Messung von bodennahem Ozon

Quelle: Labors von Margaret Workman und Kimberly Frye - Depaul University

Ozon ist eine Form des elementaren Sauerstoffs (O₃), ein Molekül von drei Sauerstoffatome gebunden in einer Struktur, die hochreaktive als Oxidationsmittel ist. Ozon tritt in der Stratosphäre und Troposphäre Ebenen der Atmosphäre. Wenn in der Stratosphäre (befindet sich ca. 10-50 km über der Erdoberfläche), Ozonmoleküle die Ozon-Schicht bilden und verhindern, dass schädliche UV-Strahlen erreichen die Erdoberfläche. In tieferen Lagen der Troposphäre (Oberfläche - ca. 17 km) Ozon ist schädlich für die menschliche Gesundheit und gilt als ein Luftschadstoff zur photochemischen Smog (Abbildung 1). Ozonmoleküle können direkt per schädigen Atemwege Gewebe beim Einatmen oder indirekt Schaden Pflanzengewebe (Abbildung 2) und weicheren Materialien inkl. Reifen auf Autos beschädigen.

Outdoor-troposphärisches Ozon in Bodennähe entsteht, wenn Stickoxide (NO_X) und flüchtige organische Verbindungen (VOC) von Automobil-Emissionen dem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Infolgedessen eskalieren gesundheitlichen Bedenken über Ozonkonzentrationen in sonnigen Bedingungen oder wann und wo Automobil Verwendung erhöht wird.

Reaktion:₂ + VOC + Sonnenlicht → O₃ (+ andere Produkte)

Indoor bodennahes Ozon entsteht, wenn die chemischen Bindungen von Luftsauerstoff (O₂) in der Luft rund um die Ausrüstung elektrische Entladungen von Geräten mit hohen Spannungen (z.B. ionische Luftreiniger, Laserdrucker, Kopierer) brechen:

O₂ → 2 O

Die freien Radikale Sauerstoff in und um elektrische Entladung rekombinieren um Ozon (O₃) zu erstellen.

2 O + 2 O₂→ 2 O₃

Abbildung 1: Golden Gate Bridge panorama

Charakteristische Färbung für Smog in Kalifornien in der Beige Wolkenbank hinter der Golden Gate Bridge. Die braune Färbung ist aufgrund der NOx in photochemischem Smog.

Abbildung 2: Pflanzen beschädigt durch Ozon. Obersten Zeile ist normal, untere Reihe Ozon ausgesetzt war.

Bodennahes Ozon kann durch die Verwendung einer Mischungaus aus Stärke, Kaliumjodid und Wasser verteilt auf Filterpapier überwacht werden. Sobald getrocknet, verfärbt sich das Papier, genannt Schönbein Papier, wenn Ozon vorhanden ist.

Die Methode beruht auf der Oxidation-Fähigkeit von Ozon. Ozon in der Luft wird die Kaliumjodid auf das Testpapier Jod produzieren oxidieren:

2 kl O₃ H₂O → 2 KOH + O₂ + ich₂

Das Jod reagiert dann mit der Stärke, das Papier einen Farbton des Veilchens Färbung. Die Intensität der Farbe hängt die Menge des Ozons in der Luft vorhanden. Je dunkler die Farbe, je mehr Ozon ist vorhanden:

Ich₃^–+ Stärke → violette Farbe

Ozonkonzentration an verschiedenen Standorten des höheren Risikos einschließlich Parkplätze, Garagen, Alleen und Ecken der stark befahrenen Straßen abgetastet. Indoor-Websites gehören Zimmer und Räume mit Geräten, die mit Tinte drucken, wie z. B. Kopierer.

(1) Schönbein Papier Vorbereitung

1. Statt 100 mL destilliertem Wasser in einem 250-mL-Becherglas.
2. 1¼ Teelöffel Stärkemehl hinzufügen.
3. Stir Bar in den Becher, und stellen Sie den Becher auf einem Teller warm/rühren. Auf eine mittlere bis hohe Einstellung erhitzen Sie und umrühren Sie die Mischung langsam, bis es in der Nähe von ca. 90 ° c Gele Die Mischung ist geliert, wenn sie verdickt und wird etwas durchscheinend.
4. Nehmen Sie das Becherglas von der Heizquelle, ¼ Teelöffel Kaliumjodid hinzufügen und gut umrühren.
5. Kühlen Sie die Lösung vor dem Auftragen auf das Filterpapier.
6. Legen Sie ein Stück Filterpapier auf einer Glasplatte oder in der Luft zu halten Sie, und mit einem kleinen Pinsel, sorgfältig Bürsten Sie die Paste auf das Filterpapier. Das Filterpapier umdrehen und das gleiche auf der anderen Seite tun. Versuchen Sie, die Paste so gleichmäßig wie möglich anzuwenden.
7. Legen Sie das Papier über Nacht und ohne Sonneneinstrahlung oder in eine niedrige Temperatur (20 ° C) trocknen Backofen trocknen.
8. Sobald das Papier trocken ist, mit einer Schere das Filterpapier in 1-Zoll-breite Streifen schneiden. Wenn das Papier für die spätere Verwendung speichern, legen Sie die Streifen in einem verschließbaren Beutel oder Glas Plastikglas, vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt.

(2) Ozon-Messung

1. Spray Papierstreifen Test mit destilliertem Wasser und hängen Sie ein Minimum von drei Streifen an jedem Daten-Sammlung-Standort ohne direkte Sonneneinstrahlung. Hänge fest Tapen oder Heften ein Ende des Bandes zu einer Struktur (z.B. Wand, Parkhäuser, Lichtmasten). Streifen können auch aufgehängt werden, verwenden Sie Draht mit einem Ende in den Boden getrieben und das andere Ende an den Streifen befestigt. Stellen Sie sicher, dass die Streifen frei hängen.
2. Setzen Sie das Papier für ca. 8 h Hinweis wo jeder Streifen aufgehängt wurde, und verwenden Sie Wetterdaten Relative Feuchte Lage während der Belichtung Papier aufzeichnen. Alternativ kann ein Psychrometer verwendet werden, um Relative Luftfeuchtigkeit der einzelnen Websites zu messen.
3. Wenn die Ergebnisse nicht sofort mit aufgenommen, verschließen Sie die Streifen in einem luftdichten Behälter nach Exposition.
4. Zu beobachten und aufzeichnen Testergebnisse, sprühen Sie das Papier mit destilliertem Wasser.
5. Beobachten Sie die Farbe durch einen Vergleich mit der mitgelieferten Farbskala und Erfassung der entsprechenden Anzahl von Schönbein. Berechnen Sie die durchschnittliche Anzahl der Sorbonne für jeden Standort.
6. Die Relative Luftfeuchtigkeit Daten für jede Site verwenden und die Relative Luftfeuchtigkeit Schönbein Anzahl Diagramm (Abbildung 3) Schönbein Website konvertieren im Durchschnitt um Ozonkonzentration (ppb).

Abbildung 3. Relative Luftfeuchtigkeit Schönbein Anzahl Diagramm

Verwenden Sie die Schönbein Nummer Skala (Abbildung 4) für die Quantitative Analyse von Ozon. Das Diagramm wird verwendet, um mit Probe Papiere nach 8 h der Exposition an Probe Standorten zu vergleichen. Verwenden Sie Relative Luftfeuchtigkeit Schönbein Anzahl Diagramm konvertieren Schönbein Partituren auf Ozonkonzentration (ppb) (Abbildung 5).

Ergebnis steigt mit zunehmender Intensität der Farbe, mit der dunkelsten violett auf der rechten Seite der Skala. Ergebnisse sollten je nach der Lage des Standortes Sammlung (Abbildung 5) variieren.

Abbildung 4. Schönbein Anzahl Skala

Abbildung 5. Grafische Darstellung der Probe Ozonkonzentrationen.
Innen- und troposphärisches Ozon-Konzentrationen von Website und Schönbein Ergebnis gezeigt.

Bodennahes Ozon-Exposition ist schädlich für die menschliche Gesundheit; bekannte, Schmerzen in der Brust, Husten, Hustenreiz und Staus zu verursachen. Ozon auch stört Lungenfunktion, Verschlimmerung der Symptome von Asthma, Bronchitis und Emphysem und Lungengewebe dauerhaft schädigen kann.

Outdoor-Locations der erhöhte Mengen von Sonnenlicht und städtischen Gebieten erleben höhere Ebenen des troposphärischen Ozons aufgrund erhöhter Menge und Dichte der Nitratemissionen. Innenräumen, wo Kopiergeräte und Drucker Tinte verwendet werden, sind auch Risikobereiche für Ozonbelastung. Aktuelle US-Schwellenwerte für Ozon, festgelegt von der Büro für Sicherheit und Gesundheit, beträgt 0,1 ppm mit gesundheitlichen Risiken einschließlich Kopfschmerzen, Reizungen der Augen, Nase und Hals, Gehirn und Nervensystem Schaden, Lungenschäden, chronischen Atemwegserkrankungen, Lungenstauung, Ödeme und Blutungen.