آلودگی هوا و روشهای اندازه گیری آلاینده ها
اسلاید 1: به نام آنکه هستی نام از او یافتآلودگی هوا و روشهای اندازگیری آلایندها
اسلاید 2: ساليانه 3 ميليون نفر در اثر آلودگي هوا جان خود را از دست مي دهند كه 90 درصد آنان در كشورهاي توسعه يافته هستند . دربعضي كشورها تعداد افرادي كه در اثر همين عامل جان خود را از دست مي دهند بيشتر از قربانيان سوانح رانندگي است. اين مرگ و مير بطور خاص مربوط به آسم، برونشيت - تنگي نفس و حملات قلبي و آلرژي هاي مختلف تنفسي است .
اسلاید 3: تعريف آلودگي هوا آلودگي هوا عبارت است از حضور يك و يا بيش از يك آلاينده در هواي آزاد كه ميتواند براي انسان يا محيط او مضر باشد اطلاق مي گردد. آلاينده ها ممكن است طبيعي و يا ساخته دست بشر باشند و ممكن است به اشكال مختلف ذرات جامد يا قطرات مايع يا گاز باشند كه بالغ بر 180 آلاينده مي باشند .
اسلاید 4: طبقهبندی آلایندهها تمامی آلایندههای هوا را میتوان بر اساس منشا ترکیب شیمیایی و حالت فیزیکیشان طبقهبندی نمود. این طبقهبندیها برای تنظیم بحث و بررسی در زمینه عوامل آلودگی هوا بکار میروند آلایندهها بسته به منشاشان به دو گروه اولیه و ثانوی تقسیم میشوند. آلایندههای اولیه از قبیل دی اکسیدسولفورها (SO2) ، اکسیدهای نیتروژن (NO2) و هیدروکربنها (HC) آن دسته از آلایندهها هستند که مستقیما وارد اتمسفر شدهاند و به همان شکل آزاد شده نیز در اتمسفر یافت میشوند. آلایندههای ثانوی نظیر ازن (O3) و پراکسی استیل نیترات (PAN) آن دسته از آلایندهها هستند که در اتمسفر توسط یک واکنش فتوشیمیایی در اثر هیدرولیز و یا اکسیداسیون تشکیل میشوند.
اسلاید 5: ترکیب شیمیایی آلایندهها آلایندهها اعم از گروه اولیه و ثانوی میتوانند بسته به ترکیب شیمیاییشان به دو گروه آلی یا معدنی تقسیم شوند. ترکیبات آلی حاوی کربن و هیدروژن و بسیاری از آنها دارای عناصری مانند اکسیژن ، نیتروژن ، گوگرد و فسفر میباشند. هیدروکربنها ترکیبات آلی هستند که تنها دارای کربن و هیدروژناند. آلدئیدها و کتونها دارای اکسیژن ، کربن و هیدروژن هستند. سایر ترکیبات آلی مهم در مورد آلودگی هوا عبارتند از: کربوکسیلیک اسیدها ، الکلها ، اترها و استرها و آمینها و ترکیبات آلی گوگردار. مواد معدنی یافت شونده در هوای غیر آلوده عبارتند از کربن ، منوکسید (CO) ، دی اکسید کربن (CO2)، کربناتها ، اکسیدهای سولفور ، اکسیدهای نیتروژن ، ازن ، هیدروژن فلوراید و هیدروژن کلراید.
اسلاید 6: طبقهبندی آلایندهها بر حسب حالت ماده ذرات آلایندهها عبارتند از جامدات و مایعاتی که شامل غبار ، دودهای غلیظ ، دود ، خاکستر ، غبار مه آلود و اسپری هستند. تحت شرایط مناسب ذرات آلایندهها از اتمسفر جدا و ته نشین میشوند. آلایندههای گازی آلایندههای گازی که سیالهای بیشکلاند، کاملا فضای آزاد شده در آن اشغال میکنند و بسیار شبیه به هوا عمل نموده و از اتمسفر جدا نمیشوند. در میان آلایندههای معروف گازی از اکسیدهای کربن ، اکسیدهای سولفور ، اکسیدهای نیتروژن ، هیدروکربنها و اکسید کنندهها میتوان نام برد.
اسلاید 7: طبقه بندی ذرات : خواص فیزیکی که عبارتند از اندازه ، شکل ، ته نشین شدن و کیفیت نوری خواص شیمیایی که عبارتند از ترکیبات آلی و معدنی خواص بیولوژیکی به صورت باکتریها ، ویروسها ، هاگها و غیره
اسلاید 8: نحوه تشکیل ذرات :ذرات را میتوان بر حسب نحوه تشکیل به صورت غبار ، دود ، دود غلیظ ، دود حاصل از خاکستر ، غبار مه آلود یا اسپری طبقه بندی نمود. غبار غبار عبارتست از ذرات کوچک جامد بوجود آمده از خرد شدن جرمهای بزرگتر در حین فرآیندهایی نظیر خرد کردن ، آسیاب کردن یا انفجار که ممکن است بطور مستقیم و یا غیر مستقیم در اثر بکار گیری موادی از قبیل زغال سنگ ، سیمان یا دانهها وارد اتمسفر شوند. دود عبارت است از ذرات ریز جامد از احتراق ناقص ذرات آلی نظیر زغال سنگ ، چوب یا تنباکو که عمدتا از کربن و سایر مواد قابل احتراق تشکیل یافتهاند، تشکیل میشود.
اسلاید 9: دود غلیظ عبارت است از ذرات جامد ریزکه از مایع شدن بخارات مواد جامد تشکیل میشود. دود غلیظ ممکن است در اثر تصعید ، تقطیر ، تکلیس شدن یا فرآیندهای ذوب فلزات بوجود آید. دود ناشی از خاکستر دود ناشی از خاکسترکه از ذرات غیر قابل احتراق ریزی که در گازهای حاصل از احتراق زغالسنگ بوجود میآید تشکیل یافته است. غبار مه آلود غبار مه آلود از ذرات مایع یا قطرات تشکیل شده در اثر مایع شدن بخار ، پراکندگی یک مایع یا انجام یک واکنش شیمیایی بوجود میآید.
اسلاید 10: ذرات آلی موجود در اتمسفر: فنلها ، اسیدهای آلی و الکلها معروفترین ذرات معدنی موجود در اتمسفر: نیتراتها ، سولفاتها و فلزاتی آهن ، سرب ، منگنز ، روی و وانادیم
اسلاید 11: منابع تولید ذرات ذرات ممکن است طبیعی و یا مضر به سلامت انسانها (دود ناشی از خاکستر ، دود ، دودهها ، اکسیدهای فلزی و نمکها ، فلزات روغنی یا قیری ، قطرات اسیدی ، سیلیکاتها و سایر غبارهای معدنی و دودهای غلیظ فلزی )باشند کنترل ذرات اگر چه کنترل ذرات در محل تولید آنها یا به کمک رقیق سازی انجام پذیر است، اما این اصل که رقیق کردن راه حل مشکل آلودگی است، دارای کاربرد نیست و نمیتوان از آن به عنوان یک روش کنترل کننده مفید نام برد. تنها روش قابل قبول کنترل در محل تولید کننده آلودگی و متکی به اصول، ته نشین سازی ، سانتریفوژ ، فشرده نمودن ، فیلتراسیون بارهای الکتریکی است.
اسلاید 12: اصول اندازگیری و نمونه برداری آلایندها
اسلاید 13: اندازگیری ذره های جامدِ ریز: نظارت بر ذره های ریز معمولاً با اندازه گیری های دستی و متعاقب آن آنالیزهای آزمایشگاهی صورت می گیرد. اندازه گیری یک ذرهی ریز با استفاده از اصول اندازه گیری وزن و یا غلظت صورت می گیرد.
اسلاید 14: تعریف روش آنالیز اندازه گیری وزن ویا غلظت: به تحلیل کمی و شیمیایی وزن یک ماده که معمولاً جزیی از یک رسوب شیمیایی جدا شده و خشک شده است، روش آنالیز اندازه گیری وزن و یا غلظت می گویند. در این روش،یک دستگاه نمونه گیر فیلتر دار با حجم توده ای بالا(ساخته شده از یک وسیلهی دارای خلأ که هوا را از درون فیلتر عبور داده و ماده را جذب می کند) آلاینده های اتمسفری را به دام انداخته تا در مراحل بعد آزمایش های تعیین وزن و تحلیل های شیمیایی بر روی آنها انجام شود. در این روش ذره های موجود در هوا در فیلتر باقی می مانند و سپس وزن فیلتر اندازه گیری می شود. وزن فیلتر دارای آلاینده ها منهای وزن یک فیلتر تمیز، مقدار مادهی ریز موجود در یک حجم معین از هوا را مشخص می کند .
اسلاید 15: آنالیز مواد شیمیایی می تواند با استفاده از روش های زیر انجام شود:· طیف سنجی جذب در مقیاس اتمی(AAS)· طیف سنجی تشعشع ماهتابی(AFS)· طیف نمایی زوج پلاسمای واسطه((ICP· طیف نمایی تشعشع ماهتاب اشعهی X
اسلاید 16: طیف سنجی جذب در مقیاس اتمی (AAS) روش فوق رایج ترین روش برای تعیین عناصر تنها و منفرد در نمونه های آنالیز شده است.دستگاه AAS یک وسیلهی حساس است که تا 60 عنصر فلزی یا ترکیب فلز دار را به طور کمی تشخیص می دهد. اساس این تکنیک بر اندازه گیری تغییرات انرژی ماده در حالت تجزیهی اتمی است.
اسلاید 17: یک مادهی تجزیه شدهی اتمی در واقع ماده ایست که ترکیب شیمیایی آن به روش تحلیل شیمیایی مشخص شده است. به عنوان مثال برای اندازه گیری سرب موجود در فرایند نظارت ذره ای، از روش طیف سنجی جذب در مقیاس اتمی استفاده می شود. در روش های اندازه گیری وزن و یا غلظت، بعد از آنکه ذرات سرب توسط یک فیلتر تفلون(PTFE) جمع آوری شدند، توسط یک اسید مناسب، از فیلتر تفلون جدا می شوند.
اسلاید 18: نمونهای که در اثر واکنش با اسید آب دار شده است تبخیر می شود و سپس به عنصرهای سازنده اش در حالت گازی تجزیه می شود. عنصر اندازه گیری شده(در این نمونه سرب) از درون ظرف بستهی واکنش به درون یک زبانهی آتش کشیده می شود و یا به درون یک بوتهی آزمایش گرافیتی تزریق می شود. در این هنگام نمونه به ذرات اتمی تبدیل می شود. سپس یک کاتدِ میان تهی و یا لامپ خلأ بدون الکترود، می تواند منبعی باشد به منظور جذب طول موج ذرات ریز فلز. اتم ها در یک حالت متحد و یا به اصطلاح در حالت پایه، انرژی را جذب کرده، برانگیخته می شوند و به سطح انرژی بالاتر می روند. آنگاه یک یک دستگاه آشکارساز(موج یاب) مقدار نور جذب شده توسط عنصر را اندازه گیری می کند.
اسلاید 19: بنابراین تعداد اتم های در حالت پایهی موجود در شعلهی آتش یا بوتهی آزمایش تعیین می گردد. اطلاعات خروجی از چنین طیف سنجی را می توان توسط یک دستگاه مخصوص بر روی یک نوار به صورت یک نمودار درآورد و یا توسط کامپیوتر پردازش نمود. بدین ترتیب می توان میزان تمرکز فلز آلاینده را با استفاده از منحنی های درجه بندی، آماده و یا بطور مستقیم از طریق ابزار به دست آورد.
اسلاید 20: ب)اندازگیری آلاینده های گازی نظارت بر آلاینده های گازی را می توان با استفاده از اصول و روش های مختلفی انجام داد. برای نمونه نظارت و بررسی آلاینده ای مثل سولفور دراکسید(SO2) را می توان با استفاده از روشهای دینامیکیِ نمونه برداری و برای غلظت های میانگین تا بیش از یک دورهی 24 ساعته و یا با استفاده از نمونه برداری استاتیکی برای دوره های طولانی تر مثل 30 روز انجام داد. برخی از رایج ترین فنون تحلیل آلاینده های گازی عبارتند از:طیف سنجی نور، آشکارسازی ارتعا امواج با استفاده از روش های شیمیایی، رنگ نگاری گاز-طیف سنجی جرم(GC-MS)، طیف نمایی چهارمین دگرگونی حاصل از اشعهی مادون قرمز(FTIR).
اسلاید 21: روش طیف سنجی نورطیف سنجی نور یکی از مفید ترین و در عین حال گسترده ترین روش مورد استفاده برای تحلیل های کمی است. یک طیف نمای نور، وسیله ایست که مقدار نور جذب شده توسط نمونهی تحت مطالعه را اندازه می گیرد. این ابزار بدین طریق عمل می کند که یک پرتو نوری را از درون نمونه عبور می دهد و سپس شدت نوری را که به آشکارگر می رسد اندازه می گیرد. روش طیف سنجی (طیف نمایی) نور متکی بر اصول رنگ سنجی می باشد و معمولاً برای اندازه گیری غنا و تمرکز گاز دی اکسید سولفور به کار می رود. در این روش رنگ ها و مواد شیمیایی با محلولی که شامل SO2 است ترکیب و مخلوط می شوند. رنگ محلول منجر به جذب مقادیر متفاوتی از نور می شود. نهایتاً مقدار نور جذب شده نشانگر مقدار دی اکسید سولفور موجود در نمونه است.
اسلاید 22: اوزون را توسط اصل طیف سنجی اشعهی فرابنفش تک رنگ جذب شده نیز می توان مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. هنگامی که اشعهی فرابنفش با طول موج 253.7 نانومتر از درون جایگاه چشمی عبور می کند، مقدار ثابتی از هوای مطلق و نیز هوای محیط به درون جایکاه کشیده می شود. شدت اشعهی ماوراءِ بنفش که از جایگاه چشمی می گذرد، توسط اوزون موجود در نمونه تقلیل می یابد. این سیگنال کاهش یافته با سیگنال ثابت و تقلیل نیافته ای که از هوای مطلق در یافت می شود، مقایسه می شود. تفاوت بین این دو شدت توسط دستگاه های الکترونیکی به یک متن تشریحی در مورد اوزون موجود در هوای محیط ترجمه می شود.
اسلاید 23: آشکار سازی ارتعاش امواج با استفاده از روش های شیمیایی : روش های شیمیایی آشکار سازی امواج که به منظور مشخص نمودن اجزای گازی یک نمونه استفاده می شوند، به هنگام نیز به وسایل فوق العاده حساس،که گاهاً بسیار کمیاب هستند و یا بسیار گران تمام می شوند، برای مشخص نمودن آلاینده های جوی مانند اوزون، اسید های نیتروژن و سولفور و نیز ترکیبات آنها، سرچشمه می گیرند. اساس این روش بر طیف های ساتره از یک گونهی برانگیخته که طی یک واکنش شیمیایی ایجاد شده است، بنا نهاده شده است. اکسیدهای نیتروژن را می توان به کمک واکنش NO و O3 در حالت گازی آشکار کرد.
اسلاید 24: یک نمونهی هوای طبیعی به همراه مقداری اوزون درون یک ظرف مخصوص نمونه مخلوط می شود. بخشی از NO موجود طی یک واکنش معکوس به NO2 فعال تبدیل می شود که منجر به بازگشت به یک سطح پایین تر انرژی گشته و و در نتیجه در جریان واکنش از خود نور ساتر می کند. این پدیده را chemiluminescene و یا همان آشکار سازی امواج طی یک واکنش شیمیایی می نامیم. شدت این نور را می توان توسط لولهی تکثیر کنندهی نور اندازه گیری کرد که با مقدار NO موجود در نمونه متناسب است. یک واکنش ثانویه تمامی اکسید های نیتروژن را در نمونهی هوا اندازه می گیرد و در نتیجه تمرکز و غلظت NO2 را می توان محاسبه کرد.
اسلاید 25: رنگ نگاری گاز (GC) در نظارت بر آلودگی هوا، روش رنگ نگاری گاز بعلاوهی یک آشکار ساز یونیزاسیون تابشی (FID) زوج مناسبی هستند که برای تشخیص هویت کیفی و نیز تعیین ویژگی های کمی ترکیبات آلی فرار(VOCs) به کار می روند. دستگاه رنگ نگاری گاز شامل یک ستون، یک اجاق(کوره)، و نیز یک آشکارساز است. در این وسیله نمونهی تحت بررسی، به طرف ستون می رود و سپس به ترکیبات منفرد تجزیه می شود. بعد به سمت آشکارساز یونیزاسیون با شعلهی هیدروژنی میرود. شعلهی موجود در یک آشکارساز یونیزاسیون شعله ای، با سوزاندن هیدروژن با هوا تولید می شود. وقتی که یک نمونه وارد این قسمت از دستگاه می شود، هیدروکربن ها سوزانده شده و به یون تبدیل می شوند که در نتیجهی آن، الکترون آزاد می شود.
اسلاید 26: یک دستگاه جمع آوری کنندهی الکترون، که ولتاژ معینی را برای قطبش دادن اعمال می کند، الکترون های آزاد را جذب کرده و جریانی از الکترون ها تولید می کند که با مقدار هیدروکربن های موجود در نمونه متناسب است. سرانجام سیگنال حاصل از آشکارساز یونیزاسیون شعله ای توسط یک تقویت کننده تقویت شده و توسط یک نمایشگر و یا یک وسیلهی خارجی به صورت نتیجهی خروجی مشخص می گردد.
اسلاید 27: رنگ نگاری گازـــ طیف سنجی جرم (GC- MS) ابزار رنگ نگاری گاز- طیف سنجی جرم نیز به منظور مشخص نمودن ضحور تکیبات آلی فرار در نمونه مورد استفاده قرار می گیرد. طیف سنج های جرم، اختلاف بین نسبت جرم بر وزن (m/Z) اتمها و یا مولکول های یونیزه شده را اندازه می گیرد تا آنها را از یکدیگر جدا کند. روش طیف سنجی جرمی برای تعیین خاصیت و معرفی نوع اتمها و مولکول ها و نیز برای مشخص نمودن اطلاعات شیمیایی و ساختاری مولکول ها مفید است. مولکول ها در هنگام متلاشی شدن، از الگوهای مشخص و متمایزی پیروی می کنند که این الگو ها اطلاعاتی را برای تعیین هویت و تشخیص اجزای ساختاری آنها در اختیار می نهد.
اسلاید 28: طیف نمایی چهارمین دگرگونی حاصل از اشعهی قرمز(FTIR): با استفاده از روش فوق می توان هر دوی آلاینده های معیار و نیز آلاینده های سمی موجود در هوای محیط را مشخص کرده و مقادیر آنها را اندازه گیری کرد. FTIR به طور مستقیم قابلیت تشخیص بیش از 120 آلایندهی هوا همچون مونوکسید کربن، دی اکسیدسولفور و اوزون را داشته و نیز می تواند مقادیر کمی مربوط به آنها را اندازه گیری کند.
اسلاید 29: تکنولوژی FTIR همچنین توانایی تشخیص و اندازه گیری مقادیر مربوط به آلاینده های گازی همچون تولوئن، بنزن و متانول را دارد. این تکنولوژی بر پایهی این واقعیت بنا نهاده شده است که هر گازی اثر انگشت خاص خودش را دارد. به عبارت دیگر هر گازی رنگ های خاصی را جذ می کند. گیرندهی امواج FTIR ، تمام محدودهی طیف های فروسرخ را در بر گرفته و اثر انگشت های متفاوت گازهای موجود در محیط را مشخص می کند
اسلاید 30: مونوکسید کربن به طور پیوسته توسط یک آنالیزگر که بر طبق اصل جذب اشعهی فروسرخ عمل می کند، کنترل می شود. هوای محیط به داخل یک اتاقک نمونه گیری کشیده می شود و سپس یک اشعهی فروسرخ از درون این اتاقک عبور می کند. گاز CO اشعهی فروسرخ را جذب می کند و لذا هر گونه کاهشی در شدت باریکهی اشعهی فروسرخ، ما را از وجود مولکول های CO با خبر می سازد. میزان کاهش شدت اشعهی فوسرخ به طور مستقیم به غلظت CO موجود در هوای نمونه برداری شده بستگی دارد. یک آشکارساز ویژه، اختلاف تابش بین این باریکهی فروسرخ و نیز یک باریکهی دورگه ای که از یک اتاقک از پیش آماده شده که گاز CO در آن وجود ندارد تشکیل شده است را اندازه گیری می کند. این اختلاف در شدت تابش فروسرخ، توسط دستگاه های الکترونیکی به یک گزارش متنی از CO ی موجود در هوای محیط ترجمه می شود. در این ترجمه واحد غلظت CO بر حسب ppm می باشد.
اسلاید 31: کالیبره کردن: نخستین اندازه گیری کمی و کنترلی، درجه بندی می باشد. درجه بندی(کالیبره کردن)، دقت یک اندازه گیری را مشخص می کند. بدین ترتیب که رابطهی بین خروجی یک فرایند تحت اندازه گیری و یک ورودی معین را تبیین و تشریح می کند. هر یک از روش های اصلی، پروسه های جامع درجه بندی خاص خود را دارند که برای اطمینان از نتایج دقیق، باید دنبال شوند. آژانس حفاظت از محیط زیست آمریکا EPA همچنین اقدام به رشد و تولید برنامه های گستردهی کیفی که به صورت تضمینی ارائه می شوند تا اعتبار داده ها را تضمین کنند، کردهاست. یکی از مؤلفه های اساسی تضمین کمی، انجام بازرسی هاست. در یک فرایند بازرسی، یک و یا تعداد زیادی آزمایشگاه به تحلیل یک نمونهی معین استاندارد از آلاینده ای خاص می پردازند. اگر این آزمایشگاه ها به نتایج مورد انتظار برسند می توانند تضمین کنند که روش ها و فرآیندهای مورد استفاده توسط ایستگاه های نظارتی درست و دقیق هستند.
اسلاید 32: روش های اندازه گیری و تحلیل آلاینده های هوا :روشمتغیر اندازه گیری شدهاصل مورد استفاده
اسلاید 33: ندازه گیری وزن یا غلظتPM10, PM2.5ذرات در هنگام عبور از فیلتر ها به دام انداخته شده و سپس فیلترها وزن کشی شده و بدین ترتیب مقدار آلاینده حاصل می شود.
اسلاید 34: طیف سنجی جذب در مقیاس اتمی(AAS)بیش از 60 عنصر فلز یا ترکیبفلزدار.مثال:سرب(Pb)، جیوه(Hg)، روی(Zn)در این تکنیک تغییرات انرژی در نمونهی موجود که در حالت اتمی است اندازه گیری می شود. تشعشعات ساتع شده از نمونه تابعی از اتمهای آلایندهی موجود در نمونه است.
اسلاید 35: طیفِ نور سنجی یا طیف سنجی نورSO2, O3مقدار نور جذب شده توسط نمونه را اندازه می گیرد. این مقدار نشانگر مقدار مادهی مورد نظر(آلاینده) در نمونهی در دست است
اسلاید 36: آشکارسازی ارتعاشات امواج با استفاده از روش های شیمیایی NO2, O3اساس این روش بر روی اشعه های ساتع شده از یک نوع برانگیخته که در طی یک واکنش شیمیایی رخ می دهد، استوار است. می توان این اشعه ها را به صورت رنگ های مریی حاصل از آنها در طیف بین اشاره کرد.
اسلاید 37: رنگ نگاری گازــ آشکارگرتابشهای حاصل از یونیزاسیونVOCبه نسبت مقدار و تعداد اتمهای کربن در یک نمونهی گازی،واکنش متناسب نشان می دهد.
اسلاید 38: رنگ نگاری گاز ــ طیف نمایی جرم(GC_MS)VOCطیف نمایی جرم، از تفاوت جرم وزنی اتمها(M/Z) و یا مولوکول های یونیزه شده استفاده می کند تا آنها را از یکدیگر تمیز دهد.
اسلاید 39: طیف نمایی چهارمین دگرگونی حاصل از اشعهی فروسرخCO, VOC, CH4باتاباندناشعهیمادونقرمز(فروسرخ)، نمونه به جذب این اشعه می پردازد و تفاوت در میزان جذب در ترکیبات مختلف اندازه گیری می شود.
نقد و بررسی ها
هیچ نظری برای این پاورپوینت نوشته نشده است.