マーガレット職人とキンバリー ・ フライ – デュポール大学のソース: 研究所
オゾンはフォーム元素酸素 (O3) の 3 つの酸素原子の分子は酸化剤として反応性の高い構造で接着します。オゾンは、成層圏と大気の対流圏レベルの両方で発生します。(位置の地表面から約 10-50 km)、成層圏オゾン分子オゾン層を形成し、有害な紫外線が地球の表面に到達するを防ぐ。対流圏 (表面 – 約 17 km) の低標高のオゾンは人間の健康に有害であるし、光化学スモッグ (図 1) に貢献する大気汚染物質であります。オゾン分子は吸入すると呼吸器の組織を傷つけることによって直接または間接的に害を与える植物組織 (図 2) と自動車のタイヤを含む柔らかい材料によって損傷を引き起こすことができます。
窒素酸化物 (NOx) と自動車の排出量からの揮発性有機化合物 (Voc) が日光にさらされる屋外の対流圏オゾンを地上レベルで形成します。その結果、健康への懸念のオゾン濃度は、日当たりの良い条件や自動車の使用の増加はいつ、どこでエスカレートします。
反応:2 VOC + 日光 → O3 (+ その他の製品)
高電圧 (例えばイオン空気清浄機、レーザープリンター、複写機) を用いた装置から電気放電装置の周囲の空気の大気中の酸素 (O2) の化学結合を分解、室内の対流圏オゾンが形成されます。
O2 → 2 O
オゾン (O3) を作成するで放電中での酸素の遊離基を再結合します。
2 O + 2 O2→ 2 O3
図 1: ゴールデン ゲート ブリッジのパノラマ
カリフォルニア州ではゴールデン ゲート ブリッジの背後にあるベージュ雲銀行スモッグのため特徴的な発色。茶色の着色は、NOx は光化学スモッグの原因です。
図 2: オゾンによって破損している植物します。一番上の行は通常、一番下の行は、オゾンにさらされています。
対流圏オゾンは、澱粉、ヨウ化カリウム、およびフィルター紙の上に広がる水の混合物を使用して監視できます。乾燥後、オゾンが存在する場合、Schönbein ペーパーと呼ばれる紙の色が変わります。
メソッドは、オゾンの酸化能力に基づいています。空気中のオゾンは、ヨウ素を生産する試験紙上にヨウ化カリウムを酸化します。
2 kl + O3 + H2O → 2 コ + O2 +2
ヨウ素はデンプン、バイオレットの陰紙を染色に反応し。色の強度は、空気中のオゾンの量に依存します。暗い色より多くのオゾンが存在します。
私3–+ デンプン → バイオレット色
オゾン濃度が異なる駐車場、ガレージ、パークウェイ、トラフィックの多い通りの角などリスクが高い部位でサンプリングされます。屋内のサイトには、インク印刷、複写機などを含む機器と部屋やスペースが含まれます。
1. Schönbein 論文の準備
2. オゾン測定
図 3。相対湿度 Schönbein 数グラフ
オゾンは大気中で発生し、大気汚染物質の人の健康に有害であると分類される元素の酸素の形態であります。Schönbein 手法を使用すると、関心のあるサイトでオゾンのレベルを示すことができます。オゾン分子は酸化剤として反応性の高い構造で結合した 3 つの酸素原子から成るし、大気の成層圏と対流圏の両方のレベルで発生します。
成層圏のオゾン分子を形成オゾン層、地球の表面に達することから有害な紫外線を防ぎます。対流圏の低標高のオゾンは人間の健康に有害であるし、光化学スモッグに貢献する汚染物質として。オゾン直接吸入した場合、ヒトの呼吸器系組織を損傷したり害植物組織と柔らかい材料に車のタイヤを含みます。
対流圏のオゾンの存在は、Schönbein 紙、澱粉、ヨウ化カリウム、およびフィルター紙の上に広がる水の混合物を使用して定量化することができます。一度乾燥し、紙はオゾンの存在下で色を変更します。
このビデオは、Schönbein 紙を作り、配置、テスト ストリップを読むと Schönbein カラー スケールを使用してオゾン濃度を定量化するプロセスを説明します。
屋外オゾンがグランド レベルで形成される、1 つの方法は、亜酸化物及び自動車排出量から揮発性有機化合物は、日光にさらされています。その結果、オゾン形成とエスカレートした健康のための条件、日当たりの良い環境でまたは時を高める懸念または使用重い自動車の場所。
対流圏オゾンは形作ることができる電気とき屋内で周囲の空気の大気中の酸素の化学結合をイオン空気清浄機、レーザー プリンターや複写機、打破のような高電圧機器から放電します。酸素フリーラジカルは、オゾンを作成する空気中の酸素分子と結合します。
Schönbein 紙、澱粉と、ヨウ化カリウムを含浸させたろ紙を使用して対流圏オゾンを定量化することができます。空気中のオゾンは、ヨードの製造、紙にヨウ化カリウムを酸化します。ヨウ素は、三ヨウ化物は、深いバイオレット染色紙の上も現在の澱粉に反応し、生成するヨウ化物と反応します。この色の濃さは、対流圏オゾンの高い金額を示す暗い色で、空気中のオゾンの量に依存します。
このメソッドを使用してオゾン濃度は、ほぼすべてのサイト、屋内または屋外で実行できます。今では私たちは Schönbein 測定原理に精通している、みましょう実験を実行する方法を見て。
手順を開始するには、250 mL のビーカーに 100 mL の蒸留水を配置します。これに、コーンスターチ 6 g を追加します。加熱攪拌プレート上にビーカーを置きます。中-高設定に熱を切り、約 90 ° C に達するし、ゲルを形作るまで混合物を攪拌します。次に、熱源からビーカーを削除追加 1 g、または 1/4 のティー スプーン、ヨウ化カリウムとヨウ化カリウムを溶解するまで徹底的にかき混ぜます。ベンチの上に 5 分間冷却するソリューションを許可します。
フィルター紙をガラス板に置き、フィルター紙の上にペーストを磨く小さなブラシを使用して、慎重に。できるだけ均一に貼り付けを適用する他の側のフィルター紙以上、リピートを有効に。日光乾燥するから外泊用紙を設定します。また、20 ° c の乾燥炉で乾燥するまで置きます。一度乾燥しは、1 インチ幅の短冊状に切る。後で使用するための紙を保存する場合は、直射日光密閉式のプラスチック袋やガラス瓶にストリップを配置します。
オゾンを検出するには、最初スプレー試験紙のストリップ軽く蒸留水。直射日光の構造に 1 つの端によって確実に固定やワイヤーによって掛け各データ ・ コレクション サイトで 3 つのストリップの最小をハングします。ストリップは障害物がないことを確認します。8 h のハングアップするテスト ストリップを残します。
場所各ストリップが掛かり、乾湿計、各サイトではメジャー相対湿度を使用して注意してください。また、気象データ、紙の露出の間にそれぞれの場所でレコードの相対湿度にアクセスします。結果をすぐに読んでいないが、暴露後、ストリップが密閉容器で密封できます。
観察してテスト結果を記録するには、蒸留水と紙をスプレーします。Schönbein カラー スケールと比較することによって、色を確認し、対応する番号を記録します。各サイトの Schönbein 数の平均値を計算します。
Schönbein サイト平均値をオゾン濃度あるいは億単位の部品に変換するのに各サイトとの相対湿度 Schönbein 数グラフの相対湿度データを使用します。
多様な用途、測定、対流圏オゾン濃度を記録する機能がありこのようなテストの結果は、人間の集団にとって重要な意義を持つことができます。
人口密度の高い都心の高自動車交通と密な人口の収束はオゾンについての心配をすることができます関連する健康上の問題。現在米国労働安全と衛生管理によって設定オゾンのしきい値は、0.1 ppm です。このレベルの頭痛; を含む上に露出の健康上のリスク目、鼻、喉の炎症。肺の損傷や出血、他の中で。都市シカゴ エバンストン、キケロ、ノースブ ルックで 7 月 1 日に 8 時間の配置テスト ストリップが 71 ppb, 60 ppb, 71 ppb のオゾン濃度をそれぞれ記録しました。
屋内では、オゾン濃度の安全なしきい値は、屋外と同じと同じ潜在的な健康上のリスクを運ぶ。労働者または建物の居住者の安全性の確保、高電圧機器の大量のどの施設はオゾン濃度のテスト必要があります。ストリップ 8 h のコピー機械室の配置は、よく以下のアメリカ合衆国安全局のガイドラインは、5 ppb の屋内オゾン レベルを記録しました。
窒素酸化物や揮発性有機化合物オゾンに変換日光の操作により熱波または非常に明るい期間都市居住者についての心配のできます。時間の経過とともにオゾン濃度を監視し、潜在的なリスクの画像を構築できます高オゾンの時に自動車の使用を減らす住民するか警告を発行する権限を許可します。
対流圏オゾンを測定するゼウスの導入を見てきただけ。今理解しておくべき対流圏オゾンが形成されるどのように、そしてなぜそれが懸念されるテスト結果オゾン、テスト、および解釈する方法 Schönbein 紙を作る方法。見てくれてありがとう!
オゾンの定量分析 Schönbein 番号スケール (図 4) を使用します。グラフを使用して、サンプルの場所で露出の 8 h 後サンプル論文と比較します。相対湿度 Schönbein 数グラフを使用して、Schönbein スコアをオゾン濃度 (ppb) (図 5) に変換します。
スコアのスケールの右側の暗い紫の色の明るさを増やすことで増加。結果はする必要があります (図 5) コレクション サイトの場所によって異なります。
図 4。Schönbein 数スケール
図 5。サンプル オゾン濃度のグラフ。
屋外と屋内の対流圏オゾン濃度がサイトと Schönbein スコアによって示されています。
対流圏オゾン曝露が人の健康に有害です胸の痛み、咳、喉の炎症、および混雑を引き起こす知られています。オゾンはまた気管支炎、肺気腫や喘息の症状を悪化させる肺機能と干渉して永久に肺組織を損傷することができます。
増加量の日光と都市部の屋外の場所は、対流圏のオゾン量の増加のためのより高いレベルと硝酸態窒素排出量の密度を体験します。複写機やプリンターのインクの使用場所屋内場所オゾン暴露のリスクの高い地域があります。現在米国のしきい値設定 Office の安全と健康、オゾンは、頭痛、目、鼻、喉、脳と神経系の損傷、肺損傷、慢性呼吸器疾患、肺うっ血、浮腫、出血、炎症などを含む健康上のリスクと 0.1 ppm です。
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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