/L). This measurement is the mass of a chemical or contaminate per unit volume of water. Seeing ppm or mg/L on a lab report means the same thing. from University of Minnesota
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Gas_constant
Clique aqui para ver todas as entradas do FAQ
  • AQI Scale: What do the colors and numbers mean?
  • Using Statistical Distances for Real-time Sensor Networks Validation
  • Nitrogen Dioxyde (NO2) in our atmosphere
  • Sobre a medição da aualidade do ar e poluição

    Sobre os níveis de qualidade do ar

    -Valores do Índice de Qualidade do Ar (AQI)Níveis de preocupação de saúde
    0 - 50Boa0-50: Boa - A qualidade do ar é considerada satisfatória, a poluição do ar representa pouco ou nenhum risco
    51 -100Moderado50-100: Moderado - A qualidade do ar é aceitável; No entanto, para alguns poluentes pode haver um problema de saúde moderada para um número muito pequeno de pessoas que são mais sensíveis à poluição do ar.
    101-150Não Saudável para Grupos SensíveisMembros de grupos sensíveis podem ter efeitos na a saúde. O público em geral não é susceptível de ser afetado.
    151-200Não saudável150-200: Insalubre - Toda a população pode começar a sentir os efeitos na saúde; membros de grupos sensíveis podem apresentar efeitos mais sérios de saúde.
    201-300Muito Prejudical à Saúde200-300: Muito Insalubre - As advertências de saúde de situações de emergência. Toda a população é mais susceptível de ser afectada.
    300+Perigoso300+: Perigoso - alerta de saúde: todos podem experimentar efeitos mais graves para a saúde

    Para saber mais sobre Qualidade do Ar e Poluição, verifique o wikipedia Qualidade do Ar tópico ou o guia AIRNow a Qualidade do Ar e sua saúde.

    Para informações sobre saúde muito úteis em Pequim, procure Doutor Richard Saint Cyr MD, consulte www.myhealthbeijing.com blogue.


    Aviso de uso: Todos os dados da Qualidade do Ar não são validados no momento da publicação e, devido à garantia de qualidade, esses dados podem ser alterados, sem aviso prévio, a qualquer momento. O projeto Índice de Qualidade do Ar Mundial exerceu todas as habilidades e cuidados razoáveis na compilação do conteúdo desta informação e sob nenhuma circunstância o A equipe do projeto World Air Quality Index ou seus agentes podem ser responsabilizados em contrato, responsabilidade civil ou de outra forma por qualquer perda, lesão ou dano decorrente direta ou indiretamente do fornecimento desses dados.



    Configurações


    Configurações de Idioma:


    Temperature unit:
    Celcius