Амбијентални озон , који се назива О3 и назива се и приземни или тропосферски озон, утиче на све на Земљи без обзира на земљу, као што је приказано на слици десно [1] .
(Attribution: WMO GAW research on reactive gases )
За разлику од честица (ПМ 2.5 ), приземни озон се не емитује директно. Уместо тога, производи се низом хемијских реакција које се дешавају у присуству азотних оксида, испарљивих органских једињења, сунчеве светлости и високих температура, као што је приказано на следећем визуелном приказу:
Квантификација утицаја овог приземног озона на здравље се врши преко стандарда Индекса квалитета ваздуха који свака земља дефинише. Занимљиво је да половина света користи стандард заснован на мерењу у милиграмима, док остатак користи мерење засновано на ппб. Али да ли је ово заиста проблем? То је оно што ћемо погледати у овом чланку.
--
Амерички ЕПА стандард за озон је заснован на ппм, док је европски стандард заснован на милиграмима.
Дакле, природно смо своје питање усмерили на Енвироннемент СА , једног од водећих европских произвођача опреме за заштиту животне средине, који развија сопствени О342М анализатор озона (погледајте слику десно).
О342М је и сертификован од стране УС ЕПА и ЕУ (погледајте спецификацију ), стога може да обезбеди мерење и у ппм и у милиграмима. Наше питање за Енвироннемент СА је било „ Како ваш анализатор озона подржава и ппм и милиграме? Постоји ли разлика у хардверу за мерење? Ако не, постоји ли неки стандард за конверзију? '.
Принципи мерења озона
Мерење озона се заснива на универзално познатом принципу УВ апсорпције [2] , који се састоји у мерењу УВ апсорпције молекула озона. Концентрација озона се одређује разликом између УВ апсорпције узорка гаса и узорка без озона након филтрације извршене каталитичким конвертором.
У овом систему, концентрација озона се мери као количина светлосне енергије по запремини ваздуха, од које се одузима концентрација у ппбв. Доња граница детекције за овај систем је 0,4 ппб (што одговара АКИ од 0,3, на основу УС ЕПА стандарда за 8-часовни озон). Овај систем не мери масу као такву, али постоји стандардни начин претварања из ппмв у мг/м 3 .
Претварање концентрација атмосферских загађивача: из ппмв у мг/м 3
Прво, ппм (делови на милион [3] ) и ппб (делови на милијарду) су дефинисани као `1 ппм = 1/10 6 = 10 -6 ` и `1 ппб = 1/10 9 = 10 -9 `. Дакле, `1 ппм = 1000 ппб or 1 ппб = 10 -3 ппм`.
Фактор конверзије зависи од температуре на којој желите конверзију (обично 25 степени Целзијуса у САД), као и од притиска околине. При притиску околине од 1 атмосфере, општа једначина је:
-
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]
Као пример, за гасовити загађивач О 3 (озон), за претварање 20 ppmv озона у `мг/м3 at 25 °Ц` и 1 atmosphere , користи се следећа формула:
48.00 = `MW(O3)` = molecular weight of Ozone O3. Европски и амерички стандарди конверзије
Претпоставка о температури околине и атмосферском притиску је заправо стандардизована и сажета у следећој табели за САД, Европу или нормалне услове. За наше О342М анализаторе озона , овај коефицијент може да програмира корисник инструмента.
| 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 |
Напомена: За оне који су заинтересовани да знају зашто се 20°Ц користи као стандардна референтна температура, можете погледати чланак Теда Доирона на тему „20 °Ц—Кратка историја стандардне референтне температуре за индустријска мерења димензија“.
Велико хвала Сержу из Енвироннемент СА на брзом и прецизном одговору о мониторима за озон. Имајте на уму да се исти концепт примењује и на друге гасове као што је азот диоксид (на пример коришћењем АС32М анализатора).
--
Да продужимо истрагу, следеће питање је какав би био утицај на израчунати индекс квалитета ваздуха ако би се уместо референтних користили стварна температура и притисак?
Утицај температуре околине
Последње питање је да се погледа утицај варијације температуре на индекс квалитета ваздуха.
На пример, претпоставимо да инструмент мери у просеку `120 мг/м3` озона током 1 сата, што одговара АКИ од 50 (средњи) према Европском заједничком индексу квалитета ваздуха ( ЦАКИ ).
На 20°Ц и 1 атм, „120 мг/м^3“ се претвара у 120/2,00, односно 60.0 ppmv . Претпоставимо да је ово стварно мерење са сензора за озон. Питање је онда, шта ако је температура околине достигла максимум од 42°Ц, као што се то понекад дешава током летњих топлотних таласа, која би онда била тачна маса? Формула конверзије је:
$$c = { ppmv \times 12.187 \times MW \over 273.15 + t } = 111.37 $$
Ово резултира разликом од `8,6 мг/м^3` измереног озона. Када се примењује ЦАКИ стандард, одговарајући АКИ је 46.4 (уместо 50 када се користи стандардни услов од 20°Ц). Ово је заправо прихватљива разлика.
Генерализована формула за подешавање у зависности од температуре околине је сажета на графикону са десне стране. Кс-оса је температура околине, а и-оса израчунати АКИ је стварна температура би се користила уместо референтне (20°Ц).
Утицај атмосферског притиска
Што се тиче атмосферског притиска, варијација је дефинисана Законом о идеалном гасу (` ПВ = нРТ` ).
Вредност 12.187 је заправо инверзна константа Универзалног закона о гасу R Дакле, да би се разумео утицај атмосферског притиска, може се користити следећа формула:
Другим речима, само треба поделити фактор конверзије са тренутном атмосфером. Под претпоставком да је притисак p изражен у милибарима ( 1 atm = 1013.25 mb ), генерализована формула претварања постаје:
-
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.
Закључци
Горња објашњења потврђују нашу почетну хипотезу да, иако се очитавања озона могу дати у различитим јединицама ( ppm и `мг/м^3`), то заправо није проблем јер постоји стандардни начин за претварање очитавања из `мг/м ^3 to ппм` и обрнуто. Штавише, утицај коришћења референтне СТП (Стандард Температуре & Прессуре) уместо стварне амбијенталне температуре и притиска је минималан, тј. само јединице индекса разлике за озон.
Credits: Ozone visual recreated using Icon pack by Icons8 and taken from American Chemical Society.
