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L'ozono è una forma di ossigeno elementare che si trova nell'atmosfera ed è classificato come inquinante atmosferico dannoso per la salute umana. Utilizzando la tecnica di Schönbein, è possibile quantificare i livelli di ozono nei siti di interesse. Le molecole di ozono sono costituite da tre atomi di ossigeno legati in una struttura altamente reattiva come agente ossidante e si trovano sia a livello di stratosfera che di troposfera dell'atmosfera.
Le molecole di ozono nella stratosfera formano lo strato di ozono, che aiuta a prevenire che i dannosi raggi UV raggiungano la superficie terrestre. Alle quote più basse della troposfera, l'ozono è dannoso per la salute umana e, in quanto inquinante, contribuisce allo smog fotochimico. L'ozono può danneggiare direttamente il tessuto respiratorio umano se inalato o danneggiare i tessuti vegetali e i materiali più morbidi, compresi i pneumatici dei veicoli.
La presenza di ozono nella troposfera può essere quantificata utilizzando la carta di Schönbein, una miscela di amido, ioduro di potassio e acqua spalmata su carta da filtro. Una volta asciutta, la carta cambia colore in presenza di ozono.
Questo video illustrerà il processo di produzione della carta Schönbein, il posizionamento e la lettura delle strisce reattive e la quantificazione dei livelli di ozono utilizzando la scala dei colori Schönbein.
Un modo in cui l'ozono troposferico all'aperto si forma a livello del suolo è quando gli ossidi di azoto e i composti organici volatili provenienti dalle emissioni delle automobili sono esposti alla luce solare. Di conseguenza, le condizioni per la formazione di ozono e l'aumento delle preoccupazioni per la salute aumentano in ambienti soleggiati o in momenti o luoghi di uso intensivo dell'automobile.
All'interno, l'ozono troposferico può formarsi quando le scariche elettriche di apparecchiature ad alta tensione, come purificatori d'aria ionici, stampanti laser o fotocopiatrici, rompono i legami chimici dell'ossigeno atmosferico nell'aria circostante. I radicali liberi dell'ossigeno si combinano quindi con una molecola di ossigeno nell'aria per creare ozono.
Utilizzando la carta di Schönbein, carta da filtro impregnata con una soluzione di amido e ioduro di potassio, è possibile quantificare l'ozono troposferico. L'ozono nell'aria ossida lo ioduro di potassio sulla carta, producendo iodio. Lo iodio reagisce con lo ioduro per produrre triioduro, che poi reagisce con l'amido presente anche sulla carta, macchiandola di un viola intenso. L'intensità di questo colore dipenderà dalla quantità di ozono presente nell'aria, con colori più scuri che indicano quantità più elevate di ozono troposferico.
La determinazione della concentrazione di ozono con questo metodo può essere eseguita in quasi tutti i siti, all'interno o all'esterno. Ora che abbiamo familiarità con i principi alla base della misurazione di Schönbein, diamo un'occhiata a come eseguire l'esperimento.
Per iniziare la procedura, versare 100 ml di acqua distillata in un becher da 250 ml. A questo, aggiungi 6 g di amido di mais. Posizionare il bicchiere su una piastra riscaldata. Accendi la fiamma a fuoco medio-alto e mescola il composto fino a raggiungere circa 90 ? C e forma un gel. Quindi, rimuovere il bicchiere dalla fonte di calore e aggiungere 1 g, oppure ? cucchiaino di ioduro di potassio e mescolare accuratamente fino a quando lo ioduro di potassio non si sarà sciolto. Lasciare raffreddare la soluzione per 5 minuti sul piano di lavoro.
Stendere un pezzo di carta da filtro su una lastra di vetro e, con un pennello, spennellare con cura la pasta sulla carta da filtro. Capovolgere la carta da filtro e ripetere l'operazione dall'altro lato, applicando la pasta nel modo più uniforme possibile. Stendere la carta durante la notte, al riparo dalla luce del sole, per farla asciugare. In alternativa, mettere in un forno di essiccazione a 20 ? C fino a quando non si asciuga. Una volta asciutta, tagliare la carta a strisce larghe 1 pollice. Se si conserva la carta per un uso successivo, posizionare le strisce in un sacchetto di plastica sigillabile o in un barattolo di vetro, al riparo dalla luce solare diretta.
Per rilevare l'ozono, spruzzare prima leggermente le strisce di carta di prova con acqua distillata. Appendere un minimo di tre strisce in ogni sito di raccolta dati al riparo dalla luce solare diretta, fissate saldamente da un'estremità a una struttura o appese con un filo. Assicurarsi che le strisce non siano ostruite. Lasciare appendere le strisce reattive per 8 ore.
Annotare dove è stata appesa ogni striscia e, utilizzando uno psicrometro, misurare l'umidità relativa in ogni sito. In alternativa, accedendo ai dati meteorologici, è possibile registrare l'umidità relativa in ogni posizione durante l'esposizione della carta. Se i risultati non vengono letti immediatamente, le strisce possono essere sigillate in un contenitore ermetico dopo l'esposizione.
Per osservare e registrare i risultati del test, spruzzare la carta con acqua distillata. Osservare il colore confrontandolo con la scala cromatica di Schönbein e registrare il numero corrispondente. Calcola il numero medio di Schönbein per ogni sito.
Utilizzare i dati sull'umidità relativa per ciascun sito e la tabella dei numeri di Schönbein per convertire le medie del sito di Schönbein in concentrazione di ozono, o parti per miliardo.
La capacità di misurare e registrare i livelli di ozono troposferico ha molte applicazioni diverse e i risultati di tali test possono avere implicazioni significative per le popolazioni umane.
Nei centri urbani densamente popolati, la convergenza di un elevato traffico automobilistico e di una densa popolazione umana può essere un problema di salute legato all'ozono. Le attuali soglie statunitensi per l'ozono stabilite dall'Occupational Safety and Health Administration sono di 0,1 ppm. rischi per la salute derivanti da un'esposizione superiore a questo livello, compresi i mal di testa; irritazione agli occhi, al naso e alla gola; danni polmonari ed emorragie, tra gli altri. Nell'area urbana di Chicago, le strisce reattive posizionate per 8 ore in un giorno di luglio a Evanston, Cicero e Northbrook hanno registrato livelli di ozono rispettivamente di 71 ppb, 60 ppb, 71 ppb.
All'interno, le soglie di sicurezza per i livelli di ozono sono le stesse dell'esterno e comportano gli stessi potenziali rischi per la salute. Per garantire la sicurezza dei lavoratori o dei residenti dell'edificio, tutti i locali con grandi quantità di apparecchiature ad alta tensione devono essere testati per i livelli di ozono. Le strisce posizionate nella sala fotocopiatrice per 8 ore hanno registrato un livello di ozono interno di 5 ppb, che è ben al di sotto delle linee guida dell'Ufficio di sicurezza degli Stati Uniti.
A causa dell'azione della luce solare che trasforma il protossido di azoto e i composti organici volatili in ozono, le ondate di calore o i periodi eccezionalmente soleggiati possono essere fonte di preoccupazione per i residenti urbani. Il monitoraggio dei livelli di ozono nel tempo può creare un quadro del rischio potenziale e consentire alle autorità di emettere avvisi o chiedere ai residenti di ridurre l'uso dell'automobile nei momenti di ozono elevato.
Hai appena visto l'introduzione di JoVE alla misurazione dell'ozono troposferico. A questo punto dovreste capire come si forma l'ozono troposferico e perché è un problema, come fare la carta di Schönbein per testare l'ozono e come interpretare i risultati dei test. Grazie per l'attenzione!
