A környezeti ózon , amelyet O 3- nak neveznek, és amelyet talajszinti vagy troposzférikus ózonnak is neveznek, országtól függetlenül mindenkire hatással van a Földön, amint azt a jobb oldali kép is mutatja [1] .
(Attribution: WMO GAW research on reactive gases )
Ellentétben a részecskékkel (PM 2,5 ), a talajközeli ózon nem kerül kibocsátásra közvetlenül. Ehelyett egy sor kémiai reakció során keletkezik, amelyek nitrogén-oxidok, illékony szerves vegyületek, napfény és magas hőmérséklet jelenlétében mennek végbe, amint az a következő képen látható:
Ennek a talajszintű ózonnak az egészségre gyakorolt hatásának számszerűsítése az egyes országok által meghatározott levegőminőség-index szabványon keresztül történik. Az érdekes az, hogy a világ fele milligramm-mérésen alapuló szabványt használ, míg a többi ppb-alapú mérést használ. De ez tényleg probléma? Ezt fogjuk megvizsgálni ebben a cikkben.
--
Az ózonra vonatkozó US EPA szabvány ppm-en, míg az európai szabvány milligrammon alapul.
Így természetesen kérdésünkkel az Environnement SA- t, az egyik vezető európai környezetvédelmi berendezésgyártót céloztuk meg, aki saját O342M ózonelemzőt fejleszt (lásd a jobb oldali képet).
Az O342M mind az US EPA, mind az EU tanúsítvánnyal rendelkezik (lásd a specifikációt ), ezért ppm-ben és milligrammban is képes mérést adni. Kérdésünk az Environnement SA-hoz az volt: „ Hogyan támogatja az Ön ózonelemzője a ppm és a milligramm kibocsátást? Hardveres különbség van a mérésnél? Ha nem, van valami szabvány az átalakításra? '.
Ózonmérési alapelvek
Az ózonmérés az univerzálisan ismert UV-abszorpciós elven [2] alapul, amely az ózonmolekulák UV-elnyelésének méréséből áll. Az ózonkoncentrációt a gázminta és az ózon nélküli minta UV-abszorpciója közötti különbség határozza meg katalizátoros szűrés után.
Ebben a rendszerben az ózonkoncentrációt a levegő térfogatára jutó fényenergia mennyiségeként mérik, amelyből levonják a ppbv-ben kifejezett koncentrációt. Az alsó kimutathatósági határ ennél a rendszernél 0,4 ppb (amely 0,3-as AQI-nek felel meg, a US EPA 8 órás ózonszabványa alapján). Ez a rendszer önmagában nem méri a tömeget, de létezik egy szabványos módszer a ppmv-ről mg/m 3 -re való átszámításra.
A légköri szennyezőanyag-koncentrációk átalakítása: ppmv-ről mg/m 3 -re
Először is, a ppm (rész per millió [3] ) és a ppb (milliárd rész) a következőképpen van definiálva: "1 ppm = 1/10 6 = 10 -6 " és "1 ppb = 1/10 9 = 10 -9 ". Tehát "1 ppm = 1000 ppb or 1 ppb = 10-3 ppm".
Az átváltási tényező attól függ, hogy milyen hőmérsékleten kívánja átváltani (általában 25 Celsius-fok az Egyesült Államokban), valamint a környezeti nyomástól. 1 atmoszféra környezeti nyomáson az általános egyenlet a következő:
-
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]
Példaként az O 3 (ózon) gáz-halmazállapotú szennyezőanyag esetében 20 ppmv ózon átalakítására "mg/m3 at 25 °C-on" és 1 atmosphere a következő képletet kell használni:
48.00 = `MW(O3)` = molecular weight of Ozone O3. Európai és amerikai átváltási szabványok
A környezeti hőmérsékletre és légköri nyomásra vonatkozó feltételezés az alábbi táblázatban az Egyesült Államokra, Európára vagy normál körülményekre vonatkozóan szabványosított és summuzált. Az O342M ózonelemző készülékeinknél ezt az együtthatót a készülék kezelője a felhasználó által programozhatja.
| 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 |
Megjegyzés: Azok számára, akik szeretnék tudni, hogy miért 20 °C-ot használnak standard referencia-hőmérsékletként, megtekinthetik Ted Doiron „20 °C – Az ipari méretmérések szabványos referenciahőmérsékletének rövid története” című cikkét .
Köszönet Serge-nek az Environnement SA- tól az Ozone monitorokkal kapcsolatos gyors és pontos válaszért. Vegye figyelembe, hogy ugyanez a koncepció más gázokra is vonatkozik, mint például a nitrogén-dioxidra (például az AS32M analizátor használatával).
--
Hogy egy kicsit tovább toljam a vizsgálatot, a következő kérdés, hogy milyen hatással lenne a számított levegőminőségi indexre, ha a referencia helyett a tényleges hőmérsékletet és nyomást használnák?
A környezeti hőmérséklet hatása
Az utolsó kérdés az, hogy megvizsgáljuk a hőmérséklet-ingadozás hatását a levegőminőségi indexre.
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-on és 1 atm nyomáson a "120 mg/m^3" 120/2,00-ra, azaz 60.0 ppmv alakul át. Tehát tegyük fel, hogy ez az ózonérzékelő tényleges mérése. A kérdés az, hogy akkor mi lenne a helyes tömeg, ha a környezeti hőmérséklet 42°C-ra tetőzik, ahogy ez néha előfordul a nyári hőséghullámok idején? Az átváltási képlet a következő:
$$c = { ppmv \times 12.187 \times MW \over 273.15 + t } = 111.37 $$
Ez a mért ózon 8,6 mg/m^3 különbségét eredményezi. A CAQI-szabvány alkalmazásakor a megfelelő AQI 46.4 (a standard 20°C-os körülmények között 50 helyett). Ez tulajdonképpen elfogadható különbség.
A környezeti hőmérséklettől függő általános beállítási képlet a jobb oldali grafikonon látható. Az x tengely a környezeti hőmérséklet, az y tengely pedig a számított AQI a tényleges hőmérséklet lenne a referencia (20°C) helyett.
Légköri nyomás hatása
Ami a légköri nyomást illeti, a változást az ideális gáz törvénye (` PV = nRT `) határozza meg.
A 12.187 érték valójában az R egyetemes gáztörvény állandó inverze. Tehát a légköri nyomás hatásának megértéséhez a következő képlet használható:
Más szóval, csak el kell osztani az átváltási tényezőt az aktuális légkörrel. Feltéve, hogy a p nyomást millibarban fejezzük ki ( 1 atm = 1013.25 mb ), az általánosított átváltási képlet a következő:
-
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.
Következtetések
A fenti magyarázatok megerősítik azt a kiinduló hipotézisünket, hogy bár az ózonleolvasásokat különböző mértékegységekkel ( ppm és `mg/m^3`) lehet megadni, ez valójában nem probléma, mivel létezik egy szabványos módszer a leolvasott értékek `mg/m-ből való konvertálására. ^3- to ppm-ig` és fordítva. Ezen túlmenően a tényleges környezeti hőmérséklet és nyomás helyett a referencia STP (Standard Temperature & Pressure) használatának hatása minimális, azaz az ózon tekintetében csak az Index egységnyi különbsége.
Credits: Ozone visual recreated using Icon pack by Icons8 and taken from American Chemical Society.
