Ozonul ambiental, denumit O 3 și numit și Ozon la nivelul solului sau troposferic , afectează toată lumea de pe pământ, indiferent de țară, așa cum se arată în imaginea din dreapta [1] .
(Attribution: WMO GAW research on reactive gases )
Spre deosebire de particulele (PM 2,5 ), ozonul de la nivelul solului nu este emis direct. În schimb, este produs printr-o serie de reacții chimice care apar în prezența oxizilor de azot, a compușilor organici volatili, a luminii solare și a temperaturilor ridicate, așa cum se arată în imaginea următoare:
Cuantificarea impactului acestui ozon la nivelul solului asupra sănătății se face prin intermediul standardului Indexului de calitate a aerului pe care îl definește fiecare țară. Ceea ce este interesant este că jumătate din lume folosește un standard bazat pe măsurarea miligramelor, în timp ce restul folosește măsurarea bazată pe ppb. Dar este aceasta cu adevărat o problemă? Acesta este ceea ce ne vom uita în acest articol.
--
Standardul US EPA pentru ozon se bazează pe ppm, în timp ce cel european se bazează pe miligrame.
Așadar, ne-am direcționat întrebarea către Environnement SA , unul dintre cei mai importanți producători europeni de echipamente de mediu, care își dezvoltă propriul analizor de ozon O342M (vezi imaginea din dreapta).
O342M este atât certificat de US EPA, cât și de UE (vezi fișa cu specificații ), astfel încât poate oferi măsurători atât în ppm, cât și în miligrame. Întrebarea noastră adresată Environnement SA a fost „ Cum acceptă analizorul dumneavoastră de ozon atât ieșirea în ppm, cât și în miligrame? Există vreo diferență hardware pentru măsurare? Dacă nu, există vreun standard pentru conversie? '.
Principii de măsurare a ozonului
Măsurarea ozonului se bazează pe principiul universal cunoscut de absorbție UV [2] , care constă în măsurarea absorbției UV a moleculelor de ozon. Concentrația de ozon este determinată de diferența dintre absorbția UV a probei de gaz și proba fără ozon după filtrarea efectuată cu un convertor catalitic.
În acest sistem, concentrația de ozon este măsurată ca o cantitate de energie luminoasă pe volum de aer, din care se deduce concentrația în ppbv. Limita inferioară detectabilă pentru acest sistem este de 0,4 ppb (corespunzând unui AQI de 0,3, bazat pe standardul de ozon de 8 ore al US EPA). Acest sistem nu măsoară masa ca atare, dar există o modalitate standard de a face conversia de la ppmv la mg/m 3 .
Conversia concentrațiilor de poluanți atmosferici: de la ppmv la mg/m 3
În primul rând, ppm (părți per milion [3] ) și ppb (părți per miliard) sunt definite ca `1 ppm = 1/10 6 = 10 -6` și `1 ppb = 1/10 9 = 10 -9` . Deci `1 ppm = 1000 ppb or 1 ppb = 10 -3 ppm`.
Factorul de conversie depinde de temperatura la care doriți conversia (de obicei 25 de grade Celsius în SUA), precum și de presiunea ambientală. La o presiune ambientală de 1 atmosferă, ecuația generală este:
-
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]
De exemplu, pentru poluantul gazos O 3 (ozon), pentru a converti 20 ppmv de ozon în `mg/m3 at 25 °C` și 1 atmosphere , se utilizează următoarea formulă:
48.00 = `MW(O3)` = molecular weight of Ozone O3. Standarde de conversie europene și americane
Ipoteza asupra temperaturii ambientale și a presiunii atmosferice este de fapt standardizată și rezumată în tabelul următor pentru SUA, Europa sau condiții normale. Pentru analizoarele noastre de ozon O342M , acest coeficient este programabil de utilizator de către operatorul instrumentului.
| 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 |
Notă: Pentru cei interesați să știe de ce se utilizează 20 °C ca temperatură de referință standard, puteți consulta articolul lui Ted Doiron despre „20 °C — O scurtă istorie a temperaturii de referință standard pentru măsurători dimensionale industriale”.
Mulțumiri lui Serge de la Environnement SA pentru răspunsul rapid și precis la monitoarele Ozon. Rețineți că același concept se aplică și altor gaze, cum ar fi dioxidul de azot (de exemplu, folosind analizorul AS32M ).
--
Pentru a împinge investigația un pic mai departe, următoarea întrebare este care ar fi impactul asupra indicelui calculat de calitate a aerului dacă temperatura și presiunea reală ar fi utilizate în locul celei de referință?
Impactul temperaturii ambientale
Ultima întrebare este să ne uităm la impactul unei variații de temperatură asupra indicelui de calitate a aerului.
De exemplu, să presupunem că un instrument măsoară o medie de `120 mg/m3` de ozon timp de 1 oră, ceea ce corespunde unui AQI de 50 (mediu) conform Indexului european comun de calitate a aerului ( CAQI ).
La 20°C și 1 atm, „120 mg/m^3” se transformă în 120/2,00, adică 60.0 ppmv . Deci, să presupunem că aceasta este măsurarea reală de la senzorul de ozon. Întrebarea este atunci, ce se întâmplă dacă temperatura ambiantă ar atinge vârful la 42°C, așa cum se întâmplă uneori în timpul valurilor de căldură de vară, atunci care ar fi masa corectă? Formula de conversie este:
$$c = { ppmv \times 12.187 \times MW \over 273.15 + t } = 111.37 $$
Aceasta are ca rezultat o diferență de `8,6 mg/m^3` de ozon măsurat. Când se aplică standardul CAQI, AQI-ul corespunzător este 46.4 (în loc de 50 folosind condiția standard de 20°C). Aceasta este de fapt o diferență acceptabilă.
Formula de ajustare generalizată în funcție de temperatura ambiantă este rezumată cu graficul din dreapta. Axa x este temperatura ambiantă, iar axa y AQI calculat este temperatura reală care ar fi utilizată în locul celei de referință (20°C).
Impactul presiunii atmosferice
În ceea ce privește presiunea atmosferică, variația este definită de Legea gazelor ideale (` PV = nRT` ).
Valoarea 12.187 este de fapt inversul constantei universale a legii gazelor R . Deci, pentru a înțelege impactul presiunii atmosferice, se poate folosi următoarea formulă:
Cu alte cuvinte, trebuie doar să împărțim factorul de conversie la atmosfera actuală. Presupunând că presiunea p este exprimată în milibari ( 1 atm = 1013.25 mb ), formula generalizată de conversie devine:
-
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.
Concluzii
Explicațiile de mai sus confirmă ipoteza noastră inițială că, deși citirile de ozon pot fi furnizate cu unități diferite ( ppm și `mg/m^3`), aceasta nu este de fapt o problemă, deoarece există o modalitate standard de a converti citirile din `mg/m ^3 to ppm` și invers. În plus, impactul utilizării referinței STP (Standard Temperature & Pressure) în locul temperaturii și presiunii ambiante reale este minim, adică doar unități de indice în diferență pentru ozon.
Credits: Ozone visual recreated using Icon pack by Icons8 and taken from American Chemical Society.
