Medición de ozono troposférico

Measuring Tropospheric Ozone

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Measuring Tropospheric Ozone

1.3: Using GIS to Investigate Urban Forestry

1.15: Analysis of Earthworm Populations in Soil

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07:49 min

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February 23, 2015

Overview

Fuente: Laboratorios de Margaret obrero y Kimberly Frye – Universidad de Depaul

El ozono es una forma de oxígeno elemental (O₃), una molécula de tres átomos de oxígeno enlazados en una estructura que es altamente reactiva como un agente oxidante. Ozono se produce en la estratosfera y los niveles de la troposfera de la atmósfera. Cuando en la estratosfera (situada aproximadamente a 10-50 km de la superficie terrestre), las moléculas de ozono forma a la capa de ozono y evitar que los rayos ultravioleta dañinos lleguen a la superficie de la tierra. En altitudes más bajas de la troposfera (superficie – aproximadamente 17 km), el ozono es perjudicial para la salud humana y se considera un agente contaminador del aire que contribuyen al smog fotoquímico (figura 1). Las moléculas de ozono pueden causar daño directamente dañar tejido respiratorio al inhalarlo o indirectamente dañan los tejidos de la planta (figura 2) y más suaves materiales incluyendo neumáticos de automóviles.

Ozono troposférico al aire libre se forma a nivel del suelo cuando los óxidos de nitrógeno (NO_x) y compuestos orgánicos volátiles (COV) de las emisiones de automóviles están expuestos a la luz solar. En consecuencia, problemas de salud en las concentraciones de ozono escalen en condiciones soleadas o cuando y donde se incrementa el uso del automóvil.

Reacción:₂ + VOC + luz solar → O₃ (+ otros productos)

Interior de ozono troposférico se forma cuando descargas eléctricas de equipos con altos voltajes (por ejemplo, los purificadores de aire iónicos, impresoras láser, fotocopiadoras) de rompen los enlaces químicos del oxígeno atmosférico (O₂) en el aire que rodea el equipo:

O₂ → 2 O

Los radicales libres de oxígeno en los alrededores de descarga eléctrica se recombinan para crear ozono (O₃).

2 O + 2 O₂→ 2 O₃

Figura 1: Panorama de puente Golden Gate

Coloración característica de smog en California en el Banco de nube beige detrás del puente Golden Gate. La coloración marrón es debido al NOx en el smog fotoquímico.

Figura 2: plantas dañadas por ozono. Fila de arriba es normal, fila inferior ha sido expuesto al ozono.

Principles

Formación de ozono troposférico puede controlarse mediante el uso de una mezcla de almidón de yoduro de potasio y agua sobre papel de filtro. Una vez seco, el papel, llamado papel de Schonbein, cambia de color cuando el ozono está presente.

El método se basa en la capacidad de oxidación del ozono. Ozono en el aire oxida el yoduro de potasio en el papel de prueba para producir yodo:

Kl 2 + O₃ + H₂O → 2 KOH + O₂ +₂

Entonces el yodo reacciona con el almidón, manchando el papel un tono de violeta. La intensidad del color depende de la cantidad de ozono presente en el aire. Más oscuro el color, la capa de ozono más está presente:

I₃^–+ almidón → violeta color

Concentración de ozono se muestrea en diferentes sitios de riesgo, incluyendo estacionamientos, garajes, avenidas y esquinas de calles muy traficadas. Sitios interiores incluyen sala y espacios con equipo de impresión de tinta, tales como copiadoras.

Procedure

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

El ozono es una forma de oxígeno elemental que se produce en la atmósfera y es clasificado como un agente contaminador del aire perjudicial para la salud humana. Usando la técnica de Schonbein, pueden cuantificarse los niveles de ozono en los sitios de interés. Las moléculas de ozono están compuestas por tres átomos de oxígeno enlazados en una estructura que es altamente reactiva como un agente oxidante, y ocurren en los niveles de la estratosfera y la troposfera de la atmósfera.

Las moléculas de ozono en la estratosfera forman la capa de ozono, que ayuda a prevenir los rayos ultravioleta dañinos lleguen a la superficie de la tierra. En altitudes más bajas de la troposfera, el ozono es perjudicial para la salud humana y como un contaminante contribuye al smog fotoquímico. Ozono directamente puede dañar tejido respiratorio humano si se inhalan, o daño de los tejidos vegetales y materiales más suaves, incluyendo neumáticos de vehículos.

Presencia de ozono en la troposfera puede cuantificarse utilizando papel de Schonbein, una mezcla de almidón de yoduro de potasio y agua sobre papel de filtro. Una vez seco, el papel cambia de color en presencia de ozono.

Este video ilustra el proceso de Schonbein papel, colocando tiras de prueba de lectura y cuantificación de los niveles de ozono utilizando la escala de color de Schonbein.

Una manera que al aire libre de ozono troposférico se forma a nivel del suelo es cuando óxido nitroso y compuestos orgánicos volátiles de emisiones de automóviles están expuestos a la luz solar. En consecuencia, las condiciones para la formación de ozono y salud escalada preocupación de aumentar en ambientes soleados, o a veces o lugares de automóvil pesado utilice.

Dentro, el ozono troposférico puede ser formado cuando eléctrica descarga de equipos de alto voltaje, como iónico purificadores de aire, impresoras láser o fotocopiadoras, analice los enlaces químicos de oxígeno atmosférico en el aire circundante. Los radicales libres de oxígeno entonces se combinan con una molécula de oxígeno en el aire para crear ozono.

Utilizando Schonbein, papel de filtro impregnado con una solución de yoduro de potasio y almidón puede cuantificarse el ozono troposférico. Ozono en el aire oxida el yoduro de potasio en el papel, producción de yodo. El yodo reacciona con el yoduro para producir triiodide, que entonces reacciona con el almidón presente también en el papel, la coloración en un color violeta intenso. Intensidad de este color dependerá de la cantidad de ozono presente en el aire, con colores más oscuros, lo que indica mayores cantidades de ozono troposférico.

Determinar la concentración de ozono utilizando este método puede realizarse en casi cualquier sitio, interior o al aire libre. Ahora que estamos familiarizados con los principios de la medición de Schonbein, tomemos un vistazo a cómo llevar a cabo el experimento.

Para comenzar el procedimiento, coloque 100 mL de agua destilada en un vaso de precipitados de 250 mL. A esto, agregar 6 g de almidón de maíz. Coloque el vaso en un plato caliente revuelva. Gire el calor a un nivel medio alto y revolver la mezcla hasta que alcance aproximadamente 90 ° C y forma un gel. A continuación, retire el vaso de la fuente de calor y añadir 1 g o 1/4 cucharadita, de yoduro de potasio y revuelva hasta que se disuelve el yoduro de potasio. Deje que la solución se enfríe durante 5 minutos en la mesa.

Coloque un pedazo de papel de filtro sobre una placa de cristal, y con un pincel pequeño, cepille cuidadosamente la pasta sobre el papel de filtro. Encienda el papel de filtro sobre y repita del otro lado, aplicar la pasta uniformemente como sea posible. Establecer el papel hacia fuera durante la noche de la luz del sol para secar. Como alternativa, colocar en un horno de secado a 20 ° C hasta que se seque. Una vez seco, cortar el papel en tiras ancho de 1 pulgada. Si va a guardar el documento para su posterior uso, coloque las tiras en un tarro plástico de bolsa o vidrio sellable de luz directa del sol.

Para detectar ozono, primero rocíe ligeramente las tiras de papel de prueba con agua destilada. Cuelgue un mínimo de tres tiras en cada punto de recogida de datos fuera de la luz solar directa, firmemente sujeta por un extremo a una estructura, o colgado por el alambre. Asegúrese de que las tiras no estén tapadas. Deje las tiras para colgar de 8 h.

Tenga en cuenta donde fue colgado cada tira y utilizando un psicrómetro, medida de humedad relativa en cada sitio. Por otra parte, acceder a los datos de tiempo, registro de humedad relativa en cada localización durante la exposición del papel. Si los resultados no se leerá inmediatamente, tiras pueden ser selladas en un envase hermético después de la exposición.

Para observar y registrar los resultados de la prueba, rocíe el papel con agua destilada. Observar el color por comparación con la escala de color de Schonbein y anote el número correspondiente. Calcular el número promedio de Schonbein en cada sitio.

Usar los datos de humedad relativa para cada sitio y la humedad relativa Schonbein número tabla convertir Schonbein sitio un promedio de concentración de ozono, o partes por mil millones.

La capacidad de medir y registrar los niveles de ozono troposférico tiene muchas diversas aplicaciones, y los resultados de estas pruebas pueden tener implicaciones importantes para las poblaciones humanas.

En los centros urbanos densamente poblados, la convergencia de alto tráfico automóvil y densa población humana puede ser un problema para el ozono relacionadas con problemas de salud. Actuales Estados Unidos umbrales para el ozono, establecido por la administración de salud y seguridad ocupacional son a 0,1 ppm. Riesgos para la salud de la exposición por encima de este nivel, incluyendo dolores de cabeza; ojo, la nariz y la irritación de la garganta; daño pulmonar y hemorragia, entre otros. En el área urbana de Chicago, tiras de prueba colocadas para 8 h en un día de julio en Evanston, Cicero y Northbrook registran los niveles de ozono de 71 ppb, 60 ppb, 71 ppb, respectivamente.

En interiores, umbrales de seguridad para los niveles de ozono son los mismos que en el exterior y llevan los mismos riesgos de salud potenciales. Para garantizar la seguridad de los trabajadores o residentes de edificio, debe analizarse cualquier local con grandes cantidades de equipo de alto voltaje para los niveles de ozono. Las tiras en la sala de máquinas de copia para 8 h registran un nivel de ozono interior de 5 ppb, muy por debajo de las directrices de la oficina de seguridad de Estados Unidos.

Debido a la acción de la luz solar, transformando el óxido nitroso y compuestos orgánicos volátiles, ozono, olas de calor o períodos excepcionalmente soleados pueden ser motivo de preocupación para los residentes urbanos. Monitoreo de los niveles de ozono en el tiempo puede construir una imagen de riesgo potencial y permitir a las autoridades a emitir advertencias o preguntar a los residentes a reducir uso del automóvil en tiempos de ozono.

Sólo ha visto la introducción de Zeus para medir el ozono troposférico. Ahora usted debe entender cómo se forma el ozono troposférico y por qué es una preocupación, cómo hacer Schonbein papel para prueba de ozono y cómo interpretar resultados de la prueba. ¡Gracias por ver!

Results

Utilice la escala número de Schonbein (figura 4) para el análisis cuantitativo del ozono. La carta se utiliza para comparar con los papeles de la muestra después de 8 h de exposición en lugares de la muestra. Use la tabla de número de Schonbein de humedad relativa para convertir puntuaciones Schonbein en concentración de ozono (ppb) (figura 5).

Puntuación aumenta con el aumento de intensidad de color, con el violeta más oscuro en el lado derecho de la escala. Resultados deben variar según la ubicación del sitio de colección (figura 5).

Figura 4. Escala número Schonbein

Figura 5. Gráfica de las concentraciones de ozono de la muestra.
Concentraciones de ozono troposférico al aire libre y de interior demostradas sitio y puntuación Schonbein.

Applications and Summary

Exposición al ozono troposférico es perjudicial para la salud humana; conocido para causar dolor en el pecho, tos, irritación de la garganta y congestión. El ozono también interfiere con la función pulmonar, agravar los síntomas de la bronquitis, enfisema y asma y puede dañar permanentemente el tejido pulmonar.

Lugares al aire libre de mayores cantidades de luz solar y las zonas urbanas experimentan mayores niveles de ozono troposférico debido al aumento en la cantidad y densidad de las emisiones de nitrato. Lugares interiores donde se usan copiadoras e impresoras de tinta son también zonas de alto riesgo de exposición al ozono. Actuales umbrales de Estados Unidos para el ozono, establecido por la oficina de seguridad y salud, es de 0,1 ppm con riesgos para la salud incluyendo dolor de cabeza, irritación de ojos, nariz y garganta, cerebro y sistema nervioso, daño pulmonar, enfermedad respiratoria crónica, congestión pulmonar, edema y hemorragia.

Transcript

Ozone is a form of elemental oxygen that occurs in the atmosphere, and is classed as an air pollutant harmful to human health. Using the Schönbein technique, levels of ozone at sites of interest can be quantified. Ozone molecules are comprised of three oxygen atoms bonded in a structure that is highly reactive as an oxidizing agent, and they occur in both the stratosphere and troposphere levels of the atmosphere.

Ozone molecules in the stratosphere form the ozone layer, which helps prevent harmful UV rays from reaching the Earth’s surface. In lower altitudes of the troposphere, ozone is harmful to human health, and as a pollutant contributes to photochemical smog. Ozone can directly damage human respiratory tissue if inhaled, or harm plant tissues and softer materials, including tires on vehicles.

Ozone presence in the troposphere can be quantified using Schönbein paper, a mixture of starch, potassium iodide, and water spread on filter paper. Once dry, the paper changes color in the presence of ozone.

This video will illustrate the process of making Schönbein paper, placing and reading test strips, and quantifying ozone levels using the Schönbein color scale.

One way that outdoor tropospheric ozone is formed at ground level is when nitrous oxides and volatile organic compounds from automobile emissions are exposed to sunlight. Consequently, conditions for ozone formation and escalated health concern increase in sunny environments, or at times or locations of heavy automobile use.

Indoors, tropospheric ozone can be formed when electrical discharge from high voltage equipment, like ionic air purifiers, laser printers, or photocopiers, break down the chemical bonds of atmospheric oxygen in the surrounding air. The free radicals of oxygen then combine with an oxygen molecule in the air to create ozone.

Using Schönbein paper, filter paper impregnated with a starch and potassium iodide solution, tropospheric ozone can be quantified. Ozone in the air will oxidize the potassium iodide on the paper, producing iodine. The iodine reacts with iodide to produce triiodide, which then reacts with the starch also present on the paper, staining it a deep violet. Intensity of this color will depend on the amount of ozone present in the air, with darker colors indicating higher amounts of tropospheric ozone.

Determining the ozone concentration using this method can be performed at almost any site, indoor or outdoors. Now that we are familiar with the principles behind the Schönbein measurement, let us take a look at how to perform the experiment.

To begin the procedure, place 100 mL of distilled water into a 250-mL beaker. To this, add 6 g of cornstarch. Place the beaker onto a heated stir plate. Turn the heat to a medium-high setting, and stir the mixture until it reaches approximately 90 °C and forms a gel. Next, remove the beaker from the heat source and add 1 g, or ¼ teaspoon, of potassium iodide and stir thoroughly until the potassium iodide is dissolved. Allow the solution to cool for 5 min on the bench top.

Lay a piece of filter paper on a glass plate, and using a small paintbrush, carefully brush the paste onto the filter paper. Turn the filter paper over and repeat on the other side, applying the paste as uniformly as possible. Set the paper out overnight away from sunlight to dry. Alternatively, place in a drying oven at 20 °C until dry. Once dry, cut the paper into 1-inch wide strips. If storing the paper for later use, place the strips in a sealable plastic bag or glass jar out of direct sunlight.

To detect ozone, first spray the strips of test paper lightly with distilled water. Hang a minimum of three strips at each data collection site out of direct sunlight, securely fastened by one end to a structure, or hung by wire. Ensure the strips are unobstructed. Leave the test strips to hang for 8 h.

Note where each strip was hung, and using a psychrometer, measure relative humidity at each site. Alternatively, accessing weather data, record relative humidity at each location during paper exposure. If results will not be read immediately, strips can be sealed in an airtight container after exposure.

To observe and record test results, spray the paper with distilled water. Observe the color by comparing it to the Schönbein color scale and record the corresponding number. Calculate the average Schönbein number for each site.

Use the relative humidity data for each site and the Relative Humidity Schönbein Number Chart to convert Schönbein site averages to ozone concentration, or parts per billion.

The ability to measure and record tropospheric ozone levels has many diverse applications, and the results of such tests can have significant implications for human populations.

In heavily populated urban centers, the convergence of high automobile traffic and dense human population can be a concern for ozone related health problems. Current US thresholds for ozone set by the Occupational Safety and Health Administration are at 0.1 ppm. Health risks of exposure above this level including headaches; eye, nose, and throat irritation; lung damage and hemorrhage, amongst others. In urban Chicagoland, test strips placed for 8 h on a July day in Evanston, Cicero, and Northbrook recorded ozone levels of 71 ppb, 60 ppb, 71 ppb, respectively.

Indoors, safe thresholds for ozone levels are the same as outdoors, and carry the same potential health risks. To ensure the safety of workers or building residents, any premises with large amounts of high-voltage equipment should be tested for ozone levels. Strips placed in the copy machine room for 8 h recorded an indoor ozone level of 5 ppb, which is well below the United States Office of Safety guidelines.

Because of the action of sunlight transforming nitrous oxide and volatile organic compounds into ozone, heatwaves or exceptionally sunny periods can be of concern for urban residents. Monitoring ozone levels over time can build up a picture of potential risk, and allow authorities to issue warnings or ask residents to reduce automobile use at times of high ozone.

You’ve just watched JoVE’s introduction to measuring tropospheric ozone. You should now understand how tropospheric ozone is formed and why it is a concern, how to make Schönbein paper to test for ozone, and how to interpret test results. Thanks for watching!

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