PM2.5 の測定: 古い技術と新しい技術

PM または粒子汚染は、空気または大気中に浮遊する微視的なエアロゾル、粉塵粒子、および水滴です。 PM2.5 で汚染された空気を吸い込むと、目、鼻、喉、気道を刺激する可能性があります。 .したがって、PM2.5 を測定するためのさまざまな手法を知る必要があります。特に、粉塵の排出を受けやすい地域ではそうです。

「PM2.5 は、IARC と WHO によってグループ 1 発がん物質に指定されています。したがって、大気汚染の最も危険な形態と考えられています。」

– IARC と WHO

序章

粒子状物質は、空気中に浮遊する微細な微視的またはナノ粒子です。それらは、揮発性、半揮発性、不揮発性、液体、または固体の場合があります。これらの粒子は、呼吸によって肺の奥深くに入り、血流に入る能力があります。世界保健機関は、PM2.5 濃度に対していくつかの制限を設定しました。したがって、これらの制限を超える空気の質は、吸入すると不健康であると見なされます。同様に、インドのさまざまな当局は、特に発電所、製造ユニット、建設および解体活動、およびその他の多くの活動において、過剰な PM2.5 濃度を測定および制御するための基準を設定しています。したがって、PM2.5 の測定は基準に準拠するために不可欠になります。 PM2.5 のモニタリングと測定は、労働者と人員の健康を維持するためにも重要です。

EPA は、微細粒子状物質を、電子顕微鏡でのみ見ることができる直径 2.5 μm 以下の粒子と定義しています。

• 建設現場、火事、工場、発電所、煙突、未舗装の道路、車はすべて PM2.5 を放出します。
• 微細な粒子の浸透能力のため、粒子サイズが小さくなるほど健康への危険性が高まります。
• PM2.5 を監視および制御するための、世界中の大気質ガイドラインおよび基準の実施。
• この分析は、OSHA、EPA、ASTM、および NIOSH が主導しています。

エアサンプリングとは？

空気サンプリングは、代表的な量の空気を採取し、その化学的、粒子状、または放射性汚染を分析するための任意の方法です。この代表的な空気の体積 -> 体積単位濃度あたりの汚染を計算します。この値をさまざまなガイドラインや基準と比較してください。大気のサンプリングとモニタリングを通じて、大気汚染を定量化します。

PM2.5 やその他の大気汚染物質の大気サンプリング、監視、測定の必要性は何ですか?

• 大気汚染の原因を特定して分析するため。
• 発電所および製造排出物の環境への影響を評価するため。
• 作業中の危険な粒子や空気中の汚染物質を見つけるため。
• 車両や製品からの排出量を調べる。
• 前述の政府基準および規制のすべてを順守するため。

米国 EPA PM2.5 および PM10 (粉塵) の測定基準

空気モニタリングのワークフロー

サンプルはフィルターまたは樹脂上で真空収集され、フィルターの洗浄、抽出、または灰化によってさらに処理され、重量法、顕微鏡法、または機器を使用して評価されます。

空気サンプルを使用したさまざまな分析手法の典型的なアプローチを以下に示します。

1. サンプル収集/準備 – サンプルは樹脂または真空によってフィルターに収集されます

• 重量分析 – 事前に重み付けされた、または一致した重みフィルターを使用します。
• 金型 – メディアを介して vac。言い換えれば、スワブ、ワイプ、テープ、寒天プレートの代替技術を使用してください。

2. サンプル準備

• 重量測定 – PM濃度を測定して分析するために最も広く使用されている手法です。さらに、デシケーション（MCE）、PVC、GF、石英などを使用しています。
• 微視的 – 数分の 1 ミクロンから数百ミクロンのサイズのような微視的な粒子は、エアロゾル生成の産業管理や不純物制御など、多くのプロセスにとって重要です。平均直径が 10 µg/m3 を超える固体粒子 (PM10 粒子としても知られる) は、人間の健康に深刻な悪影響を及ぼし、さらなる健康問題を引き起こし、喘息などの病気を引き起こす可能性があります。

3. 分析

• さまざまな手動技術によって測定されたデータの分析。さらなる比較のための分析。
• サンプリング前後のフィルタの事前重み付けと事後重み付け。
• 粒子のサイジングとカウント

PM2.5の測定技術

WHO によると、大気汚染により毎年 700 万人が死亡しています。幸いなことに、ほとんどの呼吸器疾患は、空気の質を改善することで回避できます。ただし、制限ときれいな空気の要件が満たされていることを確認するには、空気の質をテストして監視する必要があります。以下で説明するダスト測定方法はすべて、伝統的に使用されている CAAQMS であり、さまざまな業界や政府のサイトで現在も使用されています。

1. 重量法-

水和による PM2.5 (粒子状物質) の収集と測定、それに続く重量分析と定量化は、大気汚染を測定するために最も広く使用されている手順の 1 つです。このようなテスト ステーションは、燃焼、エンジン自動車、航空機、船舶、トラックなどのプロバイダーで使用できます。空気をろ過して汚染レベルを測定する環境試験ステーションもあります。フィルタリングがどこで行われるかに関係なく、これらのフィルターを調べる必要があります。つまり、フィルター上の粒子状物質を正しく計量する必要があります。これを行うには、最も正確なバランスが必要です。サンプルは手動で収集され、さらに分析するためにラボに送られます。

• 重量法を使用する際の課題:

(i) 膨大な数のフィルターの正確な取り扱いと計量。

(ii) 混乱やエラーを防ぐために、正しいラベル付けとサンプルの取り扱い。

(iii) 汚染を避けるために、クリーンルーム環境が必要です。

(iv) フィルターを適切に調整することが重要です。

(v) 大量のデータを処理し、適切に分析することが重要です。

(vi) より厳密なバランスを必要とする厳しい規制により、より小さなサンプルサイズが出現します。

2. ベータ線減衰 –

BAM は、リアルタイムで動作するベータ線減衰技術を使用する連続的な周囲空気質モニタリング デバイスです。このデバイスの使用 – ユーザー、当局、および大気質データに関心のあるすべての人のために PM2.5 および PM10 を測定します。基本的に、BAM 内のこのフィルター テープは、ユーザーが 2 ～ 3 か月ごとに交換します。

• それはどのように機能しますか？

粒子サイズ選択インレットは装置の上部にあり、通常は監視エンクロージャの屋根から突き出ています。微視的な粒子状物質を定量する必要があるため、巨大な粗粒子 (PM10 よりも小さい) を分離します。次に、BAM にリンクされたポンプを作動させた後、インレット ヘッドを介して大量の空気を押し込みます。重力で引き寄せられた小さな粒子 (10μm 未満) -> フィルター テープ アセンブリ上。

BAM は一度に 1 時間分のデータを収集します。各時間の終わりにベータ減衰測定を行います。 1 時間の間にテープに付着する粒子状物質が多いほど、信号の減衰は少なくなります。このセンサーは、PM10 または PM2.5 の質量濃度を 1 時間にわたって計算できます。

3. TEOM

TEOM は、テーパード エレメント オシレーティング マイクロバランスの略です。使用法 – 空気中の粒子汚染を連続的に測定する方法です。コイルドライバーと選択的なインレットのサイズを備えた取り付けられた器具があります。したがって、総浮遊微粒子をサンプリングします。空気は、先細の振動ガラス管の端にあるフィルターを通して引き込まれます。したがって、周波数の変化は、蓄積されたPMの質量に直接関係しています。

• それはどのように機能しますか？

コイルドライバーは、テーパー要素の磁石に対して脈動し、振動運動を開始します。反対の磁場は、固有の振動を維持します。したがって、空気サンプルがシステム内を流れ始めます。微粒子はティールの上にセットされたフィルターに集まります。時間が経つにつれて、粒子の質量が増加し、振動周波数を低下させるティールに対して重くなります。ホール効果センサーは、周波数の変化を測定します。

重量法	ベータ線減衰	TEOM
粉塵を測定するオフライン方式です	リアルタイム測定原理で動作	空気中のPMを連続的に測定する方法
サンプリングと計量技術を使用して計算された PM 汚染	粉塵汚染の判定は、信号の減衰がどれだけ少ないかに基づいています。	発振周波数の変化でサンプリング
フィルターは毎日交換が必要	テープは 2 ～ 3 か月ごとに交換する必要があります	フィルターは少なくとも 30 日ごとに交換する必要があります。
24 時間集中力平均 – 真夜中から真夜中まで	1 時間ごとにデータを収集します。	TEOM は、粉塵汚染の質量濃度の 1 時間、8 時間、12 時間、24 時間の平均を計算します。

PM（粒子状物質）の測定と監視

PM を計算するために従来使用されていた方法の欠点を克服するための新しいテクノロジーの導入。

LASER Particulate SENSORS は、光学 90° 光散乱コンセプトに基づいて動作します。ミラーの開口部に 90° で当たるセンサーに向かう光の反射。光の反射がある限り、フォトダイオードはパルスを記録します。このようにして受信した電気信号を粒子状物質濃度に変換します。

ますます多くの人々が空気の質を認識するようになっています。今日、大気質モニタリングのアプリケーションは、産業や工場での使用だけに限定されているわけではありません。したがって、彼らは自宅や職場周辺の空気の質を知りたいと切望し、関心を持っています。

さまざまな大気質パラメータを測定および監視するためのさまざまな手法の紹介。たとえば、90° 光散乱、電気化学センシング、NDIR センサー、金属酸化物センサー (MOS) などです。

これにより、手頃な価格で正確な大気質モニターの需要が高まっています。したがって、Prana Air を含む多くの企業は、手頃な価格の空気品質モニターとセンサーを提供し、顧客の今後の要求を満たすという課題を受け入れています。

以前に使用されていた技術は正確ですが、非常にコストがかかるため、一般の人には手が届きません。それに加えて、展開には広い領域が必要であり、メンテナンス コストもかかります。それ以外の場合、データは 8 ～ 24 時間後に利用可能になります。その後、データは政府のサイトでアクセス可能になり、一般の人々が閲覧できるようになります。

しかし、現代のテクノロジーはこれらの欠点をすべて克服しています。これらは：

ニューエイジ法の長所：

1. 小型でハンディなので携帯に便利
2. 低コストでお財布に優しい
3. パーソナライズされたダッシュボードでのデータのアクセシビリティと分析。
4. 高精度
5. そのような維持費はありません
6. 顧客の要件に基づくさまざまなモニターとセンサー。
7. リアルタイムのデータ監視
8. 履歴分析とリアルタイム分析がより簡単になります。
9. 選択したデバイスに表示される複数の大気汚染パラメータ。
10. キャリブレーションとモニタリングには数秒かかります。

微粒子試験: 従来の方法と新しい方法

	PMを測定する従来の方法	PMを測定する新しい方法
1.	BAM、Improved West、Gaeke などのさまざまな技術によってすべての汚染物質を検出します。	PM10、PM 2.5、その他の大気汚染パラメーターを 1 つのモニターで検出します。
2.	巨大でかさばるサイズ。したがって、移植性が制限されます。	コンパクトで軽量なので、持ち運びが簡単です。
3.	作業シフト全体にわたって労働者が粉塵にさらされるレベルを提供する	PM レベルをリアルタイムで提供します。
4.	この方法では、作業シフト全体で粉塵レベルの変化をリアルタイムで表示することはできません	作業シフトで粉塵レベルの変化を示すことができます。
5.	この方法では、そのシフトの過程で粉塵レベルの変化を示すことはできません。	この方法では、そのコースでの粉塵レベルの変化を示すことができます。
6.	膨大な人員が必要です。	そのようなマンフォースは必要ありません。
7.	設置と維持費は非常に高額です。	メンテナンスとインストールのコストは非常に低いです。
8.	フィルター/テープの交換が必要です。	フィルター交換は不要です。
9.	集中化された政府サイト。	ウェブサイト、モバイル、TV アプリへのカスタマイズされたアクセシビリティ
10.	少し複雑な接続。	簡単な接続。

ソース:

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