$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Озон — это форма элементарного кислорода, которая встречается в атмосфере и классифицируется как загрязнитель воздуха, вредный для здоровья человека. С помощью метода Шенбейна можно количественно оценить уровни озона на интересующих участках. Молекулы озона состоят из трех атомов кислорода, связанных в структуру, которая обладает высокой реакционной способностью в качестве окислителя, и они встречаются как на стратосферном, так и на тропосферном уровнях атмосферы.
Молекулы озона в стратосфере образуют озоновый слой, который помогает предотвратить попадание вредных ультрафиолетовых лучей на поверхность Земли. В более низких температурах тропосферы озон вреден для здоровья человека и, будучи загрязнителем, способствует образованию фотохимического смога. Озон может напрямую повреждать дыхательные ткани человека при вдыхании или наносить вред тканям растений и более мягким материалам, включая шины на транспортных средствах.
Присутствие озона в тропосфере может быть количественно определено с помощью бумаги Шенбейна, смеси крахмала, йодида калия и воды, нанесенной на фильтровальную бумагу. После высыхания бумага меняет цвет в присутствии озона.
В этом видео будет проиллюстрирован процесс изготовления бумаги Шенбейна, размещения и чтения тест-полосок, а также количественного определения уровня озона с помощью цветовой шкалы Шенбейна.
Одним из способов формирования тропосферного озона на открытом воздухе на уровне земли является воздействие солнечного света на оксиды азота и летучие органические соединения, образующиеся в результате автомобильных выбросов. Следовательно, условия для образования озона и обострение проблем со здоровьем возрастают в солнечной среде, а также в периоды или в местах интенсивного использования автомобилей.
В помещении тропосферный озон может образовываться, когда электрический разряд от высоковольтного оборудования, такого как ионные очистители воздуха, лазерные принтеры или копировальные аппараты, разрушает химические связи атмосферного кислорода в окружающем воздухе. Затем свободные радикалы кислорода соединяются с молекулой кислорода в воздухе, образуя озон.
Используя бумагу Шенбейна, фильтровальную бумагу, пропитанную крахмалом и раствором йодида калия, можно количественно определить тропосферный озон. Озон в воздухе окисляет йодид калия на бумаге, производя йод. Йод вступает в реакцию с йодидом с образованием трийодида, который затем вступает в реакцию с крахмалом, также присутствующим на бумаге, окрашивая ее в темно-фиолетовый цвет. Интенсивность этого цвета будет зависеть от количества озона, присутствующего в воздухе, при этом более темные цвета указывают на большее количество тропосферного озона.
Определение концентрации озона с помощью этого метода может быть выполнено практически на любом объекте, в помещении или на открытом воздухе. Теперь, когда мы знакомы с принципами, лежащими в основе измерения Шенбейна, давайте рассмотрим, как провести эксперимент.
Чтобы начать процедуру, налейте 100 мл дистиллированной воды в стакан объемом 250 мл. К этому добавляем 6 г кукурузного крахмала. Поместите стакан на нагретую тарелку для перемешивания. Увеличьте огонь до средне-высокого уровня и перемешивайте смесь, пока она не достигнет примерно 90 ? C и образует гель. Далее снимите стакан с источника тепла и добавьте 1 г, или ? чайной ложки йодида калия и тщательно перемешайте до полного растворения йодида калия. Дайте раствору остыть в течение 5 минут на столе.
Положите лист фильтровальной бумаги на стеклянную тарелку и с помощью маленькой кисточки аккуратно нанесите пасту на фильтровальную бумагу. Переверните фильтровальную бумагу и повторите с другой стороны, нанося пасту как можно равномернее. Положите бумагу на ночь вдали от солнечных лучей для высыхания. В качестве альтернативы поместите в сушильную печь при температуре 20 ? C до полного высыхания. После высыхания нарежьте бумагу на полоски шириной 1 дюйм. Если вы храните бумагу для последующего использования, поместите полоски в герметичный пластиковый пакет или стеклянную банку вдали от прямых солнечных лучей.
Чтобы обнаружить озон, сначала слегка опрыскайте полоски тестовой бумаги дистиллированной водой. Повесьте минимум три полосы на каждом месте сбора данных вдали от прямых солнечных лучей, надежно закрепленные одним концом на конструкции или подвешенные на проволоке. Убедитесь, что полоски не загорожены. Оставьте тест-полоски висеть на 8 часов.
Обратите внимание, где была подвешена каждая полоска, и с помощью психрометра измерьте относительную влажность в каждом месте. В качестве альтернативы, получая доступ к данным о погоде, записывайте относительную влажность в каждом месте во время воздействия бумаги. Если результаты не будут прочитаны сразу, полоски можно запечатать в герметичный контейнер после воздействия.
Для наблюдения и записи результатов теста сбрызните бумагу дистиллированной водой. Понаблюдайте за цветом, сравнив его с цветовой шкалой Шенбейна, и запишите соответствующее число. Рассчитайте среднее число Шенбейна для каждого сайта.
Используйте данные об относительной влажности для каждого участка и диаграмму Относительная влажность по Шенбейну для преобразования средних значений по Шенбейну в концентрацию озона, или частей на миллиард.
Возможность измерения и регистрации уровней тропосферного озона имеет множество разнообразных применений, и результаты таких тестов могут иметь значительные последствия для человеческой популяции.
В густонаселенных городских центрах конвергенция интенсивного автомобильного трафика и плотного населения может стать причиной проблем со здоровьем, связанных с озоном. В настоящее время в США пороговые значения содержания озона, установленные Управлением по охране труда, составляют 0,1 ppm. Риски для здоровья при воздействии выше этого уровня, включая головные боли; раздражение глаз, носа и горла; повреждение легких и кровотечение, среди прочего. В городских районах Чикаголенда тестовые полоски, размещенные в течение 8 часов в июльский день в Эванстоне, Цицероне и Нортбруке, зафиксировали уровни озона 71 ppb, 60 ppb, 71 ppb соответственно.
В помещении безопасные пороговые значения уровня озона такие же, как и на открытом воздухе, и несут те же потенциальные риски для здоровья. Для обеспечения безопасности рабочих или жильцов здания любые помещения с большим количеством высоковольтного оборудования должны быть проверены на уровень озона. Полоски, помещенные в помещение копировального аппарата в течение 8 часов, зафиксировали уровень озона в помещении 5 ppb, что значительно ниже руководящих принципов Управления безопасности США.
Из-за действия солнечного света, превращающего закись азота и летучие органические соединения в озон, волны тепла или исключительно солнечные периоды могут вызывать беспокойство у городских жителей. Мониторинг уровня озона с течением времени может составить картину потенциального риска и позволить властям выпускать предупреждения или просить жителей сократить использование автомобилей в периоды высокого содержания озона.
Вы только что посмотрели введение JoVE в измерение тропосферного озона. Теперь вы должны понять, как образуется тропосферный озон и почему это вызывает беспокойство, как сделать бумагу Шенбейна для проверки на озон и как интерпретировать результаты тестов. Спасибо за просмотр!
