Medición de PM2.5: técnicas antiguas frente a técnicas nuevas

La contaminación por partículas o PM son aerosoles microscópicos, partículas de polvo y gotas de agua suspendidas en el aire o la atmósfera. Se sabe que causan diversos daños que causan una variedad de trastornos cardiorrespiratorios y el agravamiento de enfermedades respiratorias como asma, bronquitis, neumonía, etc. Respirar aire contaminado con PM2.5 puede irritar los ojos, la nariz, la garganta y las vías respiratorias. . Por lo tanto, necesitamos conocer las diferentes técnicas para medir PM2.5, especialmente en las áreas con mayor susceptibilidad a las emisiones de polvo.

“PM2.5 está designado como carcinógeno del Grupo 1 por la IARC y la OMS. Por lo tanto, se considera la forma más peligrosa de contaminación del aire”.

– IARC y OMS

Introducción

Las partículas son micropartículas finas o nanopartículas suspendidas en el aire. Pueden ser volátiles, semivolátiles, no volátiles, líquidos o sólidos. Estas partículas tienen la capacidad de penetrar profundamente en nuestros pulmones a través de la respiración y luego ingresar al torrente sanguíneo. La Organización Mundial de la Salud ha establecido algunos límites para las concentraciones de PM2.5. Por lo tanto, la calidad del aire que excede esos límites se considera insalubre para inhalar. Del mismo modo, varias autoridades de la India han establecido algunos estándares para medir y controlar el exceso de concentración de PM2.5, especialmente en centrales eléctricas, unidades de fabricación, actividades de construcción y demolición, y muchas más actividades similares. Por lo tanto, la medición de PM2.5 se vuelve fundamental para cumplir con los estándares. El monitoreo y la medición de PM2.5 también es importante para mantener la salud de los trabajadores y el personal.

La EPA define el material particulado fino como partículas menores o iguales a 2,5 μm de diámetro que solo se pueden ver con un microscopio electrónico.

• Las obras de construcción, los incendios, las fábricas, las centrales eléctricas, las chimeneas, las carreteras sin pavimentar y los automóviles emiten PM2.5.
• Debido a la capacidad de infiltración de las partículas microscópicas, los peligros para la salud aumentan a medida que disminuye el tamaño de las partículas.
• Implementación de pautas y estándares de calidad del aire en todo el mundo para monitorear y controlar PM2.5.
• Este análisis está siendo dirigido por OSHA, EPA, ASTM y NIOSH.

¿Qué es el muestreo de aire?

El muestreo de aire es cualquier método para tomar un volumen representativo de aire y analizar su contaminación química, de partículas o radioactiva. Este volumen representativo de aire -> para calcular la contaminación por unidad de volumen de concentración. Compare este valor con varias pautas y estándares. Cuantificamos la contaminación del aire a través del muestreo y monitoreo del aire.

¿Cuál es la necesidad de tomar muestras de aire, monitorear y medir PM2.5 y otros contaminantes del aire?

• Para identificar y analizar las fuentes de contaminación del aire.
• Para evaluar el impacto ambiental de las emisiones de la planta de energía y la fabricación.
• Para encontrar partículas peligrosas y contaminantes en el aire en el trabajo.
• Examinar las emisiones de vehículos y productos.
• Por adherirse a todas las normas y regulaciones gubernamentales antes mencionadas.

Criterios de prueba de medición de PM2.5 y PM10 (polvo) de la EPA de EE. UU.

Flujo de trabajo de monitoreo del aire

Las muestras se recolectan al vacío en un filtro o resina, se procesan más mediante limpieza del filtro, extracción o incineración, y luego se evalúan utilizando métodos gravimétricos, microscopía o equipo.

Aquí se muestra el enfoque típico para una variedad de diferentes técnicas analíticas que utilizan muestras de aire.

1. Recolección/preparación de muestras: las muestras se recolectan en filtros mediante resina o vacío

• Análisis gravimétrico: utiliza filtros de peso preponderados o combinados.
• Mould-vac a través de los medios. En otras palabras, use una técnica alternativa de hisopo, toallita, cinta adhesiva, placa de agar.

2. preparación de la muestra

• Gravimétrico- Es la técnica más utilizada para medir y por lo tanto analizar las concentraciones de PM. Además, utiliza desecación (MCE), PVC, GF, Cuarzo, etc.
• Microscópicas: las partículas microscópicas, como aquellas con tamaños entre una fracción de micra y cientos de micras, son cruciales para una serie de procesos, incluida la gestión industrial de la producción de aerosoles y el control de impurezas. Las partículas sólidas con un diámetro promedio más pequeño de más de 10 µg/m3 (también conocidas como partículas PM10) pueden tener un impacto negativo severo en la salud humana, causando problemas de salud adicionales y creando enfermedades como el asma.

3. Análisis

• Análisis de los datos medidos por las distintas técnicas manuales. Análisis para futuras comparaciones.
• Pre y post ponderación de filtros antes y después del muestreo.
• Tamaño y conteo de partículas

Técnicas de medición de PM2.5

Según la OMS, la contaminación del aire mata a 7 millones de personas cada año. Afortunadamente, la mayoría de los trastornos respiratorios se pueden evitar mejorando la calidad del aire. Sin embargo, para garantizar que se cumplan las limitaciones y los requisitos de aire limpio, es necesario probar y monitorear la calidad del aire. Todos los métodos de medición de polvo que se mencionan a continuación son CAAQMS utilizados tradicionalmente, que todavía se utilizan en varias industrias y sitios gubernamentales.

1. Método gravimétrico-

La recolección y medición de PM2.5 (Particulate Matter) por hidratación, seguida de análisis y cuantificación gravimétricos, es uno de los procedimientos más utilizados para medir la contaminación del aire. Dichas estaciones de prueba se pueden encontrar en proveedores de motores de combustión, automóviles, aviones, barcos y camiones, entre otras cosas. También hay estaciones de prueba ambiental que filtran el aire para determinar el nivel de contaminación. Es necesario examinar estos filtros, sin importar dónde se realice el filtrado. Eso significa que las partículas en los filtros deben pesarse correctamente. Para hacer esto, se requieren los balances más precisos. Las muestras se recolectan manualmente y luego se envían a los laboratorios para su posterior análisis.

• Desafíos mientras nosotros

(i) Manipulación y pesaje precisos de una gran cantidad de filtros.

(ii) Etiquetado correcto y manejo de muestras para evitar confusiones y errores.

(iii) Para evitar la contaminación, es necesario un entorno de sala limpia.

(iv) Es crucial acondicionar los filtros adecuadamente.

(v) Es importante procesar y analizar correctamente una gran cantidad de datos.

(vi) Los tamaños de muestra más pequeños surgen de regulaciones más estrictas, que requieren balances más precisos.

2. Atenuación de rayos beta-

BAM es un dispositivo de monitoreo continuo de la calidad del aire ambiental que utiliza una técnica de atenuación de rayos beta que funciona en tiempo real. Usos de este dispositivo: para medir PM2.5 y PM10 para los usuarios, las autoridades y todos los interesados ​​en los datos de calidad del aire. Esencialmente, el usuario cambia esta cinta de filtro dentro del BAM cada 2-3 meses.

• ¿Como funciona?

La entrada selectiva de tamaño de partículas está ubicada en la parte superior del instrumento, que generalmente sobresale a través del techo del recinto de monitoreo. Debido a que necesitamos cuantificar partículas microscópicas, separa las partículas gruesas enormes (más pequeñas que PM10). Luego, después de activar una bomba vinculada al BAM-> empujando un gran volumen de aire a través del cabezal de entrada. Partículas diminutas dibujadas gravimétricamente (menos de 10 μm)-> en el conjunto de cinta de filtro.

BAM recopila datos durante 1 hora a la vez. Tomamos una medida de atenuación beta al final de cada hora. Cuantas más partículas se depositen en la cinta durante la hora, menor será la atenuación de la señal. El sensor puede calcular la concentración de masa de PM10 o PM2.5 en el transcurso de una hora.

3. TEOM

TEOM significa microbalanza oscilante de elemento cónico. Uso: es un método para medir continuamente la contaminación por partículas en el aire. Tiene un instrumento equipado con un controlador de bobina y el tamaño de una entrada selectiva. Por lo tanto, para muestrear el total de partículas suspendidas. El aire se extrae a través de un filtro al final de un tubo de vidrio oscilante cónico. Por lo tanto, el cambio de frecuencia está directamente relacionado con la masa de PM acumulada.

• ¿Como funciona?

Un controlador de bobina pulsa contra un imán en el elemento cónico para iniciar un movimiento oscilante. Un campo magnético opuesto mantiene la oscilación natural. Por lo tanto, una muestra de aire comienza a fluir a través del sistema. Las partículas se acumulan en un filtro colocado encima del verde azulado. Con el tiempo, la masa de partículas aumenta y pesa contra el verde azulado, lo que reduce la frecuencia de oscilación. El sensor de efecto Hall mide el cambio de frecuencia.

Medición y monitoreo de PM (materia particulada)

Introducción de las nuevas tecnologías para superar los inconvenientes de los métodos utilizados tradicionalmente para calcular PM.

Los SENSORES LÁSER de partículas funcionan con el concepto de dispersión de luz óptica de 90°. Reflexión de la luz hacia el sensor que incide en la apertura del espejo a 90°. Mientras exista el reflejo de la luz, el fotodiodo registra un pulso. Transformación de la señal eléctrica así recibida, en una concentración de material particulado.

A medida que más y más personas se están dando cuenta de la calidad del aire. Hoy en día, las aplicaciones de monitoreo de la calidad del aire no están limitadas solo al uso industrial y de fábrica. Por lo tanto, están más ansiosos e interesados ​​por conocer la calidad del aire alrededor de sus hogares y lugares de trabajo.

Introducción a muchas técnicas diferentes para medir y monitorear diferentes parámetros de calidad del aire. Por ejemplo, dispersión de luz de 90°, detección electroquímica, sensores NDIR, sensores de óxido de metal (MOS), etc.

Esto ha aumentado la demanda de monitores de calidad del aire asequibles y precisos. Por lo tanto, muchas empresas, incluida Prana Air, han aceptado el desafío de proporcionar monitores y sensores de calidad del aire asequibles y satisfacer las próximas demandas de los clientes.

La tecnología utilizada en épocas anteriores es precisa pero extremadamente costosa y, por lo tanto, no está al alcance del público en general. Además de eso, requieren un área grande para el despliegue más los costos de mantenimiento están ahí. Aparte de eso, los datos están disponibles después de 8 a 24 horas. A partir de entonces, los datos son accesibles en sitios gubernamentales y están disponibles para que el público en general los vea.

Pero, la tecnología moderna está superando todos esos inconvenientes. Estos son:

Pros de los métodos de la nueva era:

1. Pequeño y práctico, por lo tanto, fácilmente portátil.
2. Bajo costo y amigable con el bolsillo
3. Accesibilidad y análisis de datos en un tablero personalizado.
4. Altamente preciso
5. No hay tales costos de mantenimiento
6. Diferentes monitores y sensores en base a los requerimientos del cliente.
7. Monitoreo de datos en tiempo real
8. El análisis histórico y en tiempo real es más fácil.
9. Más de un parámetro de contaminación del aire mostrado en los dispositivos seleccionados.
10. La calibración y el control tardan unos segundos.

Pruebas de partículas: Métodos tradicionales v/s nuevos

Fuentes:

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Particulate_pollution#:~:text=Particulate%20matter%20(PM)%20is%20generally,particles%202.5%20%CE%BCm%20and%20smaller.
2. https://www.cdc.gov/niosh/mining/UserFiles/works/pdfs/poalsd.pdf
3. Image sources: https://www.mdpi.com/2077-0472/12/7/1038/htm ; http://bit.ly/3Axu0LD ; http://bit.ly/3VctRp4 ; http://bit.ly/3UW0urk