Ozon ambien, disebut sebagai O 3 dan juga disebut Ozon di permukaan tanah atau troposfer berdampak pada semua orang di bumi tanpa memandang negaranya, seperti yang ditunjukkan pada gambar di sebelah kanan [1] .
(Attribution: WMO GAW research on reactive gases )
Berbeda dengan materi partikulat (PM 2.5 ), Ozon di permukaan tanah tidak dipancarkan secara langsung. Sebaliknya, ia diproduksi melalui serangkaian reaksi kimia yang terjadi dengan adanya nitrogen oksida, senyawa organik yang mudah menguap, sinar matahari, dan suhu tinggi, seperti yang ditunjukkan pada visual berikut:
Mengukur dampak Ozon di permukaan tanah terhadap Kesehatan dilakukan melalui standar Indeks Kualitas Udara yang ditentukan masing-masing negara. Menariknya, separuh dunia menggunakan standar pengukuran berdasarkan miligram, sedangkan sisanya menggunakan pengukuran berbasis ppb. Namun apakah ini benar-benar sebuah masalah? Inilah yang akan kita bahas di artikel ini.
--
Standar EPA AS untuk Ozon didasarkan pada ppm, sedangkan standar Eropa didasarkan pada miligram.
Jadi, tentu saja kami mengarahkan pertanyaan kami ke Environnement SA , salah satu produsen peralatan lingkungan terkemuka di Eropa, yang mengembangkan alat analisa Ozon O342M miliknya sendiri (lihat gambar di sebelah kanan).
O342M disertifikasi oleh EPA AS dan UE (lihat lembar spesifikasi ), sehingga mampu memberikan pengukuran dalam ppm dan miligram. Pertanyaan kami kepada Environnement SA adalah ' Bagaimana alat analisa ozon Anda mendukung keluaran ppm dan miligram? Apakah ada perbedaan perangkat keras untuk pengukuran? Jika tidak, apakah ada standar untuk konversinya? '.
Prinsip Pengukuran Ozon
Pengukuran ozon didasarkan pada prinsip penyerapan UV yang dikenal secara universal [2] , yang terdiri dari pengukuran penyerapan UV pada molekul ozon. Konsentrasi ozon ditentukan oleh perbedaan antara serapan UV pada sampel gas dan sampel tanpa ozon setelah filtrasi dilakukan dengan catalytic converter.
Dalam sistem ini, konsentrasi Ozon diukur sebagai jumlah energi cahaya per volume udara, yang kemudian dikurangi konsentrasinya dalam ppbv. Batas bawah yang dapat dideteksi untuk sistem ini adalah 0,4 ppb (sesuai dengan AQI 0,3, berdasarkan standar Ozon 8 jam EPA AS). Sistem ini tidak mengukur massa seperti itu, namun ada cara standar untuk melakukan konversi dari ppmv ke mg/m 3 .
Mengubah Konsentrasi Pencemar Atmosfer: dari ppmv menjadi mg/m 3
Pertama, ppm (bagian per juta [3] ) dan ppb (bagian per miliar) didefinisikan sebagai `1 ppm = 1/10 6 = 10 -6 ` dan `1 ppb = 1/10 9 = 10 -9` . Jadi `1 ppm = 1000 ppb or 1 ppb = 10 -3 ppm`.
Faktor konversi bergantung pada suhu yang Anda inginkan untuk konversi (biasanya 25 derajat Celcius di AS), serta tekanan sekitar. Pada tekanan sekitar 1 atmosfer, persamaan umumnya adalah:
-
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]
Sebagai contoh, untuk polutan gas O 3 (ozon), untuk mengubah 20 ppmv Ozon menjadi `mg/m3 at 25 °C` dan 1 atmosphere , digunakan rumus berikut:
48.00 = `MW(O3)` = molecular weight of Ozone O3. Standar Konversi Eropa dan AS
Asumsi suhu lingkungan dan tekanan atmosfer sebenarnya distandarisasi dan dirangkum dalam tabel berikut untuk kondisi AS, Eropa atau normal. Untuk alat analisa Ozon O342M kami, koefisien ini dapat diprogram oleh pengguna oleh operator instrumen.
| 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 |
Catatan: Bagi mereka yang tertarik mengetahui mengapa 20°C digunakan sebagai suhu referensi standar, Anda dapat membaca artikel Ted Doiron tentang "20 °C—Sejarah singkat suhu referensi standar untuk pengukuran dimensi industri".
Terima kasih banyak kepada Serge dari Environnement SA atas jawaban yang cepat dan tepat pada monitor Ozon. Perhatikan bahwa konsep yang sama juga berlaku untuk gas lain seperti Nitrogen Dioksida (misalnya menggunakan alat analisa AS32M ).
--
Untuk mendorong penyelidikan lebih jauh, pertanyaan berikutnya adalah apa dampaknya terhadap perhitungan Indeks Kualitas Udara jika suhu dan tekanan sebenarnya yang digunakan dan bukan suhu dan tekanan referensi?
Dampak dari suhu lingkungan
Pertanyaan terakhir adalah melihat dampak variasi suhu terhadap Indeks Kualitas Udara.
Misalnya, asumsikan bahwa suatu instrumen mengukur rata-rata `120 mg/m3` Ozon selama 1 jam, yang setara dengan AQI 50 (Sedang) menurut Indeks Kualitas Udara Umum Eropa ( CAQI ).
Pada 20°C dan 1 atm, `120 mg/m^3` diubah menjadi 120/2,00, yaitu 60.0 ppmv . Jadi mari kita asumsikan bahwa ini adalah pengukuran sebenarnya dari sensor Ozon. Pertanyaannya kemudian, bagaimana jika suhu lingkungan mencapai puncaknya hingga 42°C, seperti yang kadang terjadi selama gelombang panas musim panas, berapakah massa yang tepat? Rumus konversinya adalah:
$$c = { ppmv \times 12.187 \times MW \over 273.15 + t } = 111.37 $$
Hal ini menghasilkan perbedaan sebesar `8,6 mg/m^3` dari Ozon yang diukur. Saat menerapkan standar CAQI, AQI yang sesuai adalah 46.4 (bukan 50 jika menggunakan kondisi standar 20°C). Sebenarnya ini adalah perbedaan yang bisa diterima.
Rumus penyesuaian umum tergantung pada suhu sekitar dirangkum dalam grafik di sebelah kanan. Sumbu x adalah suhu sekitar, dan sumbu y adalah AQI yang dihitung yang merupakan suhu sebenarnya yang akan digunakan sebagai pengganti suhu referensi (20°C).
Dampak dari tekanan atmosfer
Mengenai tekanan atmosfer, variasinya ditentukan oleh Hukum Gas Ideal (` PV = nRT `).
Nilai 12.187 sebenarnya merupakan kebalikan dari konstanta Hukum Gas Universal R Jadi, untuk memahami dampak tekanan atmosfer, dapat digunakan rumus berikut:
Dengan kata lain, kita hanya perlu membagi faktor konversi dengan atmosfer saat ini. Dengan asumsi tekanan p dinyatakan dalam milibar ( 1 atm = 1013.25 mb ), rumus konversi umum menjadi:
-
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.
Kesimpulan
Penjelasan di atas mengkonfirmasi hipotesis awal kami bahwa meskipun pembacaan Ozon dapat diberikan dengan satuan yang berbeda ( ppm dan `mg/m^3`), hal ini sebenarnya tidak menjadi masalah karena ada cara standar untuk mengkonversi pembacaan dari `mg/m ^3 to ppm` dan sebaliknya. Selain itu, dampak penggunaan referensi STP (Suhu & Tekanan Standar) dibandingkan suhu dan tekanan lingkungan sebenarnya adalah minimal, yaitu hanya selisih satuan Indeks untuk Ozon.
Credits: Ozone visual recreated using Icon pack by Icons8 and taken from American Chemical Society.
