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L’ozone est une forme d’oxygène élémentaire présente dans l’atmosphère et est classé comme polluant atmosphérique nocif pour la santé humaine. En utilisant la technique de Schönbein, les niveaux d’ozone sur les sites d’intérêt peuvent être quantifiés. Les molécules d’ozone sont composées de trois atomes d’oxygène liés dans une structure qui est très réactive en tant qu’agent oxydant, et elles se trouvent à la fois dans la stratosphère et la troposphère de l’atmosphère.
Les molécules d’ozone dans la stratosphère forment la couche d’ozone, qui aide à empêcher les rayons UV nocifs d’atteindre la surface de la Terre. Dans les basses altitudes de la troposphère, l’ozone est nocif pour la santé humaine et, en tant que polluant, contribue au smog photochimique. L’ozone peut endommager directement les tissus respiratoires humains s’il est inhalé, ou endommager les tissus végétaux et les matériaux plus mous, y compris les pneus des véhicules.
La présence d’ozone dans la troposphère peut être quantifiée à l’aide de papier Sch ?nbein, un mélange d’amidon, d’iodure de potassium et d’eau étalée sur du papier filtre. Une fois sec, le papier change de couleur en présence d’ozone.
Cette vidéo illustrera le processus de fabrication du papier Sch ?nbein, de placement et de lecture des bandelettes de test et de quantification des niveaux d’ozone à l’aide de l’échelle de couleurs Sch ?nbein.
L’ozone troposphérique extérieur se forme au niveau du sol lorsque les oxydes d’azote et les composés organiques volatils provenant des émissions automobiles sont exposés à la lumière du soleil. Par conséquent, les conditions de formation d’ozone et d’aggravation des problèmes de santé augmentent dans les environnements ensoleillés, ou aux moments ou aux endroits où l’utilisation intensive de l’automobile augmente.
À l’intérieur, l’ozone troposphérique peut se former lorsque les décharges électriques d’équipements à haute tension, comme les purificateurs d’air ioniques, les imprimantes laser ou les photocopieurs, brisent les liaisons chimiques de l’oxygène atmosphérique dans l’air ambiant. Les radicaux libres de l’oxygène se combinent ensuite avec une molécule d’oxygène dans l’air pour créer de l’ozone.
À l’aide de papier Sch ?nbein, un papier filtre imprégné d’une solution d’amidon et d’iodure de potassium, l’ozone troposphérique peut être quantifié. L’ozone dans l’air oxydera l’iodure de potassium sur le papier, produisant de l’iode. L’iode réagit avec l’iodure pour produire du triiodure, qui réagit ensuite avec l’amidon également présent sur le papier, le colorant d’un violet profond. L’intensité de cette couleur dépendra de la quantité d’ozone présente dans l’air, les couleurs plus foncées indiquant des quantités plus élevées d’ozone troposphérique.
La détermination de la concentration d’ozone à l’aide de cette méthode peut être effectuée sur presque tous les sites, à l’intérieur ou à l’extérieur. Maintenant que nous sommes familiarisés avec les principes qui sous-tendent la mesure de Schönbein, voyons comment réaliser l’expérience.
Pour commencer la procédure, placez 100 ml d’eau distillée dans un bécher de 250 ml. À cela, ajoutez 6 g de fécule de maïs. Placez le bécher sur une plaque d’agitation chauffée. Réglez le feu à moyen-vif et remuez le mélange jusqu’à ce qu’il atteigne environ 90 ? C et forme un gel. Ensuite, retirez le bécher de la source de chaleur et ajoutez-y 1 g, ou ? cuillère à café d’iodure de potassium et bien mélanger jusqu’à ce que l’iodure de potassium soit dissous. Laisser refroidir la solution pendant 5 minutes sur la paillasse.
Posez un morceau de papier filtre sur une plaque de verre et, à l’aide d’un petit pinceau, badigeonnez soigneusement la pâte sur le papier filtre. Retournez le papier filtre et répétez l’opération de l’autre côté, en appliquant la pâte aussi uniformément que possible. Placez le papier toute la nuit à l’abri de la lumière du soleil pour le faire sécher. Sinon, placez dans un four de séchage à 20 ? C jusqu’à ce qu’il soit sec. Une fois sec, coupez le papier en bandes de 1 pouce de large. Si vous stockez le papier pour une utilisation ultérieure, placez les bandes dans un sac en plastique refermable ou un bocal en verre à l’abri de la lumière directe du soleil.
Pour détecter l’ozone, vaporisez d’abord légèrement les bandes de papier réactif avec de l’eau distillée. Accrochez un minimum de trois bandes à chaque site de collecte de données à l’abri de la lumière directe du soleil, solidement fixées par une extrémité à une structure ou suspendues par un fil. Assurez-vous que les bandes ne sont pas obstruées. Laissez les bandelettes de test suspendues pendant 8 h.
Notez où chaque bandelette a été suspendue et, à l’aide d’un psychromètre, mesurez l’humidité relative à chaque site. Sinon, en accédant aux données météorologiques, notez l’humidité relative à chaque endroit pendant l’exposition au papier. Si les résultats ne sont pas lus immédiatement, les bandes peuvent être scellées dans un contenant hermétique après l’exposition.
Pour observer et enregistrer les résultats des tests, vaporisez le papier avec de l’eau distillée. Observez la couleur en la comparant à l’échelle de couleurs de Schönbein et notez le nombre correspondant. Calculez l’indice de Schönbein moyen pour chaque site.
Utilisez les données d’humidité relative de chaque site et le tableau des nombres d’humidité relative de Sch ?nbein pour convertir les moyennes du site de Sch ?nbein en concentration d’ozone, ou parties par milliard.
La capacité de mesurer et d’enregistrer les niveaux d’ozone troposphérique a de nombreuses applications diverses, et les résultats de ces tests peuvent avoir des implications importantes pour les populations humaines.
Dans les centres urbains densément peuplés, la convergence d’un trafic automobile élevé et d’une population humaine dense peut être une préoccupation pour les problèmes de santé liés à l’ozone. Les seuils actuels pour l’ozone aux États-Unis fixés par l’Administration de la sécurité et de la santé au travail sont de 0,1 ppm. Les risques pour la santé d’une exposition supérieure à ce niveau, y compris les maux de tête ; irritation des yeux, du nez et de la gorge ; lésions pulmonaires et hémorragie, entre autres. Dans la ville de Chicagoland, des bandelettes de test placées pendant 8 heures un jour de juillet à Evanston, Cicero et Northbrook ont enregistré des niveaux d’ozone de 71 ppb, 60 ppb, 71 ppb, respectivement.
À l’intérieur, les seuils de sécurité pour les niveaux d’ozone sont les mêmes qu’à l’extérieur et comportent les mêmes risques potentiels pour la santé. Pour assurer la sécurité des travailleurs ou des résidents du bâtiment, tout local contenant de grandes quantités d’équipements à haute tension doit être testé pour les niveaux d’ozone. Des bandes placées dans la salle des photocopieuses pendant 8 heures ont enregistré un niveau d’ozone intérieur de 5 ppb, ce qui est bien inférieur aux directives de l’Office of Safety des États-Unis.
En raison de l’action de la lumière du soleil qui transforme le protoxyde d’azote et les composés organiques volatils en ozone, les vagues de chaleur ou les périodes exceptionnellement ensoleillées peuvent être préoccupantes pour les citadins. La surveillance des niveaux d’ozone au fil du temps peut dresser un tableau du risque potentiel et permettre aux autorités d’émettre des avertissements ou de demander aux résidents de réduire l’utilisation de l’automobile en période de forte concentration d’ozone.
Vous venez de regarder l’introduction de JoVE à la mesure de l’ozone troposphérique. Vous devez maintenant comprendre comment l’ozone troposphérique se forme et pourquoi c’est une préoccupation, comment fabriquer du papier Sch ?nbein pour tester l’ozone et comment interpréter les résultats des tests. Merci d’avoir regardé !
