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대류권 오존 측정

Overview

출처: 마가렛 노동자와 킴벌리 프라이의 실험실 - 데폴 대학

오존은 소성산소(O3)의 형태로, 산화제로 반응성이 높은 구조에 결합된 3개의 산소 원자의 분자이다. 오존은 성층권과 대기의 대류권 수준에서 모두 발생합니다. 성층권(지구 표면에서 약 10-50km 떨어진 곳에 위치)에 있는 오존 분자는 오존 층으로 형성되어 유해한 자외선이 지구 표면에 도달하는 것을 방지합니다. 대류권의 낮은 고도(표면-약 17km)에서 오존은 인간의 건강에 유해하며 광화학 스모그에 기여하는 대기 오염물질로간주됩니다(그림 1). 오존 분자는 식물조직(그림 2)과자동차에 타이어를 포함한 부드러운 물질을 해치면 흡입시 또는 간접적으로 호흡기 조직에 해를 입히면 직접적으로 손상을 일으킬 수 있습니다.

실외 대포스피릭 오존은 자동차 배출로 인한 질소 산화물(NOx)및 휘발성 유기 화합물(VOC)이 햇빛에 노출되면 지상에서 형성된다. 따라서 오존 농도에 대한 건강 문제는 화창한 날씨나 자동차 사용이 증가하는 시기와 장소에서 확대됩니다.

반응 : NO2 + VOC + 햇빛 → O3 (+ 다른 제품)

실내 대국어 오존은고전압(예: 이온 공기청정기, 레이저 프린터, 복사기)을 사용하여 장비로부터 방전이 대기 산소(O2)의화학적 결합을 분해할 때 형성된다.

O2 → 2 O

산소의 자유 래 디 칼 오존을 만들기 위해 재결합 (O3).

2 O + 2 O2→ 2 O3

Figure 1
그림 1: 골든 게이트 브리지 파노라마

골든 게이트 브리지 뒤에 베이지 색 구름 은행에서 캘리포니아에서 스모그에 대한 특징적인 착색. 갈색 착색은 광화학 스모그에서 NOx에 기인한다.

Figure 2
그림 2: 오존에 의해 손상된 식물. 위쪽 행은 정상이며, 하단 행은 오존에 노출되었습니다.

Principles

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영양 오존은 전분, 요오드 칼륨 및 필터 용지에 물이 퍼지는 혼합물을 사용하여 모니터링 할 수 있습니다. 일단 건조되면, Schönbein 종이라고 불리는 종이는 오존이 존재할 때 색을 바꿉습니다.

이 방법은 오존의 산화 기능을 기반으로 합니다. 공기 중의 오존은 요오드를 생산하기 위해 시험 용지의 요오드 칼륨을 산화합니다.

2 Kl + O3 + H2o → 2 KOH + O2 + I2

요오드는 전분과 반응하여 종이를 보라색 그늘로 얼룩지게 합니다. 색상의 강도는 공기에 존재하는 오존의 양에 따라 달라집니다. 색상이 어두워질수록 오존이 더 많이 존재합니다.

I3-+ 전분 → 보라색 색상

오존 농도는 주차장, 차고, 공원, 그리고 무겁게 인신 매매 거리의 모서리를 포함하여 고위험의 다른 사이트에서 샘플링됩니다. 실내 사이트에는 복사기와 같은 잉크 인쇄와 관련된 장비가 있는 실내 공간과 공간이 있습니다.

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Procedure

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1. 숀빈 종이 준비

  1. 250mL 비커에 증류수 100mL를 놓습니다.
  2. 옥수수 전분 11/4 티스푼을 넣습니다.
  3. 비커에 스티어 바를 놓고 비커를 핫/스터드 플레이트에 놓습니다. 중간에서 높은 설정으로 가열하고 약 90 °C 근처에서 젤될 때까지 혼합물을 천천히 저어줍니다. 혼합물은 두꺼워지면 겔화되고 다소 반투명하게됩니다.
  4. 열원에서 비커를 제거하고 요오드 칼륨 1/4 티스푼을 넣고 잘 저어줍니다.
  5. 필터 용지에 적용하기 전에 솔루션을 식힙니다.
  6. 유리 판에 필터 용지 를 놓거나 공기 중으로 놓고 작은 페인트 브러시를 사용하여 페이스트를 필터 용지에 조심스럽게 브러시합니다. 필터 용지를 뒤집어 다른 쪽에서도 동일하게 수행합니다. 가능한 한 균일하게 붙여 넣기를 적용하십시오.
  7. 종이를 밤새 햇빛으로부터 멀리 놓거나, 건조오븐을 건조시키는 저온(20°C)에 놓습니다.
  8. 용지가 건조되면 가위를 사용하여 필터 용지를 1인치 너비 스트립으로 자른다. 나중에 사용할 수 있는 용지를 보관하는 경우 스트립을 밀봉 가능한 비닐 봉지 또는 유리 항아리에 직사광선에서 놓습니다.

2. 오존 측정

  1. 증류수로 테스트 용지 스트립을 스프레이하고 직사광선에서 각 데이터 수집 사이트에 최소 3개의 스트립을 걸어 놓습니다. 스트립의 한쪽 끝을 단단히 테이핑하거나구조물(예: 벽, 주차 블록, 전신주)에 태킹하여 매달아 놓습니다. 스트립은 또한 한 쪽 끝이 지면으로 구동되고 다른 쪽 끝이 스트립에 고정된 와이어를 사용하여 걸 수 있습니다. 스트립이 방해받지 않고 매달려 있는지 확인합니다.
  2. 용지를 약 8시간 동안 노출합니다. 각 스트립이 중단된 위치를 기록하고 날씨 데이터를 사용하여 종이 노출 시 상대 습도 위치를 기록합니다. 또는, psychrometer각 사이트의 상대 습도를 측정하는 데 사용할 수 있습니다.
  3. 결과가 즉시 기록되지 않으면 노출 후 밀폐 용기에 스트립을 밀봉하십시오.
  4. 테스트 결과를 관찰하고 기록하려면 증류수로 용지를 스프레이합니다.
  5. 제공된 색상 배율과 비교하여 해당 Schönbein 번호를 기록하여 색상을 관찰한다. 각 사이트의 평균 숀빈 수를 계산합니다.
  6. 각 부위및 상대 습도 Schönbein 번호차트(그림 3)에대한 상대 습도 데이터를 사용하여 숀빈 사이트 평균을 오존 농도(ppb)로 변환합니다.

Figure 3
그림 3. 상대 습도 숀빈 번호 차트

오존은 대기권에서 발생하는 원소 산소의 한 형태이며, 인간의 건강에 유해한 대기 오염 물질로 분류된다. Schönbein 기술을 사용하여 관심 있는 사이트의 오존 수준을 정량화할 수 있습니다. 오존 분자는 산화제로 반응성이 높은 구조로 결합된 3개의 산소 원자로 구성되며, 대기의 성층권 및 대류 수준에서 모두 발생합니다.

성층권의 오존 분자는 오존 층을 형성하여 유해한 자외선이 지구 표면에 도달하는 것을 방지합니다. 대류권의 낮은 고도에서 오존은 인간의 건강에 해롭고, 오염물질로서 광화학 스모그에 기여합니다. 오존은 흡입시 인간의 호흡기 조직을 직접 손상시키거나, 차량에 타이어를 포함한 식물 조직과 부드러운 물질을 해칠 수 있습니다.

대류권에서 오존의 존재는 전분, 요오드 칼륨, 필터 용지에 물이 퍼지는 혼합물인 숀빈 종이를 사용하여 정량화될 수 있다. 건조하면 종이가 오존이 있는 상황에서 색이 바뀝습니다.

이 비디오는 Schönbein 종이를 만들고, 테스트 스트립을 배치 및 읽고, Schönbein 색상 스케일을 사용하여 오존 수준을 정량화하는 과정을 보여줍니다.

야외 열대 성 오존이 지상에서 형성되는 한 가지 방법은 자동차 배출로 인한 아산화질소와 휘발성 유기 화합물이 햇빛에 노출되는 것입니다. 따라서 오존 형성및 건강 에 대한 우려가 높아지면서 맑은 환경이나 중고자동차 사용의 경우도 있습니다.

실내, 열대 성 오존은 이온 공기 청정기, 레이저 프린터 또는 복사기와 같은 고전압 장비에서 전기 방전을 형성 할 때 주변 공기중의 대기 산소의 화학 적 결합을 분해 할 수 있습니다. 산소의 자유 래 디 칼 다음 오존을 만들기 위해 공기중의 산소 분자와 결합.

Schönbein 종이를 사용하여 전분 과 칼륨 요오드 용액으로 함침된 필터 종이를 사용하여 영양오존을 정량화할 수 있습니다. 공기 중의 오존은 요오드를 생성하여 종이에 있는 요오드 칼륨을 산화합니다. 요오드는 요오드와 반응하여 트리오디드를 생성한 다음 종이에 존재하는 전분과 반응하여 깊은 보라색으로 얼룩지게합니다. 이 색상의 강도는 공기에 존재하는 오존의 양에 따라 달라집니다, 더 어두운 색상은 영양 오존의 높은 금액을 나타내는 어두운 색상.

이 방법을 사용하여 오존 농도를 결정하는 것은 거의 모든 사이트, 실내 또는 실외에서 수행 될 수있다. 이제 Schönbein 측정의 원리에 익숙해지므로 실험을 수행하는 방법을 살펴보겠습니다.

절차를 시작하려면 증류수 100mL를 250mL 비커에 넣습니다. 이에, 옥수수 전분 6 g를 추가합니다. 비커를 가열된 교반 접시에 놓습니다. 불을 중간 고설정으로 돌리고 약 90°C에 도달하여 젤을 형성할 때까지 혼합물을 저어줍니다. 다음으로, 열원에서 비커를 제거하고 요오드 칼륨 1g, 또는 1/4 티스푼을 넣고 요오드 칼륨이 용해될 때까지 철저히 저어줍니다. 벤치 탑에서 5분 동안 용액을 식힙니다.

유리 판에 필터 용지 를 놓고 작은 페인트 브러시를 사용하여 페이스트를 필터 용지에 조심스럽게 브러시합니다. 필터 용지를 뒤집어 다른 쪽에서 반복하여 가능한 한 균일하게 붙여 넣습니다. 종이를 햇빛으로부터 밤새 도록 닦아 말리십시오. 또는 건조할 때까지 20°C의 건조 오븐에 놓습니다. 일단 건조하면 종이를 1 인치 너비스트립으로 자른다. 나중에 사용할 수 있는 용지를 보관하는 경우 스트립을 밀봉 가능한 비닐 봉지 또는 유리 항아리에 직사광선에 넣습니다.

오존을 감지하려면 먼저 증류수로 테스트 용지 스트립을 가볍게 스프레이하십시오. 직사광선에서 각 데이터 수집 사이트에 최소 3개의 스트립을 걸거나, 구조에 한쪽 끝으로 단단히 고정하거나, 와이어로 매달려 있습니다. 스트립이 방해되지 않도록 합니다. 테스트 스트립을 8시간 동안 중단합니다.

각 스트립이 중단된 위치를 기록하고 psychrometer를 사용하여 각 사이트의 상대 습도를 측정합니다. 또는 날씨 데이터에 액세스하여 종이 노출 시 각 위치에서 상대 습도를 기록합니다. 결과를 즉시 읽지 않으면 노출 후 밀폐 용기에 스트립을 밀봉할 수 있습니다.

테스트 결과를 관찰하고 기록하려면 증류수로 용지를 스프레이합니다. 색상을 Schönbein 색상 배율과 비교하여 관찰하고 해당 숫자를 기록합니다. 각 사이트의 평균 숀빈 수를 계산합니다.

각 사이트 및 상대 습도 Schönbein 번호 차트에 대한 상대 습도 데이터를 사용하여 Schönbein 사이트 평균을 오존 농도 또는 10억 분의 1로 변환합니다.

tropospheric 오존 수준을 측정하고 기록하는 기능은 많은 다양한 응용 프로그램을 가지고 있으며, 이러한 테스트의 결과는 인간 인구에 대한 중요한 영향을 미칠 수 있습니다.

인구가 많은 도심에서는 자동차 교통량이 많고 인구밀도가 높은 도시 중심지에서는 오존 관련 건강 문제에 대한 우려가 될 수 있습니다. 산업안전보건청이 설정한 오존에 대한 현재 미국의 임계값은 0.1 ppm입니다. 두통을 포함하여 이 수준 이상 노출의 건강 위험; 눈, 코, 인후 자극; 폐 손상 및 출혈, 다른 사람의 사이에서. 시카고랜드 도심에서는 7월 에반스턴, 시세로, 노스브룩에서 8시간 동안 테스트 스트립을 기록하여 각각 71ppb, 60 ppb, 71 ppb의 오존 수준을 기록했습니다.

실내에서는 오존 수준에 대한 안전한 임계값이 실외와 동일하며 동일한 잠재적 인 건강 위험을 수반합니다. 작업자 나 건물 주민의 안전을 보장하기 위해, 고전압 장비의 큰 양의 모든 건물은 오존 수준에 대한 테스트해야합니다. 8h의 복사 기계실에 놓인 스트립은 미국 안전청 지침보다 훨씬 낮은 5 ppb의 실내 오존 수준을 기록했습니다.

아산화 질소와 휘발성 유기 화합물을 오존으로 변환하는 햇빛의 작용으로 인해 열파 또는 매우 화창한 기간은 도시 거주자에게 우려될 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 오존 수준을 모니터링하면 잠재적 인 위험의 그림을 구축 할 수 있으며, 당국은 경고를 발행하거나 높은 오존의 시간에 자동차 사용을 줄이기 위해 주민을 요청할 수 있습니다.

당신은 단지 Tropospheric 오존을 측정에 JoVE의 소개를 보았다. 이제 열대 오존이 어떻게 형성되는지, 왜 그것이 우려되는지, Schönbein 종이를 오존을 테스트하는 방법, 테스트 결과를 해석하는 방법을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!

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Results

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오존의 정량적 분석을 위해 Schönbein 숫자척도(도 4)를사용합니다. 차트는 샘플 위치에서 8 h노출 후 샘플 논문과 비교하는 데 사용됩니다. 상대 습도 Schönbein 번호 차트를 사용하여 숀빈 점수를 오존 농도(ppb)로 변환합니다(그림5).

점수는 색상 강도가 증가하여 확장의 오른쪽에 가장 어두운 바이올렛이 있습니다. 결과는 수집 사이트의 위치에 따라 달라야한다(그림 5).

Figure 4
그림 4. 숀빈 수규모

Figure 6
그림 5. 샘플 오존 농도그래프.
야외 및 실내 열대 성 오존 농도는 사이트와 Schönbein 점수에 의해 표시됩니다.

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Applications and Summary

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대포스피릭 오존 노출은 인간의 건강에 해롭다; 가슴 통증, 기침, 인후 자극 및 혼잡을 유발하는 것으로 알려져 있습니다. 오존은 또한 폐 기능을 방해하고 기관지염, 폐기종 및 천식증상을 악화시키고 폐 조직을 영구적으로 손상시킬 수 있습니다.

햇빛과 도시 지역의 증가 된 양의 야외 위치는 질산염 배출의 증가 량과 밀도로 인해 열대 오존의 높은 수준을 경험한다. 카피 머신과 잉크 프린터가 사용되는 실내 위치도 오존 노출위험이 높은 영역입니다. 현재 안전보건국이 정한 오존에 대한 임계값은 두통, 눈, 코 및 인후, 뇌 및 신경계 손상, 폐 손상, 만성 호흡기 질환, 폐 혼잡, 부종 및 출혈을 포함한 건강 위험이 있는 0.1 ppm입니다.

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Transcript

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