Medindo PM2.5: Técnicas Antigas x Novas

PM ou poluição por partículas são aerossóis microscópicos, partículas de poeira e gotículas de água suspensas no ar ou na atmosfera. Eles são conhecidos por causar vários danos, causando uma variedade de distúrbios cardiorrespiratórios e agravamento de doenças respiratórias, como asma, bronquite, pneumonia, etc. Respirar ar contaminado com PM2.5 pode irritar os olhos, nariz, garganta e trato respiratório . Portanto, precisamos conhecer as diferentes técnicas de medição de PM2.5, principalmente nas áreas com maior suscetibilidade à emissão de poeira.

“PM2.5 é designado como carcinógeno do Grupo 1 pela IARC e pela OMS. Portanto, considerada a forma mais perigosa de poluição do ar.”

– IARC & WHO

Introdução

O material particulado são as finas partículas microscópicas ou nanopartículas suspensas no ar. Eles podem ser voláteis, semivoláteis, não voláteis, líquidos ou sólidos. Essas partículas têm a capacidade de entrar profundamente em nossos pulmões por meio da respiração e, em seguida, entrar na corrente sanguínea. A Organização Mundial da Saúde estabeleceu alguns limites para as concentrações de PM2.5. Portanto, a qualidade do ar que excede esses limites é considerada insalubre para inalar. Da mesma forma, várias autoridades na Índia estabeleceram alguns padrões para medir e controlar o excesso de concentração de PM2.5, especialmente em usinas de energia, unidades de fabricação, atividades de construção e demolição e muitas outras atividades desse tipo. Portanto, a medição de PM2.5 torna-se essencial para o cumprimento das normas. Monitorar e medir PM2.5 é importante para manter a saúde dos trabalhadores e também do pessoal.

A EPA define o material particulado fino como partículas menores ou iguais a 2.5 μm de diâmetro que só podem ser vistas com um microscópio eletrônico.

• Canteiros de obras, incêndios, fábricas, usinas de energia, chaminés, estradas não pavimentadas e carros emitem PM2.5.
• Devido à capacidade de infiltração das partículas microscópicas, os perigos para a saúde aumentam à medida que o tamanho das partículas diminui.
• Implementação de diretrizes e padrões de qualidade do ar em todo o mundo para monitorar e controlar PM2.5.
• Esta análise está sendo conduzida pela OSHA, EPA, ASTM e NIOSH.

O que é amostragem de ar?

Amostragem de ar é qualquer método para coletar um volume representativo de ar e analisar sua contaminação química, particulada ou radioativa. Este volume representativo de ar -> para calcular a contaminação por concentração de unidade de volume. Compare esse valor com várias diretrizes e padrões. Quantificamos a poluição do ar por meio de amostragem e monitoramento do ar.

Qual é a necessidade de amostragem de ar, monitoramento e medição de PM2.5 e outros poluentes atmosféricos?

• Para identificar e analisar fontes de poluição do ar.
• Para avaliar o impacto ambiental de usinas de energia e emissões de manufatura.
• Para encontrar partículas perigosas e contaminantes transportados pelo ar no trabalho.
• Examinar as emissões de veículos e produtos.
• Por aderir a todos os padrões e regulamentos governamentais mencionados acima.

Critérios de teste de medição de PM2.5 e PM10 (poeira) da US EPA

Fluxo de trabalho de monitoramento de ar

As amostras são coletadas a vácuo em um filtro ou resina, são posteriormente processadas por limpeza de filtro, extração ou cinzas e, em seguida, avaliadas usando métodos gravimétricos, microscopia ou equipamento.

A abordagem típica para uma variedade de diferentes técnicas analíticas usando amostras de ar é mostrada aqui.

1. Coleta/preparação de amostras – as amostras são coletadas no filtro por resina ou vácuo

• Análise gravimétrica-Usa filtros de peso pré-ponderados ou combinados.
• Mold-vac através da mídia. Em outras palavras, use técnicas alternativas de swab, pano, fita, placa de ágar.

2. Preparação de amostra

• Gravimétrico- É a técnica mais utilizada para medir e, portanto, analisar as concentrações de MP. Além disso, utiliza dessecação (MCE), PVC, GF, Quartzo, etc.
• Partículas microscópicas-microscópicas, como aquelas com tamanhos entre uma fração de um mícron e centenas de mícrons, são cruciais para vários processos, incluindo o gerenciamento industrial da produção de aerossóis e controle de impurezas. Partículas sólidas com um diâmetro médio menor que 10 µg/m3 (também conhecidas como partículas PM10) podem ter um impacto negativo severo na saúde humana, causando problemas de saúde adicionais e criando doenças como asma.

3. Análise

• Análise dos dados medidos pelas diversas técnicas manuais. Análise para futuras comparações.
• Pré e pós pesagem dos filtros antes e depois da amostragem.
• Dimensionamento e contagem de partículas

Técnicas de medição de PM2.5

Segundo a OMS, a poluição do ar mata 7 milhões de pessoas por ano. Felizmente, a maioria dos distúrbios respiratórios pode ser evitada com a melhoria da qualidade do ar. No entanto, para garantir que as limitações e os requisitos de ar limpo sejam atendidos, é necessário testar e monitorar a qualidade do ar. Todos os métodos de medição de poeira mencionados abaixo são CAAQMS tradicionalmente usados, que ainda estão sendo usados ​​por várias indústrias e sites do governo.

1. Método gravimétrico-  

A coleta e medição de PM2.5 (Material Particulado) por hidratação, seguida de análise gravimétrica e quantificação, é um dos procedimentos mais utilizados para medir a poluição do ar. Essas estações de teste podem ser encontradas em fornecedores de motores de combustão, automóveis, aeronaves, navios e caminhões, entre outros. Existem também estações de teste ambiental que filtram o ar para determinar o nível de poluição. O exame desses filtros é necessário, não importa onde a filtragem seja feita. Isso significa que o material particulado nos filtros deve ser pesado corretamente. Para isso, são necessárias as balanças mais precisas. As amostras são coletadas manualmente e depois entregues aos laboratórios para análise posterior.

• Desafios ao usar o método gravimétrico:

(i) Manuseio e pesagem precisos de um grande número de filtros.

(ii) Rotulagem correta e manuseio de amostras para evitar confusão e erros.

(iii) Para evitar a contaminação, é necessário um ambiente de sala limpa.

(iv) É crucial condicionar os filtros adequadamente.

(v) É importante processar e analisar adequadamente uma grande quantidade de dados.

(vi) Tamanhos de amostra menores decorrem de regulamentações mais rígidas, que exigem balanças mais precisas.

2. Atenuação de raios beta-

O BAM é um dispositivo de monitoramento contínuo da qualidade do ar ambiente que usa a técnica de atenuação de raios beta que funciona em tempo real. Usos deste dispositivo para medir PM2.5 e PM10 para usuários, autoridades e todos que têm interesse em dados de qualidade do ar. Essencialmente, trocando essa fita de filtro dentro do BAM a cada 2-3 meses pelo usuário.

• Como funciona?

A entrada seletiva de tamanho de partícula está localizada na parte superior do instrumento, que geralmente se projeta através do teto do gabinete de monitoramento. Como precisamos quantificar o material particulado microscópico, ele separa as grandes partículas grosseiras (menores que PM10). Então, depois de ativar uma bomba ligada ao BAM-> empurrando um grande volume de ar através da cabeça de entrada. Partículas minúsculas desenhadas gravimetricamente (menos de 10μm)-> no conjunto de fita de filtro.

O BAM coleta dados por 1 hora por vez. Tomamos uma medida de atenuação beta no final de cada hora. Quanto mais material particulado se depositar na fita durante a hora, menor será a atenuação do sinal. O sensor pode calcular a concentração de massa de PM10 ou PM2.5 ao longo de uma hora.

3. TEOM

TEOM significa Tapered element Oscillating Microbalance. Uso-É um método para medir continuamente a poluição por partículas no ar. Possui um instrumento equipado com um driver de bobina e o tamanho de uma entrada seletiva. Portanto, para amostrar o total de partículas suspensas. O ar é aspirado através de um filtro na extremidade de um tubo de vidro oscilante cônico. Portanto, a mudança na frequência está diretamente relacionada à massa de MP acumulada.

• Como funciona?

Um acionador de bobina pulsa contra um ímã no elemento cônico para iniciar um movimento oscilante. Um campo magnético oposto mantém a oscilação natural. Portanto, uma amostra de ar começa a fluir pelo sistema. As partículas se acumulam em um filtro colocado no topo da cerceta. Com o tempo, a massa particulada aumenta e pesa contra a cerceta, reduzindo a frequência de oscilação. O sensor de efeito Hall mede a mudança na frequência.

Medição e monitoramento de PM (matéria particulada)

Introdução das novas tecnologias para superar as desvantagens dos métodos tradicionalmente usados ​​para calcular PM.

Os SENSORES DE PARTÍCULAS LASER operam no conceito óptico de dispersão de luz de 90°. Reflexão da luz em direção ao sensor que incide na abertura do espelho a 90°. Enquanto houver reflexão da luz, o fotodiodo registra um pulso. Transformação do sinal elétrico assim recebido, em concentração de material particulado.

À medida que mais e mais pessoas estão se tornando conscientes da qualidade do ar. Hoje, as aplicações de monitoramento da qualidade do ar não estão vinculadas apenas ao uso industrial e fabril. Assim, eles estão mais ansiosos e interessados ​​em conhecer a qualidade do ar em torno de suas casas e locais de trabalho.

Introdução a muitas técnicas diferentes para medir e monitorar diferentes parâmetros de qualidade do ar. Por exemplo, dispersão de luz de 90°, detecção eletroquímica, sensores NDIR, sensores de óxido metálico (MOS), etc.

Isso aumentou a demanda por monitores de qualidade do ar acessíveis e precisos. Portanto, muitas empresas, incluindo a Prana Air, aceitaram o desafio de fornecer monitores e sensores de qualidade do ar acessíveis e atender às futuras demandas dos clientes.

A tecnologia usada em épocas anteriores é precisa, mas extremamente cara e, portanto, não é acessível ao público em geral. Além disso, exigem uma grande área para implantação e os custos de manutenção estão aí. Fora isso, os dados estão disponíveis após 8 a 24 horas. Depois disso, os dados são acessíveis em sites do governo e disponibilizados para o público em geral.

Mas, a tecnologia moderna está superando todas essas desvantagens. Estes são:

Prós dos métodos new age:

1. Pequeno e prático, portanto facilmente portátil
2. Baixo custo e bolso amigável
3. Acessibilidade e análise de dados em um painel personalizado.
4. Altamente acurado
5. Sem esses custos de manutenção
6. Diferentes monitores e sensores com base nos requisitos do cliente.
7. Monitoramento de dados em tempo real
8. A análise histórica e em tempo real é mais fácil.
9. Mais de um parâmetro de poluição do ar exibido em dispositivos selecionados.
10. A calibração e o monitoramento levam alguns segundos.

Teste de partículas: Tradicional v/s Novos métodos

Fontes:

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