Medición de ozono troposférico
Fuente: Laboratorios de Margaret obrero y Kimberly Frye - Universidad de Depaul
El ozono es una forma de oxígeno elemental (O3), una molécula de tres…
1. Schonbein papel preparación
- Coloque 100 mL de agua destilada en un vaso de precipitados de 250 mL.
- Añadir 1¼ cucharadita de fécula de maíz.
- Coloque una barra de agitación en el vaso y coloque el vaso sobre un plato caliente/stir. Calentar en una posición de media a alta y revuelve la mezcla lentamente hasta geles cerca de aproximadamente 90 ° C. La mezcla se cuajó cuando espesa y se convierte en algo transparente.
- Retire el vaso de la fuente de calor, agregue 1/4 cucharadita de yoduro de potasio y mezcle bien.
- Enfriar la solución antes de aplicar para el papel de filtro.
- Coloque un pedazo de papel de filtro sobre una placa de cristal o mantenerla en el aire y cuidadosamente usando un pincel pequeño, cepillo la pasta sobre el papel de filtro. Voltee el papel de filtro y hacer lo mismo en el otro lado. Trate de aplicar la pasta uniformemente como sea posible.
- Fijar el papel durante la noche y lejos de luz solar, o colocar en una baja temperatura (20 ° C) estufa para secar.
- Una vez seco el papel, utilice tijeras para cortar el papel filtro en tiras ancho de 1 pulgada. Si va a guardar el documento para su posterior uso, coloque las tiras en un lacrable bolsa o vidrio frasco de plástico, fuera de luz directa del sol.
2. medición de ozono
- Tiras de papel de prueba con agua destilada y cuelgue un mínimo de tres tiras en cada punto de recogida de datos fuera de la luz solar directa. Cuelgue por bien grabando o viradas a un extremo de la tira a una estructura (por ejemplo, pared, bloques de estacionamiento, postes de luz). Las tiras se pueden colgar mediante cable con un extremo en el suelo y el otro extremo fijado a la franja. Asegúrese de que las tiras cuelguen sin obstrucciones.
- Exponer el papel de aproximadamente 8 h. nota donde fue colgado cada tira y utilizar datos meteorológicos para registrar la ubicación de la humedad relativa durante la exposición del papel. Alternativamente, puede utilizarse un psicrómetro para medir la humedad relativa de cada sitio.
- Si los resultados no se registran inmediatamente, sello de la tira en un recipiente hermético después de la exposición.
- Para observar y registrar los resultados de la prueba, rocíe el papel con agua destilada.
- Observar el color comparándolo con la escala de color proporcionado y anotando el número correspondiente de Schonbein. Calcular el número promedio de Schonbein en cada sitio.
- Usar los datos de humedad relativa para cada sitio y el cuadro de número de Schonbein humedad relativa (figura 3) para convertir el sitio Schonbein promedios de concentración de ozono (ppb).
Figura 3. Humedad relativa Schonbein número gráfico
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El ozono es una forma de oxígeno elemental que se encuentra en la atmósfera y está clasificado como un contaminante del aire perjudicial para la salud humana. Utilizando la técnica de Schönbein, se pueden cuantificar los niveles de ozono en sitios de interés. Las moléculas de ozono están compuestas por tres átomos de oxígeno unidos en una estructura que es altamente reactiva como agente oxidante, y se encuentran tanto en la estratosfera como en la troposfera de la atmósfera.
Las moléculas de ozono en la estratosfera forman la capa de ozono, lo que ayuda a evitar que los dañinos rayos UV lleguen a la superficie de la Tierra. En las altitudes más bajas de la troposfera, el ozono es perjudicial para la salud humana y, como contaminante, contribuye al smog fotoquímico. El ozono puede dañar directamente el tejido respiratorio humano si se inhala, o dañar los tejidos vegetales y los materiales más blandos, incluidos los neumáticos de los vehículos.
La presencia de ozono en la troposfera se puede cuantificar utilizando papel Schönbein, una mezcla de almidón, yoduro de potasio y agua untada en papel de filtro. Una vez seco, el papel cambia de color en presencia de ozono.
Este video ilustrará el proceso de fabricación de papel Sch?nbein, la colocación y lectura de tiras reactivas y la cuantificación de los niveles de ozono utilizando la escala de colores Sch?nbein.
Una forma en que el ozono troposférico exterior se forma a nivel del suelo es cuando los óxidos nitrosos y los compuestos orgánicos volátiles de las emisiones de los automóviles se exponen a la luz solar. En consecuencia, las condiciones para la formación de ozono y la creciente preocupación por la salud aumentan en ambientes soleados, o en momentos o lugares de uso intensivo del automóvil.
En interiores, el ozono troposférico puede formarse cuando la descarga eléctrica de equipos de alto voltaje, como purificadores de aire iónicos, impresoras láser o fotocopiadoras, rompe los enlaces químicos del oxígeno atmosférico en el aire circundante. Los radicales libres de oxígeno se combinan con una molécula de oxígeno en el aire para crear ozono.
Utilizando papel Schönbein, papel de filtro impregnado con una solución de almidón y yoduro de potasio, se puede cuantificar el ozono troposférico. El ozono en el aire oxidará el yoduro de potasio en el papel, produciendo yodo. El yodo reacciona con el yoduro para producir triyoduro, que a su vez reacciona con el almidón también presente en el papel, tiñéndolo de un violeta intenso. La intensidad de este color dependerá de la cantidad de ozono presente en el aire, y los colores más oscuros indican mayores cantidades de ozono troposférico.
La determinación de la concentración de ozono utilizando este método se puede realizar en casi cualquier sitio, interior o exterior. Ahora que estamos familiarizados con los principios detrás de la medición de Sch?nbein, echemos un vistazo a cómo realizar el experimento.
Para comenzar el procedimiento, coloque 100 ml de agua destilada en un vaso de precipitados de 250 ml. A esto, agregue 6 g de maicena. Coloque el vaso de precipitados en una placa para remover caliente. Enciende el fuego a medio-alto y revuelve la mezcla hasta que alcance aproximadamente los 90 €. C y forma un gel. A continuación, retire el vaso de precipitados de la fuente de calor y añada 1 g, o ? cucharadita de yoduro de potasio y revuelva bien hasta que el yoduro de potasio se disuelva. Deje que la solución se enfríe durante 5 minutos en la mesa de trabajo.
Coloque un trozo de papel de filtro sobre una placa de vidrio y, con un pincel pequeño, cepille con cuidado la pasta sobre el papel de filtro. Dale la vuelta al papel de filtro y repite en el otro lado, aplicando la pasta lo más uniformemente posible. Coloca el papel durante la noche, lejos de la luz solar, para que se seque. Alternativamente, colóquelo en un horno de secado a 20 ? C hasta que se seque. Una vez seco, corta el papel en tiras de 1 pulgada de ancho. Si almacena el papel para su uso posterior, coloque las tiras en una bolsa de plástico hermética o en un frasco de vidrio fuera de la luz solar directa.
Para detectar el ozono, primero rocíe ligeramente las tiras de papel de prueba con agua destilada. Cuelgue un mínimo de tres tiras en cada sitio de recolección de datos fuera de la luz solar directa, sujetas de forma segura por un extremo a una estructura o colgadas con alambre. Asegúrese de que las tiras no estén obstruidas. Deje colgar las tiras reactivas durante 8 h.
Observe dónde se colgó cada tira y, con un psicrómetro, mida la humedad relativa en cada sitio. Alternativamente, accediendo a los datos meteorológicos, registre la humedad relativa en cada ubicación durante la exposición al papel. Si los resultados no se leen inmediatamente, las tiras se pueden sellar en un recipiente hermético después de la exposición.
Para observar y registrar los resultados de las pruebas, rocíe el papel con agua destilada. Observe el color comparándolo con la escala de colores de Sch?nbein y registre el número correspondiente. Calcule el número promedio de Sch?nbein para cada sitio.
Utilice los datos de humedad relativa para cada sitio y la Tabla de números de Schönbein de humedad relativa para convertir los promedios del sitio Schönbein a concentración de ozono, o partes por billón.
La capacidad de medir y registrar los niveles de ozono troposférico tiene muchas aplicaciones diversas, y los resultados de tales pruebas pueden tener implicaciones significativas para las poblaciones humanas.
En los centros urbanos densamente poblados, la convergencia del alto tráfico de automóviles y la densa población humana puede ser motivo de preocupación para los problemas de salud relacionados con el ozono. Los umbrales actuales de ozono en EE. UU. establecidos por la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional son de 0.1 ppm. Riesgos para la salud de la exposición por encima de este nivel, incluidos los dolores de cabeza; irritación de ojos, nariz y garganta; daño pulmonar y hemorragia, entre otros. En la zona urbana de Chicago, las tiras reactivas colocadas durante 8 horas en un día de julio en Evanston, Cicero y Northbrook registraron niveles de ozono de 71 ppb, 60 ppb y 71 ppb, respectivamente.
En interiores, los umbrales seguros para los niveles de ozono son los mismos que en exteriores y conllevan los mismos riesgos potenciales para la salud. Para garantizar la seguridad de los trabajadores o residentes del edificio, cualquier local con grandes cantidades de equipos de alto voltaje debe someterse a pruebas para determinar los niveles de ozono. Las tiras colocadas en la sala de fotocopiadoras durante 8 h registraron un nivel de ozono interior de 5 ppb, que está muy por debajo de las directrices de la Oficina de Seguridad de los Estados Unidos.
Debido a la acción de la luz solar que transforma el óxido nitroso y los compuestos orgánicos volátiles en ozono, las olas de calor o los períodos excepcionalmente soleados pueden ser motivo de preocupación para los residentes urbanos. El monitoreo de los niveles de ozono a lo largo del tiempo puede crear una imagen del riesgo potencial y permitir que las autoridades emitan advertencias o pidan a los residentes que reduzcan el uso del automóvil en momentos de alto nivel de ozono.
Acabas de ver la introducción de JoVE a la medición del ozono troposférico. Ahora debe comprender cómo se forma el ozono troposférico y por qué es una preocupación, cómo hacer papel Schönbein para analizar el ozono y cómo interpretar los resultados de las pruebas. ¡Gracias por mirar!
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Q1: What is tropospheric ozone and why is it considered a pollutant?
Tropospheric ozone is a molecule of three oxygen atoms (O3) that occurs in the lower atmosphere and acts as a highly reactive oxidizing agent. Unlike stratospheric ozone, which protects against UV rays, tropospheric ozone is harmful to human health and contributes to photochemical smog. It directly damages respiratory tissue when inhaled and harms plant tissues and materials like vehicle tires.
Q2: How is outdoor tropospheric ozone formed at ground level?
Outdoor tropospheric ozone forms when nitrogen oxides and volatile organic compounds from automobile emissions are exposed to sunlight. This reaction is more intense in sunny environments or areas with heavy automobile use, which is why ozone concentrations escalate during heatwaves or in densely populated urban centers with significant traffic.
Q3: How does indoor ozone form differently from outdoor ozone?
Indoor tropospheric ozone forms when electrical discharges from high-voltage equipment like ionic air purifiers, laser printers, or photocopiers break down atmospheric oxygen molecules. The resulting free oxygen radicals recombine to create ozone. This process occurs independently of sunlight, making indoor ozone formation a distinct concern in facilities with such equipment.
Q4: What is Schönbein paper and how does it detect ozone?
Schönbein paper is filter paper impregnated with starch and potassium iodide. When exposed to ozone, the ozone oxidizes the potassium iodide, producing iodine. The iodine reacts with iodide to form triiodide, which then reacts with starch, creating a deep violet stain. The color intensity indicates ozone concentration, with darker colors showing higher levels.
Q5: What are the steps for making Schönbein paper in the laboratory?
Heat 100 mL distilled water with 6 g cornstarch to approximately 90°C to form a gel. Remove from heat and add 1 g potassium iodide, stirring until dissolved. Cool for 5 minutes. Brush the paste uniformly onto both sides of filter paper on a glass plate. Dry overnight away from sunlight or in a 20°C oven. Once dry, cut into 1-inch strips and store in sealed containers away from direct sunlight.
Q6: How do you measure ozone concentration using Schönbein test strips?
Spray test strips lightly with distilled water and hang a minimum of three strips at each site for 8 hours, secured away from direct sunlight. Record relative humidity at each location. After exposure, spray strips with water and compare color to the Schönbein color scale. Calculate the average Schönbein number per site, then use a Relative Humidity Schönbein Number Chart to convert readings to ozone concentration in parts per billion.
Q7: What health risks are associated with tropospheric ozone exposure?
The US Occupational Safety and Health Administration sets a safe ozone threshold at 0.1 ppm. Exposure above this level causes headaches, eye and throat irritation, lung damage, and hemorrhage. Urban areas with high automobile traffic and dense populations face elevated health concerns. Indoor facilities with high-voltage equipment should be tested to ensure worker and resident safety, as indoor and outdoor safe thresholds are identical.