Loading [MathJax]/jax/output/HTML-CSS/jax.js

AQI ozonu: Używanie stężeń w miligramach czy ppb?
Ozone AQI: Using concentrations in milligrams or ppb?

Posted on September 6th 2015
Udział: aqicn.org/faq/2015-09-06/ozone-aqi-using-concentrations-in-milligrams-or-ppb/pl/

Ozon otaczający, określany jako O 3 i nazywany także ozonem przyziemnym lub troposferycznym , wpływa na wszystkich ludzi na Ziemi, niezależnie od kraju, jak pokazano na obrazku po prawej stronie [1] .

Afternoon ground level Ozone concentration in July 2011

(Attribution: WMO GAW research on reactive gases )

W przeciwieństwie do cząstek stałych (PM 2,5 ), ozon przyziemny nie jest emitowany bezpośrednio. Zamiast tego jest wytwarzany w wyniku szeregu reakcji chemicznych zachodzących w obecności tlenków azotu, lotnych związków organicznych, światła słonecznego i wysokich temperatur, jak pokazano na poniższej grafice:

Ilościowego wpływu ozonu przyziemnego na zdrowie dokonuje się za pomocą standardu wskaźnika jakości powietrza, który określa każdy kraj. Co ciekawe, połowa świata stosuje standard oparty na pomiarze w miligramach, a reszta na pomiarze w ppb. Ale czy to naprawdę jest problem? Właśnie temu przyjrzymy się w tym artykule.


--

Norma amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA) dotycząca ozonu opiera się na ppm, a europejska na miligramach.

Zatem naturalnie skierowaliśmy nasze pytanie do Environnement SA , jednego z wiodących europejskich producentów sprzętu ochrony środowiska, który opracowuje własny analizator ozonu O342M (patrz zdjęcie po prawej).

O342M posiada certyfikaty amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA) i UE (patrz arkusz danych technicznych ), dzięki czemu może dokonywać pomiarów zarówno w ppm, jak i miligramach. Nasze pytanie do Environnement SA brzmiało: W jaki sposób Państwa analizator ozonu obsługuje zarówno pomiary w ppm, jak i w miligramach? Czy jest jakaś różnica sprzętowa do pomiaru? Jeśli nie, czy istnieje jakiś standard konwersji? '.

Zasady pomiaru ozonu

Pomiar ozonu opiera się na powszechnie znanej zasadzie absorpcji UV [2] , która polega na pomiarze absorpcji UV przez cząsteczki ozonu. Stężenie ozonu określa się na podstawie różnicy pomiędzy absorpcją UV próbki gazu i próbki bez ozonu po filtracji przeprowadzonej przez katalizator.

W tym systemie stężenie ozonu mierzy się jako ilość energii świetlnej na objętość powietrza, od której odejmuje się stężenie w ppbv. Dolna wykrywalna granica dla tego systemu wynosi 0,4 ppb (co odpowiada AQI wynoszącemu 0,3 w oparciu o standard amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA) dotyczący 8-godzinnego ozonu. System ten nie mierzy masy jako takiej, ale istnieje standardowy sposób przeliczania ppmv na mg/m 3 .

Przeliczanie stężeń substancji zanieczyszczających atmosferę: z ppmv na mg/m 3

Po pierwsze, ppm (części na milion [3] ) i ppb (części na miliard) definiuje się jako „1 ppm = 1/10 6 = 10 -6 ” i „1 ppb = 1/10 9 = 10 -9 ”. Zatem `1 ppm = 1000 ppb or 1 ppb = 10 -3 ppm`.

Współczynnik konwersji zależy od temperatury, w której chcesz przeprowadzić konwersję (zwykle 25 stopni Celsjusza w USA), a także od ciśnienia otoczenia. Przy ciśnieniu otoczenia wynoszącym 1 atmosferę ogólne równanie wygląda następująco:

c=ppmv×12.187×MW273.15+t
where:
  • 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]

Na przykład w przypadku gazowej substancji zanieczyszczającej O 3 (ozon) w celu przeliczenia 20 ppmv ozonu na „mg/m3 at 25 °C” i 1 atmosphere stosuje się następujący wzór:

c(20ppmv)=20×12.187×48273.15+25=20×1.97=39.4mg/m3
where: 48.00 = `MW(O3)` = molecular weight of Ozone O3.

Europejskie i amerykańskie standardy konwersji

Założenia dotyczące temperatury otoczenia i ciśnienia atmosferycznego są w rzeczywistości ustandaryzowane i podsumowane w poniższej tabeli dla warunków amerykańskich, europejskich i normalnych. W przypadku naszych analizatorów ozonu O342M współczynnik ten może być programowany przez operatora urządzenia.

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

Uwaga: dla tych, którzy chcą wiedzieć, dlaczego 20°C jest używaną jako standardowa temperatura odniesienia, można zapoznać się z artykułem Teda Doirona pt. „20°C — krótka historia standardowej temperatury odniesienia w przemysłowych pomiarach wymiarowych”.

Wielkie dzięki dla Serge'a z Environnement SA za szybką i precyzyjną odpowiedź w sprawie monitorów ozonu. Należy zauważyć, że tę samą koncepcję stosuje się również do innych gazów, takich jak dwutlenek azotu (na przykład przy użyciu analizatora AS32M ).


--

Aby posunąć badanie nieco dalej, następne pytanie brzmi: jaki byłby wpływ na obliczony wskaźnik jakości powietrza, gdyby zamiast wartości odniesienia zastosowano rzeczywistą temperaturę i ciśnienie?

Wpływ temperatury otoczenia

Ostatnie pytanie dotyczy wpływu zmian temperatury na wskaźnik jakości powietrza.

Załóżmy na przykład, że przyrząd mierzy średnio „120 mg/m3” ozonu w ciągu 1 godziny, co odpowiada AQI wynoszącemu 50 (średni) zgodnie ze wspólnym europejskim wskaźnikiem jakości powietrza ( CAQI ).

W temperaturze 20°C i pod ciśnieniem 1 atmosfery „120 mg/m^3” przekształca się w 120/2,00, tj. 60.0 ppmv . Załóżmy więc, że jest to rzeczywisty pomiar z czujnika ozonu. Pytanie brzmi: co by było, gdyby temperatura otoczenia osiągnęła szczyt 42°C, jak to czasem się zdarza podczas letnich fal upałów, to jaka byłaby prawidłowa masa? Formuła konwersji to:

-1001020304050424446485052545658Actual AQI with temperature compensation (at 1atm)Temperature in CelciusMeasured Ozone CAQI= 50Measured Ozone CAQI= 52Measured Ozone CAQI= 48


c=ppmv×12.187×MW273.15+t=111.37

Daje to różnicę `8,6 mg/m^3` mierzonego ozonu. Przy zastosowaniu standardu CAQI odpowiedni wskaźnik AQI wynosi 46.4 (zamiast 50 przy standardowych warunkach 20°C). To właściwie akceptowalna różnica.

Uogólniony wzór regulacji w zależności od temperatury otoczenia podsumowano wykresem po prawej stronie. Oś x to temperatura otoczenia, a oś y obliczonego AQI to rzeczywista temperatura, która zostanie zastosowana zamiast temperatury odniesienia (20°C).

Wpływ ciśnienia atmosferycznego

Jeśli chodzi o ciśnienie atmosferyczne, zmienność jest określona przez prawo gazu doskonałego („ PV = nRT ”).

Wartość 12.187 jest w rzeczywistości odwrotnością stałej uniwersalnego prawa gazu R . Aby więc zrozumieć wpływ ciśnienia atmosferycznego, można zastosować następujący wzór:

R=P×Vn×T=P×22.41×273=P12.1875

Innymi słowy, wystarczy podzielić współczynnik przeliczeniowy przez obecną atmosferę. Zakładając, że ciśnienie p jest wyrażone w milibarach ( 1 atm = 1013.25 mb ), uogólniony wzór przeliczeniowy wygląda następująco:

c=ppmv×MW×1013.25×12.1875p×(273.15+t)
9609801,0001,0201,0401,0601,080424446485052545658Actual AQI with pressure compensation (at 20C)Pressure in mbMeasured Ozone CAQI= 50Measured Ozone CAQI= 52Measured Ozone CAQI= 48
where:
  • 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.

Wnioski

Powyższe wyjaśnienia potwierdzają naszą początkową hipotezę, że chociaż odczyty ozonu mogą być podawane w różnych jednostkach ( ppm i `mg/m^3`), w rzeczywistości nie stanowi to problemu, ponieważ istnieje standardowy sposób przeliczania odczytów z `mg/m ^3 to ppm` i odwrotnie. Co więcej, wpływ stosowania referencyjnego STP (standardowa temperatura i ciśnienie) zamiast rzeczywistej temperatury i ciśnienia otoczenia jest minimalny, tj. wynosi zaledwie kilka jednostek indeksu różnicy dla ozonu.



Credits: Ozone visual recreated using Icon pack by Icons8 and taken from American Chemical Society.

[1] This Ozone is not to be confused with the good ozone also called stratospheric ozone
[3] Parts per million also can be expressed as milligrams per liter (mg/L). This measurement is the mass of a chemical or contaminate per unit volume of water. Seeing ppm or mg/L on a lab report means the same thing. from University of Minnesota
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Gas_constant
Czy znasz jakieś stacje pomiaru jakości powietrza w swojej okolicy? dlaczego nie wziąć udziału w tworzeniu mapy, zakładając własną stację pomiaru jakości powietrza?
Dowiedz się więcej na
> aqicn.org/gaia/ <
Zapisz się na naszą bezpłatną comiesięczną listę mailingową i otrzymuj powiadomienia, gdy będą dostępne nowe artykuły.

Kliknij tutaj, aby zobaczyć wszystkie wpisy w często zadawanych pytaniach

O pomiarach jakości powietrza i zanieczyszczeń:

O Poziomach Jakości Powietrza

-Wartości Indeksu Jakości Powietrza (AQI)Poziomy zagrożenia zdrowia
0 - 50Dobra0-50: Dobra - Jakość powietrza jest uznawana za zadowalającą, a zanieczyszczenie powietrza stanowi niewielkie ryzyko lub jego brak.
51 -100Średnia50-100: Średnia - Jakość powietrza jest dopuszczalna; jednak niektóre zanieczyszczenia mogą być umiarkowanie szkodliwe dla bardzo małej liczby osób, które są niezwykle wrażliwe na zanieczyszczenie powietrza.
101-150Niezdrowa dla osób wrażliwych100-150: Niezdrowe dla wrażliwych osób - u osób wrażliwych mogą wystąpić negatywne skutki dla zdrowia. Większość populacji może nie odczuwać negatywnych objawów.
151-200Niezdrowa150-200: Niezdrowe - Każdy może zacząć doświadczać negatywnych skutków zdrowotnych; U osób wrażliwych mogą wystąpić poważniejsze skutki zdrowotne.
201-300Bardzo niezdrowa200-300: Bardzo niezdrowe - Ostrzeżenie zdrowotne, poziom alarmowy. Bardzo prawdopodobny negatywny wpływ na całą populację.
300+Zagrożenie dla życia300 : Niebezpieczny - Alarm Zdrowotny: każdy może doświadczyć poważniejszych skutków zdrowotnych.

Aby dowiedzieć się więcej na temat jakości powietrza i zanieczyszczenia, sprawdź w wikipedii temat "jakość powietrza" lub nasz poradnik o jakości powietrza i jego wpływie na Twoje zdrowie.

Więcej przydatnych informacji zdrowotnych na blogu doktora Richarda Sainta z Pekinu: www.myhealthbeijing.com .


Uwaga dotycząca użytkowania: Wszystkie dane dotyczące jakości powietrza mogą być nieważne w chwili publikacji, a w celu zapewnienia jakości dane te mogą być w dowolnym momencie zmieniane bez powiadomienia. Projekt World Air Quality Index wykorzystuje wszystkie przydatne umiejętności, dba o rzetelność przy kompilowaniu treści tych informacji, ale w żadnym wypadku zespół projektowy World Air Quality Index lub jego agenci nie są odpowiedzialni za umowę, delikt lub w inny sposób za jakiekolwiek straty, obrażenia lub szkody wynikające bezpośrednio lub pośrednio z dostarczania tych danych.



Ustawienia


Ustawienia Języka:


Temperature unit:
Celcius