JoVE Logo

Sign In

מדידת אוזון טרופוספירי

Overview

מקור: מעבדות של מרגרט וורקמן וקימברלי פריי - אוניברסיטת דפול

אוזון הוא סוג של חמצן בסיסי (O3), מולקולה של שלושה אטומי חמצן המלוכדים במבנה שהוא תגובתי מאוד כסוכן חמצון. האוזון מתרחש הן בסטרטוספירה והן ברמות הטרופוספירה של האטמוספירה. כאשר בסטרטוספירה (הממוקמת כ-10-50 ק"מ מפני כדור הארץ), נוצרות מולקולות אוזון לשכבת האוזון ומסייעות למנוע מקרני UV מזיקות להגיע לפני השטח של כדור הארץ. בגבהים נמוכים יותר של הטרופוספירה (פני השטח - כ-17 ק"מ), האוזון מזיק לבריאות האדם ונחשב למזהם אוויר התורם לערפיח פוטוכימי(איור 1). מולקולות אוזון יכולות לגרום נזק ישירות על ידי פגיעה ברקמת הנשימה כאשר הם נשאפים או בעקיפין על ידי פגיעה ברקמות הצמח(איור 2)ובחומרים רכים יותר, כולל צמיגים על מכוניות.

אוזון טרופוספירי חיצוני נוצר בגובה הקרקע כאשר תחמוצות חנקן (NOx)ותרכובות אורגניות נדיפות (VOCs) מפליטות רכב חשופות לאור השמש. כתוצאה מכך, חששות בריאותיים על ריכוזי האוזון להסלים בתנאים שטופי שמש או מתי והיכן השימוש ברכב מוגבר.

תגובה: NO2 + VOC + אור שמש → O3 (+ מוצרים אחרים)

אוזון טרופוספירי מקורה נוצר כאשר הפרשות חשמליות מציוד באמצעות מתחים גבוהים(למשל מטהרי אוויר יוניים, מדפסות לייזר, מכונות צילום) מפרקות את הקשרים הכימיים של החמצן האטמוספרי (O2) באוויר המקיף את הציוד:

O2 → 2 O

הרדיקלים החופשיים של חמצן פנימה והסביבת פריקה רקומבין כדי ליצור אוזון (O3).

2 O + 2 O2→ 2 O3

Figure 1
איור 1: פנורמה של גשר שער הזהב

צבע אופייני לערפיח בקליפורניה בבנק הענן ה בז ' מאחורי גשר שער הזהב. הצבע החום נובע מה- NOx בערפיח הפוטוכימי.

Figure 2
איור 2: צמחים שנפגעו מאוזון. השורה העליונה תקינה, השורה התחתונה נחשפה לאוזון.

Principles

אוזון טרופוספירי ניתן לפקח באמצעות תערובת של עמילן, אשלגן יודיד, ומים להתפשט על נייר מסנן. לאחר הייבוש, הנייר, הנקרא נייר שנביין, משנה צבע כאשר האוזון קיים.

השיטה מבוססת על יכולת החמצון של האוזון. אוזון באוויר יהיה לחמצן את אשלגן יודיד על נייר הבדיקה כדי לייצר יוד:

2 קל + O3 + H2O → 2 KOH + O2 + I2

לאחר מכן היוד מגיב עם העמילן, מכתים את הנייר בגוון סגול. עוצמת הצבע תלויה בכמות האוזון הקיימת באוויר. ככל שהצבע כהה יותר, כך אוזון קיים יותר:

אני3-+ עמילן → צבע סגול

ריכוז האוזון נדגם באתרים שונים בעלי סיכון גבוה יותר, כולל חניונים, חניונים, חניונים ופינות של רחובות נסחרים בכבדות. האתרים המקורים כוללים חדרים וחללים עם ציוד הכולל הדפסת דיו, כגון מכונות צילום.

Procedure

1. הכנת נייר שנביין

  1. מניחים 100 מ"ל של מים מזוקקים בכוס 250 מ"ל.
  2. מוסיפים 11/4 כפית קורנפלור.
  3. מניחים בר ערבוב על הכוס, ומניחים את הכוס על צלחת חמה / ערבוב. מחממים על הגדרה בינונית עד גבוהה, ומערבבים את התערובת לאט עד שהיא ג'לים ליד כ 90 מעלות צלזיוס. התערובת מנוטרל כאשר היא מתעבה והופכת לשקוף במקצת.
  4. מוציאים את הכצר ממקור החום, מוסיפים 1/4 כפית אשלגן יודיד ומערבבים היטב.
  5. מצננים את הפתרון לפני החלה על נייר הסינון.
  6. מניחים פיסת נייר סינון על צלחת זכוכית או מחזיקים אותה באוויר, ובאמצעות מברשת צבע קטנה, מברישים בזהירות את הדבק על נייר המסנן. הפוך את נייר הסינון ואעשה את אותו הדבר בצד השני. נסה להחיל את הדבק בצורה אחידה ככל האפשר.
  7. יש להניח את הנייר למשך הלילה והרחק מאור השמש, או להניח בטמפרטורה נמוכה (20 מעלות צלזיוס) תנור ייבוש לייבוש.
  8. לאחר שהנייר יבש, השתמש במספריים כדי לחתוך את נייר הסינון לרצועות ברוחב 1 אינץ'. אם מאחסנים את הנייר לשימוש מאוחר יותר, מניחים את הרצועות בשקית ניילון אטומה או בצנצנת זכוכית, מתוך אור שמש ישיר.

2. מדידת אוזון

  1. לרסס רצועות נייר בדיקה במים מזוקקים ולתלות מינימום של שלוש רצועות בכל אתר איסוף נתונים מתוך אור שמש ישיר. לתלות על ידי הדבקה מאובטחת או דבק קצה אחד של הרצועה למבנה(למשל קיר, בלוקים חניה, עמודי תאורה). רצועות ניתן לתלות גם באמצעות חוט עם קצה אחד מונע לתוך הקרקע ואת הקצה השני מאובטח לרצועה. ודא שהרצועות תלויות ללא הפרעה.
  2. לחשוף את הנייר במשך כ 8 שעות. שים לב היכן כל רצועה נתלתה והשתמש בנתוני מזג אוויר כדי לתעד מיקום לחות יחסי במהלך חשיפה לנייר. לחלופין, פסילומט יכול לשמש למדידת לחות יחסית של כל אתר.
  3. אם התוצאות לא יירשמו באופן מיידי, אטמו את הרצועה במיכל אטום לאחר החשיפה.
  4. כדי לצפות ולתעד תוצאות בדיקה, לרסס את הנייר במים מזוקקים.
  5. שים לב לצבע על-ידי השוואתו לקנה המידה של הצבע שסופק והקלטת מספר שנביין המתאים. חשב את מספר שנביין הממוצע עבור כל אתר.
  6. השתמש בנתוני הלחות היחסית עבור כל אתר ובתרשים המספרים של שנביין הלחות היחסית(איור 3)כדי להמיר את ממוצעי האתר של שנביין לריכוז האוזון (ppb).

Figure 3
איור 3. תרשים מספר שנביין לחות יחסית

Results

השתמש בסולם המספרים שנביין(איור 4)לניתוח כמותי של האוזון. התרשים משמש להשוואה עם ניירות לדוגמה לאחר 8 שעות של חשיפה במיקומים לדוגמה. השתמשו בתרשים המספרים של Schönbein לחות יחסית כדי להמיר את ציוני שנביין לריכוז האוזון (ppb)(איור 5).

הציון עולה עם עוצמת הצבע הגוברת, עם הסגול הכהה ביותר בצד ימין של הסקאלה. התוצאות אמורות להשתנות בהתאם למיקום אתר האיסוף(איור 5).

Figure 4
איור 4. Schönbein Number Scale

Figure 6
איור 5. גרף של ריכוזי אוזון מדגם.
ריכוזי אוזון טרופוספיריים חיצוניים ופנימיים המוצגים על ידי האתר וציון שנביין.

Application and Summary

חשיפה לאוזון טרופוספירי מזיקה לבריאות האדם; ידוע כגורם לכאב בחזה, שיעול, גירוי בגרון וגודש. האוזון גם מפריע לתפקוד הריאות, מחריף את הסימפטומים של ברונכיטיס, אמפיזמה, ואסטמה, והוא יכול לפגוע לצמיתות ברקמת הריאה.

מיקומים חיצוניים של כמויות מוגברות של אור שמש ואזורים עירוניים חווים רמות גבוהות יותר של אוזון טרופוספירי עקב כמות מוגברת וצפיפות של פליטות חנקות. מיקומים פנימיים שבהם נעשה שימוש במכונות צילום ומדפסות דיו הם גם אזורים בסיכון גבוה לחשיפה לאוזון. הסף הנוכחי בארה"ב לאוזון, שנקבע על ידי משרד הבטיחות והבריאות, הוא 0.1 ppm עם סיכונים בריאותיים כולל כאב ראש, גירוי בעיניים, באף ובגרון, נזק מוחי ומערכת העצבים, נזק לריאות, מחלות נשימה כרוניות, גודש ריאתי, בצקת ודימום.

Tags

Skip to...

0:00

Overview

1:26

Principles of Measuring Tropospheric Ozone

3:02

Schönbein Paper Preparation

4:19

Measuring Ozone

5:32

Applications

7:21

Summary

Videos from this collection:

article

Now Playing

מדידת אוזון טרופוספירי

Environmental Science

26.5K Views

article

זיהוי עץ: כיצד להשתמש במפתח דיכוטומי

Environmental Science

81.4K Views

article

סקר עצים: שיטת דגימת רבע ממוקדת נקודה

Environmental Science

49.5K Views

article

שימוש ב- GIS כדי לחקור ייעור עירוני

Environmental Science

12.7K Views

article

תאי דלק ממברנה חילופי פרוטון

Environmental Science

22.2K Views

article

דלקים ביולוגיים: הפקת אתנול מחומר צלולוסי

Environmental Science

53.5K Views

article

בדיקה למזונות מהונדסים גנטית

Environmental Science

90.1K Views

article

עמידות וסך מוצקים במים על פני השטח

Environmental Science

35.9K Views

article

חמצן מומס במים על פני השטח

Environmental Science

56.0K Views

article

חומרים מזינים במערכות אקולוגיות ימיות

Environmental Science

39.0K Views

article

קביעת NOx בפליטת רכב באמצעות ספקטרוסקופיית UV-VIS

Environmental Science

30.3K Views

article

ניתוח עופרת של קרקע באמצעות ספקטרוסקופיית ספיגה אטומית

Environmental Science

126.1K Views

article

ניתוח פחמן וחנקן של דגימות סביבתיות

Environmental Science

29.6K Views

article

ניתוח חומרים מזינים בקרקע: חנקן, זרחן ואשלגן

Environmental Science

216.2K Views

article

ניתוח אוכלוסיות תולעי אדמה בקרקע

Environmental Science

16.6K Views

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved