परिवेशी ओजोन , जिसे O3 कहा जाता है और इसे जमीनी स्तर या क्षोभमंडलीय ओजोन भी कहा जाता है, देश की परवाह किए बिना पृथ्वी पर सभी को प्रभावित करता है, जैसा कि दाईं ओर की छवि में दिखाया गया है [1] ।
(Attribution: WMO GAW research on reactive gases )
पार्टिकुलेट मैटर (पीएम 2.5 ) के विपरीत, जमीनी स्तर का ओजोन सीधे उत्सर्जित नहीं होता है। इसके बजाय यह नाइट्रोजन ऑक्साइड, वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों, सूर्य के प्रकाश और उच्च तापमान की उपस्थिति में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला के माध्यम से उत्पन्न होता है, जैसा कि निम्नलिखित दृश्य में दिखाया गया है:
स्वास्थ्य पर इस जमीनी स्तर के ओजोन के प्रभाव की मात्रा निर्धारित करना वायु गुणवत्ता सूचकांक मानक के माध्यम से किया जाता है जिसे प्रत्येक देश परिभाषित करता है। दिलचस्प बात यह है कि आधी दुनिया मिलीग्राम माप पर आधारित मानक का उपयोग कर रही है, जबकि बाकी पीपीबी आधारित माप का उपयोग कर रही है। लेकिन क्या ये वाकई एक समस्या है? इस लेख में हम यही देखेंगे।
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ओजोन के लिए अमेरिकी ईपीए मानक पीपीएम पर आधारित है, जबकि यूरोपीय मिलीग्राम पर आधारित हैं।
इसलिए, हमने स्वाभाविक रूप से अपना प्रश्न Environnement SA को लक्षित किया, जो अग्रणी यूरोपीय पर्यावरण उपकरण निर्माता में से एक है, जो अपना स्वयं का O342M ओजोन विश्लेषक विकसित करता है (दाईं ओर चित्र देखें)।
O342M यूएस ईपीए और ईयू दोनों द्वारा प्रमाणित है ( स्पेकशीट देखें), इसलिए पीपीएम और मिलीग्राम दोनों में माप प्रदान करने में सक्षम है। एनवायरनमेंट एसए से हमारा प्रश्न था ' आपका ओजोन विश्लेषक पीपीएम और मिलीग्राम आउटपुट दोनों का समर्थन कैसे करता है? क्या माप के लिए कोई हार्डवेयर अंतर है? यदि नहीं, तो क्या परिवर्तन के लिए कोई मानक है? '.
ओजोन मापन सिद्धांत
ओजोन माप सार्वभौमिक रूप से ज्ञात यूवी अवशोषण सिद्धांत [2] पर आधारित है, जिसमें ओजोन अणुओं के यूवी अवशोषण को मापना शामिल है। ओजोन सांद्रता गैस नमूने के यूवी अवशोषण और एक उत्प्रेरक कनवर्टर द्वारा किए गए निस्पंदन के बाद ओजोन के बिना नमूने के बीच अंतर से निर्धारित होती है।
इस प्रणाली में, ओजोन सांद्रता को हवा की प्रति मात्रा में प्रकाश ऊर्जा की मात्रा के रूप में मापा जाता है, जिसमें से पीपीबीवी में सांद्रता घटा दी जाती है। इस प्रणाली के लिए निचली पता लगाने योग्य सीमा 0.4 पीपीबी है (यूएस ईपीए 8-घंटे ओजोन मानक के आधार पर 0.3 के एक्यूआई के अनुरूप)। यह प्रणाली इस तरह द्रव्यमान को नहीं मापती है, लेकिन पीपीएमवी से एमजी/एम 3 में रूपांतरण करने का एक मानक तरीका है।
वायुमंडलीय प्रदूषक सांद्रता को परिवर्तित करना: पीपीएमवी से एमजी/एम 3 तक
सबसे पहले, पीपीएम (प्रति मिलियन भाग [3] ) और पीपीबी (प्रति बिलियन भाग) को `1 पीपीएम = 1/10 6 = 10 -6` और `1 पीपीबी = 1/10 9 = 10 -9` के रूप में परिभाषित किया गया है। तो `1 पीपीएम = 1000 पीपीबी or 1 पीपीबी = 10 -3 पीपीएम`।
रूपांतरण कारक उस तापमान पर निर्भर करता है जिस पर आप रूपांतरण चाहते हैं (आमतौर पर अमेरिका में 25 डिग्री सेंटीग्रेड), साथ ही परिवेश का दबाव भी। 1 वायुमंडल के परिवेशीय दबाव पर, सामान्य समीकरण है:
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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]
उदाहरण के तौर पर, गैसीय प्रदूषक O 3 (ओजोन) के लिए, ओजोन के 20 ppmv `25 डिग्री सेल्सियस at mg/m3` और 1 atmosphere में परिवर्तित करने के लिए, निम्नलिखित सूत्र का उपयोग किया जाता है:
48.00 = `MW(O3)` = molecular weight of Ozone O3. यूरोपीय और अमेरिकी रूपांतरण मानक
परिवेश के तापमान और वायुमंडलीय दबाव पर धारणा वास्तव में अमेरिका, यूरोप या सामान्य स्थितियों के लिए निम्नलिखित तालिका में मानकीकृत और संक्षेपित है। हमारे O342M ओजोन विश्लेषकों के लिए, यह गुणांक उपकरण के ऑपरेटर द्वारा उपयोगकर्ता द्वारा प्रोग्राम करने योग्य है।
| 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 |
नोट: जो लोग यह जानने में रुचि रखते हैं कि 20°C को मानक संदर्भ तापमान के रूप में क्यों उपयोग किया जाता है, आप टेड डोइरॉन के लेख "20°C-औद्योगिक आयामी माप के लिए मानक संदर्भ तापमान का एक संक्षिप्त इतिहास" देख सकते हैं।
ओजोन मॉनिटर पर त्वरित और सटीक उत्तर के लिए एनवायरनमेंट एसए से सर्ज को बहुत धन्यवाद। ध्यान दें कि यही अवधारणा नाइट्रोजन डाइऑक्साइड जैसी अन्य गैसों पर भी लागू होती है (उदाहरण के लिए AS32M विश्लेषक का उपयोग करके)।
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जांच को थोड़ा और आगे बढ़ाने के लिए, अगला सवाल यह है कि यदि संदर्भ के बजाय वास्तविक तापमान और दबाव का उपयोग किया जाएगा तो गणना की गई वायु गुणवत्ता सूचकांक पर क्या प्रभाव पड़ेगा?
परिवेश के तापमान से प्रभाव
अंतिम प्रश्न वायु गुणवत्ता सूचकांक पर तापमान भिन्नता के प्रभाव को देखना है।
For instance, let assume that an instrument is measuring an average of `120 mg/m3` of Ozone over 1 hour, which corresponds to an AQI of 50 (Medium) according to the European Common Air Quality Index (CAQI).
20°C और 1 atm पर, `120 mg/m^3` 120/2.00, यानी 60.0 ppmv में परिवर्तित हो जाता है। तो चलिए मान लेते हैं कि यह ओजोन सेंसर से लिया गया वास्तविक माप है। सवाल यह है कि, यदि परिवेश का तापमान 42 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच रहा था, जैसा कि कभी-कभी गर्मी की लहरों के दौरान होता है, तो क्या होगा, तो सही द्रव्यमान क्या होगा? रूपांतरण सूत्र है:
$$c = { ppmv \times 12.187 \times MW \over 273.15 + t } = 111.37 $$
इसके परिणामस्वरूप मापी गई ओजोन में `8.6 mg/m^3` का अंतर होता है। सीएक्यूआई मानक लागू करते समय, संबंधित एक्यूआई 46.4 है (मानक 20 डिग्री सेल्सियस स्थिति का उपयोग करते हुए 50 के बजाय)। यह वास्तव में एक स्वीकार्य अंतर है.
परिवेश के तापमान के आधार पर सामान्यीकृत समायोजन सूत्र को दाईं ओर ग्राफ़ के साथ संक्षेपित किया गया है। x-अक्ष परिवेश का तापमान है, और y-अक्ष पर गणना की गई AQI वास्तविक तापमान है जिसका उपयोग संदर्भ एक (20 डिग्री सेल्सियस) के बजाय किया जाएगा।
वायुमंडलीय दबाव से प्रभाव
जहां तक वायुमंडलीय दबाव का सवाल है, भिन्नता को आदर्श गैस कानून (` पीवी = एनआरटी` ) द्वारा परिभाषित किया गया है।
मान 12.187 वास्तव में सार्वभौमिक गैस नियम स्थिरांक R का व्युत्क्रम है। अत: वायुमंडलीय दबाव के प्रभाव को समझने के लिए निम्नलिखित सूत्र का उपयोग किया जा सकता है:
दूसरे शब्दों में, किसी को केवल वर्तमान माहौल से रूपांतरण कारक को विभाजित करने की आवश्यकता है। यह मानते हुए कि दबाव p मिलीबार ( 1 atm = 1013.25 mb ) में व्यक्त किया गया है, सामान्यीकृत रूपांतरण सूत्र बन जाता है:
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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.
निष्कर्ष
उपरोक्त स्पष्टीकरण हमारी प्रारंभिक परिकल्पना की पुष्टि करते हैं कि भले ही ओजोन रीडिंग विभिन्न इकाइयों ( ppm और `एमजी/एम^3`) के साथ प्रदान की जा सकती है, यह वास्तव में कोई समस्या नहीं है क्योंकि रीडिंग को `एमजी/एम^3` से परिवर्तित करने का एक मानक तरीका है ^3 to पीपीएम` और इसके विपरीत। इसके अलावा, वास्तविक परिवेश के तापमान और दबाव के बजाय संदर्भ एसटीपी (मानक तापमान और दबाव) का उपयोग करने का प्रभाव न्यूनतम है, यानी ओजोन के लिए सूचकांक की केवल इकाइयों का अंतर है।
Credits: Ozone visual recreated using Icon pack by Icons8 and taken from American Chemical Society.
