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Ozon ist eine Form von elementarem Sauerstoff, der in der Atmosphäre vorkommt und als schädlicher Luftschadstoff für die menschliche Gesundheit eingestuft wird. Mit der Sch?nbein-Technik können die Ozonwerte an interessanten Orten quantifiziert werden. Ozonmoleküle bestehen aus drei Sauerstoffatomen, die in einer Struktur gebunden sind, die als Oxidationsmittel hochreaktiv ist, und sie kommen sowohl in der Stratosphäre als auch in der Troposphäre der Atmosphäre vor.
Ozonmoleküle in der Stratosphäre bilden die Ozonschicht, die dazu beiträgt, zu verhindern, dass schädliche UV-Strahlen die Erdoberfläche erreichen. In niedrigeren Lagen der Troposphäre ist Ozon schädlich für die menschliche Gesundheit und trägt als Schadstoff zum photochemischen Smog bei. Ozon kann beim Einatmen das menschliche Atemwegsgewebe direkt schädigen oder Pflanzengewebe und weichere Materialien, einschließlich Reifen von Fahrzeugen, schädigen.
Das Vorhandensein von Ozon in der Troposphäre kann mit Hilfe von Sch?nbein-Papier quantifiziert werden, einer Mischung aus Stärke, Kaliumiodid und Wasser, die auf Filterpapier aufgetragen wird. Nach dem Trocknen verfärbt sich das Papier in Gegenwart von Ozon.
In diesem Video wird der Prozess der Herstellung von Sch?nbein-Papier, des Platzierens und Ablesens von Teststreifen und der Quantifizierung der Ozonwerte anhand der Sch?nbein-Farbskala veranschaulicht.
Troposphärenisches Ozon im Freien entsteht unter anderem, wenn Stickoxide und flüchtige organische Verbindungen aus Autoabgasen dem Sonnenlicht ausgesetzt werden. Folglich nehmen die Bedingungen für die Ozonbildung und die eskalierte gesundheitliche Besorgnis in sonnigen Umgebungen oder zu Zeiten oder an Orten mit starker Automobilnutzung zu.
In Innenräumen kann troposphärisches Ozon gebildet werden, wenn elektrische Entladungen von Hochspannungsgeräten wie ionischen Luftreinigern, Laserdruckern oder Fotokopierern die chemischen Bindungen des Luftsauerstoffs in der Umgebungsluft aufbrechen. Die freien Radikale des Sauerstoffs verbinden sich dann mit einem Sauerstoffmolekül in der Luft, um Ozon zu erzeugen.
Mit Hilfe von Sch?nbein-Papier, Filterpapier, das mit einer Stärke- und Kaliumiodidlösung imprägniert ist, kann troposphärisches Ozon quantifiziert werden. Ozon in der Luft oxidiert das Kaliumiodid auf dem Papier und erzeugt Jod. Das Jod reagiert mit Jodid zu Triiodid, das dann mit der ebenfalls auf dem Papier vorhandenen Stärke reagiert und es tiefviolett färbt. Die Intensität dieser Farbe hängt von der Menge an Ozon ab, die in der Luft vorhanden ist, wobei dunklere Farben auf höhere Mengen an troposphärischem Ozon hinweisen.
Die Bestimmung der Ozonkonzentration mit dieser Methode kann an fast jedem Ort durchgeführt werden, sowohl im Innen- als auch im Außenbereich. Nachdem wir nun mit den Prinzipien der Sch?nbein-Messung vertraut sind, schauen wir uns an, wie das Experiment durchzuführen ist.
Um den Vorgang zu beginnen, geben Sie 100 ml destilliertes Wasser in ein 250-ml-Becherglas. Füge dazu 6 g Maisstärke hinzu. Stellen Sie den Becher auf eine erhitzte Rührplatte. Drehen Sie die Hitze auf eine mittlere bis hohe Stufe und rühren Sie die Mischung, bis sie etwa 90 μm erreicht. C und bildet ein Gel. Nehmen Sie dann das Becherglas von der Wärmequelle und fügen Sie 1 g hinzu, oder ? Teelöffel Kaliumjodid und gründlich umrühren, bis sich das Kaliumjodid aufgelöst hat. Lassen Sie die Lösung 5 Minuten lang auf der Arbeitsplatte abkühlen.
Lege ein Stück Filterpapier auf eine Glasplatte und bürste die Paste mit einem kleinen Pinsel vorsichtig auf das Filterpapier. Drehen Sie das Filterpapier um und wiederholen Sie den Vorgang auf der anderen Seite, indem Sie die Paste so gleichmäßig wie möglich auftragen. Legen Sie das Papier über Nacht vor Sonnenlicht geschützt zum Trocknen ab. Alternativ in einen Trockenofen bei 20 ? C bis zum Trocknen. Schneiden Sie das Papier nach dem Trocknen in 1 Zoll breite Streifen. Wenn Sie das Papier für den späteren Gebrauch aufbewahren, legen Sie die Streifen in eine verschließbare Plastiktüte oder ein Glas, das vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt ist.
Zum Nachweis von Ozon besprühen Sie zuerst die Streifen des Testpapiers leicht mit destilliertem Wasser. Hängen Sie an jedem Datenerfassungsort mindestens drei Streifen vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt auf, die an einem Ende sicher an einer Struktur befestigt oder an einem Draht aufgehängt sind. Stellen Sie sicher, dass die Streifen frei sind. Lassen Sie die Teststreifen 8 Stunden lang hängen.
Notieren Sie, wo jeder Streifen aufgehängt wurde, und messen Sie mit einem Psychrometer die relative Luftfeuchtigkeit an jeder Stelle. Alternativ können Sie beim Zugriff auf Wetterdaten die relative Luftfeuchtigkeit an jedem Ort während der Papierbelichtung aufzeichnen. Wenn die Ergebnisse nicht sofort abgelesen werden, können die Streifen nach der Belichtung in einem luftdichten Behälter verschlossen werden.
Um die Testergebnisse zu beobachten und aufzuzeichnen, besprühen Sie das Papier mit destilliertem Wasser. Beobachten Sie die Farbe, indem Sie sie mit der Sch?nbein-Farbskala vergleichen und notieren Sie die entsprechende Zahl. Berechnen Sie die durchschnittliche Sch?nbein-Zahl für jeden Standort.
Verwenden Sie die Daten zur relativen Luftfeuchtigkeit für jeden Standort und das Sch?nbein-Zahlendiagramm für die relative Luftfeuchtigkeit, um die Durchschnittswerte des Standorts Sch?nbein in die Ozonkonzentration oder Teile pro Milliarde umzurechnen.
Die Fähigkeit, den troposphärischen Ozongehalt zu messen und aufzuzeichnen, hat viele verschiedene Anwendungen, und die Ergebnisse solcher Tests können erhebliche Auswirkungen auf die menschliche Bevölkerung haben.
In dicht besiedelten städtischen Zentren kann das Zusammentreffen von hohem Autoverkehr und dichter menschlicher Bevölkerung ein Problem für ozonbedingte Gesundheitsprobleme sein. Die aktuellen US-Grenzwerte für Ozon, die von der Occupational Safety and Health Administration festgelegt wurden, liegen bei 0,1 ppm. Gesundheitsrisiken einer Exposition über diesem Wert, einschließlich Kopfschmerzen; Augen-, Nasen- und Rachenreizungen; Lungenschäden und Blutungen, unter anderem. Im städtischen Chicagoland wurden an einem Julitag in Evanston, Cicero und Northbrook 8 Stunden lang Teststreifen mit Ozonwerten von 71 ppb, 60 ppb bzw. 71 ppb gemessen.
In Innenräumen sind die sicheren Grenzwerte für die Ozonkonzentration die gleichen wie im Freien und bergen die gleichen potenziellen Gesundheitsrisiken. Um die Sicherheit von Arbeitern oder Gebäudebewohnern zu gewährleisten, sollten alle Gebäude mit großen Mengen an Hochspannungsgeräten auf Ozonwerte getestet werden. Streifen, die 8 Stunden lang im Kopiermaschinenraum platziert wurden, wiesen einen Ozongehalt von 5 ppb in Innenräumen auf, was weit unter den Richtlinien des United States Office of Safety liegt.
Aufgrund der Einwirkung von Sonnenlicht, das Distickstoffmonoxid und flüchtige organische Verbindungen in Ozon umwandelt, können Hitzewellen oder außergewöhnlich sonnige Perioden für die Stadtbewohner besorgniserregend sein. Die Überwachung der Ozonwerte im Laufe der Zeit kann sich ein Bild des potenziellen Risikos machen und es den Behörden ermöglichen, Warnungen herauszugeben oder die Einwohner aufzufordern, die Autonutzung in Zeiten hoher Ozonwerte zu reduzieren.
Sie haben gerade die Einführung von JoVE zur Messung des troposphärischen Ozons gesehen. Sie sollten nun verstehen, wie troposphärisches Ozon gebildet wird und warum es ein Problem darstellt, wie man Sch?nbein-Papier herstellt, um auf Ozon zu testen, und wie man Testergebnisse interpretiert. Danke fürs Zuschauen!
