対流圏オゾンを測定
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…
1. Schönbein 論文の準備
- 250 mL ビーカーに蒸留水の場所 100 mL。
- コーンスターチの 1 小さじを追加します。
- ビーカーの攪拌棒に、ホット/撹拌プレートにビーカーを置きます。熱高設定を媒体に、約 90 ° C 近くゲル化までゆっくりとかき混ぜます混合物は厚くやや半透明になるとゼリー状になります。
- 熱源からビーカーを削除ヨウ化カリウム 1/4 のティー スプーンを追加し、よく混ぜます。
- フィルター ペーパーを適用する前に、ソリューションをクールします。
- ガラス板一枚のフィルター紙を置く、空気の保持や小さなペイント ブラシを使用して入念にフィルター紙の上にペーストをブラシします。フィルター ペーパーを裏返し、反対側の同じ操作を行います。可能な限り均一に貼り付けを適用しようとします。
- 外泊や日光を避け、紙のセットを乾燥乾燥炉低温 (20 ° C) に移します。
- 紙が乾燥すると、1 インチ幅のストリップにフィルター ペーパーをカットするのにはさみを使用します。後で使用できる紙を保存する場合は、密閉式プラスチック袋やガラス瓶、直射日光でストリップを配置します。
2. オゾン測定
- スプレー蒸留水試験紙のストリップを切り各データ ・ コレクション サイト直射日光で 3 つのストリップの最小値。しっかりとテーピングまたは (例えば壁、駐車場ブロック、光極) 構造へのストリップの 1 つの終わりをしつけでハングします。ストリップは、一端地面に駆動し、ストリップに固定されているもう一方の端にワイヤーを使用して掛けることもできます。ストリップは遮るもののないハングを確認します。
- 約 8 h.、各ストリップが掛かり、メモの紙を公開し、気象データを使用して紙露光中に相対湿度の場所を記録します。また、各サイトの相対湿度を測定するため、乾湿計を使用できます。
- 結果はすぐに記録されません、暴露後気密の容器でストリップをシールします。
- 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。
- 用意されているカラー スケールと比較して対応する Schönbein 番号を記録して色を確認します。各サイトの Schönbein 数の平均値を計算します。
- サイトごとに相対湿度データを使用し、相対湿度 Schönbein 数グラフ (図 3) Schönbein サイトを変換する平均オゾン濃度 (ppb)。
図 3。相対湿度 Schönbein 数グラフ
オゾンは、大気中に発生する元素状酸素の一種で、人間の健康に有害な大気汚染物質に分類されています。Sch?nbein技術を使用して、関心のある場所のオゾンレベルを定量化できます。オゾン分子は、酸化剤として反応性の高い構造に結合した3つの酸素原子から構成されており、大気の成層圏と対流圏の両方で発生します。
成層圏のオゾン分子はオゾン層を形成し、有害な紫外線が地球の表面に到達するのを防ぐのに役立ちます。対流圏の低高度では、オゾンは人間の健康に有害であり、汚染物質として光化学スモッグの一因となります。オゾンは、吸入すると人間の呼吸器組織に直接損傷を与えたり、植物組織や車両のタイヤなどの柔らかい材料に害を及ぼす可能性があります。
対流圏におけるオゾンの存在は、濾紙上に澱粉、ヨウ化カリウム、水の混合物であるシュンバイン紙を用いて定量化することができます。乾燥すると、オゾンの存在下で紙の色が変わります。
このビデオでは、Schnbein紙の作成、テストストリップの配置と読み取り、Schnbeinカラースケールを使用したオゾンレベルの定量化のプロセスについて説明します。
屋外の対流圏オゾンが地上レベルで形成される 1 つの方法は、自動車の排気ガスからの亜酸化窒素と揮発性有機化合物が日光にさらされるときです。その結果、オゾン形成と健康への懸念の高まりの条件は、日当たりの良い環境、または自動車が頻繁に使用される時間や場所で増加します。
屋内では、イオン空気清浄機、レーザープリンター、コピー機などの高電圧機器からの放電が周囲の空気中の大気中の酸素の化学結合を破壊すると、対流圏オゾンが形成される可能性があります。次に、酸素のフリーラジカルが空気中の酸素分子と結合してオゾンを生成します。
でんぷんとヨウ化カリウム溶液を含浸させた濾紙であるシュンバインペーパーを用いて、対流圏オゾンを定量することができます。空気中のオゾンは、紙の上のヨウ化カリウムを酸化し、ヨウ素を生成します。ヨウ素はヨウ化物と反応してトリヨウ化物を生成し、トリヨウ化物は紙にも存在するデンプンと反応して、紙を濃い紫色に染めます。この色の強度は、空気中に存在するオゾンの量に依存し、暗い色は対流圏オゾンの量が多いことを示します。
この方法を使用したオゾン濃度の決定は、屋内外を問わず、ほぼすべての場所で実行できます。Sch?nbein測定の背後にある原理に慣れてきたところで、実験の実行方法を見てみましょう。
手順を開始するには、100mLの蒸留水を250mLのビーカーに入れます。これにコーンスターチ6gを加えます。ビーカーを加熱した攪拌機の上に置きます。火を中強に設定し、混合物が約90に達するまでかき混ぜます。Cとゲルを形成します。次に、ビーカーを熱源から取り外し、1 gを追加します。小さじ1杯のヨウ化カリウムを、ヨウ化カリウムが溶解するまでよくかき混ぜます。溶液をベンチトップで5分間冷まします。
ガラス皿に濾紙を置き、小さな絵筆を使ってペーストを丁寧に濾紙に塗ります。濾紙を裏返し、反対側でも繰り返し、できるだけ均一にペーストを塗ります。紙を日光を避けて一晩置いて乾かします。または、20時に乾燥オーブンに入れますか?乾くまでC。乾いたら、紙を1インチ幅のストリップにカットします。後で使用するために紙を保管する場合は、直射日光の当たらない場所で、ストリップを密封可能なビニール袋またはガラス瓶に入れてください。
オゾンを検出するには、まず試験紙のストリップに蒸留水を軽くスプレーします。各データ収集場所に少なくとも 3 つのストリップを直射日光の当たらない場所に吊るすか、一方の端を構造物にしっかりと固定するか、ワイヤーで吊るします。ストリップが遮られていないことを確認してください。テストストリップを8時間吊るしたままにします。
各ストリップが吊り下げられた場所に注意し、乾湿計を使用して各部位の相対湿度を測定します。または、気象データにアクセスして、紙にさらされている間の各場所の相対湿度を記録します。結果がすぐに読み取れない場合は、露光後にストリップを密閉容器に密封することができます。
テスト結果を観察して記録するには、紙に蒸留水をスプレーします。Sch?nbeinカラースケールと比較して色を観察し、対応する数値を記録します。各サイトの平均 Sch?nbein 数を計算します。
各サイトの相対湿度データと相対湿度 Sch?nbein 数値チャートを使用して、Sch?nbein サイトの平均をオゾン濃度 (10 億分の 1) に変換します。
対流圏のオゾンレベルを測定および記録する能力には、多くの多様な用途があり、そのようなテストの結果は、人間の集団に大きな影響を与える可能性があります。
人口密度の高い都市部では、自動車の交通量が多く、人口が密集していることが、オゾン関連の健康問題の原因となることがあります。現在、米国労働安全衛生局が設定しているオゾンの閾値は0.1ppmです。頭痛を含む、このレベルを超える曝露の健康リスク。目、鼻、喉の炎症;とりわけ、肺の損傷や出血。シカゴの都市部では、エバンストン、シセロ、ノースブルックで7月の日に8時間置かれたテストストリップは、それぞれ71 ppb、60 ppb、71 ppbのオゾンレベルを記録しました。
屋内では、オゾンレベルの安全な閾値は屋外と同じであり、同じ潜在的な健康リスクを伴います。労働者や建物の居住者の安全を確保するために、大量の高電圧機器を備えた施設は、オゾンレベルをテストする必要があります。コピー機の部屋に8時間置かれたストリップは、5ppbの屋内オゾンレベルを記録しました。これは、米国安全局のガイドラインをはるかに下回っています。
日光の作用により亜酸化窒素と揮発性有機化合物がオゾンに変わるため、熱波や非常に晴れた日は都市住民にとって懸念事項になる可能性があります。オゾンレベルを経時的に監視することで、潜在的なリスクの全体像を把握でき、当局は警告を発したり、オゾンが高い時期に自動車の使用を減らすように住民に依頼したりできます。
JoVEの対流圏オゾン測定の紹介をご覧になりました。これで、対流圏オゾンがどのように形成され、なぜそれが懸念されるのか、オゾンをテストするためのSch?nbein紙の作り方、およびテスト結果の解釈方法を理解できるはずです。ご覧いただきありがとうございます!
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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.