Etalómetro

Los principales usos de los etalómetros se relacionan con la medición de la calidad del aire , cuyos datos se utilizan para estudios sobre el impacto de la contaminación atmosférica en la salud pública ; ^{[ 12 ]} el cambio climático ; y la visibilidad . Otros usos incluyen la medición de la emisión de carbono negro procedente de fuentes de combustión como vehículos; procesos industriales; y la quema de biomasa, tanto en incendios forestales como en entornos domésticos e industriales.

El modelo de etalómetro AE-31 fue probado por el Programa de Verificación de Tecnología Ambiental administrado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, y se emitió un informe de validación en 2001. ^{[ 13 ]} El modelo de etalómetro AE-33 fue probado bajo el mismo programa en 2013, informe pendiente.

El carbono negro, un contaminante, se presenta en color gris o negro debido a la absorción de energía electromagnética por electrones parcialmente móviles en la microestructura grafítica de sus partículas. Esta absorción es puramente resistiva y no presenta bandas resonantes; por consiguiente, el material se ve gris en lugar de coloreado. La atenuación de la luz transmitida a través de un depósito de estas partículas aumenta linealmente con la frecuencia de la radiación electromagnética , es decir, inversamente proporcional a la longitud de onda . Las mediciones de atenuación óptica en un depósito de filtro, realizadas con un etalómetro, aumentarán a longitudes de onda más cortas como λ ^(-α) , donde el parámetro α (el exponente de Angstrom ) tiene el valor α = 1 para materiales grises o negros. Sin embargo, otras especies pueden estar mezcladas con las partículas de carbono negro. Se sabe que los compuestos orgánicos aromáticos asociados al humo del tabaco y al humo de la biomasa procedente de la quema de madera presentan una mayor absorción óptica a longitudes de onda más cortas en las regiones amarilla, azul y ultravioleta cercana del espectro.

Los etalómetros ahora se construyen para realizar sus análisis ópticos simultáneamente en múltiples longitudes de onda, que generalmente abarcan el rango de 370  nm (ultravioleta cercano) a 950  nm (infrarrojo cercano). En ausencia de componentes aromáticos, los datos del etalómetro para la concentración de carbono negro son idénticos en todas las longitudes de onda, después de considerar la respuesta estándar λ ⁻¹ para materiales grises "resistivos". El exponente de angstrom de la atenuación para estos materiales es 1. Si hay componentes aromáticos presentes, contribuirán a una mayor absorción en longitudes de onda más cortas. Los datos del etalómetro aumentarán en longitudes de onda más cortas, y el exponente de angstrom aparente aumentará. Las mediciones de humo de biomasa pura pueden mostrar datos representados por un exponente de angstrom tan grande como 2. Debido a diferentes artefactos, el exponente de angstrom medido por los etalómetros podría estar sesgado, pero la comparación con otras técnicas ha encontrado que el modelo de etalómetro AE-31 proporciona resultados de exponente de angstrom de absorción razonables. ^{[ 14 ]} Muchas áreas del mundo se ven afectadas por emisiones tanto de la combustión de combustibles fósiles a alta temperatura , como los gases de escape del diésel , que tienen un color gris o negro y se caracterizan por un exponente de angstrom de 1; como por emisiones de la quema de biomasa, como el humo de la madera, que se caracteriza por un valor mayor del exponente de angstrom. Estas dos fuentes de contaminación pueden tener diferentes orígenes geográficos y patrones temporales, pero pueden mezclarse en el punto de medición. Se afirma que las mediciones de aetalómetros en tiempo real a múltiples longitudes de onda separan estas diferentes contribuciones y pueden asignar el impacto total a diferentes categorías de fuentes. Este análisis es un insumo esencial para el diseño de políticas públicas y regulaciones efectivas y aceptables .

Se cuestiona la precisión, e incluso la capacidad, del etalómetro para diferenciar las fuentes de humo. ^{[ 15 ]}

El principio de medición del etalómetro se basa en la filtración de aire, la óptica y la electrónica. No requiere infraestructura de soporte físico ni químico, como alto vacío, alta temperatura o reactivos o gases especializados. Su único consumible es un filtro que debe reemplazarse cada uno o dos días en los modelos portátiles, pero las unidades más grandes cuentan con un rollo de cinta de filtración que suele durar de meses a años. Por consiguiente, el instrumento es robusto, miniaturizable y puede utilizarse en proyectos de investigación en ubicaciones remotas o en sitios con escaso apoyo local. Algunos ejemplos son:

• mediciones en la Estación del Polo Sur , ^{[ 16 ]} el lugar donde se ha medido el aire más limpio con un etalómetro, mostrando concentraciones de carbono negro del orden de 30 picogramos por metro cúbico en invierno;
• mediciones en ubicaciones urbanas en China ^{[ 17 ]} y Bangladesh, ^{[ 18 ]} donde las concentraciones de carbono negro a menudo pueden exceder los 100 microgramos por metro cúbico;
• mediciones realizadas en zonas rurales de África, con instalaciones que funcionan con paneles solares fotovoltaicos y que registran altas concentraciones de carbono negro debido a la quema agrícola;
• mediciones en instalaciones de gran altitud tanto en el Himalaya indio ^{[ 19 ]} como en el Tíbet ^{[ 20 ]} a alturas que superan los 5000 metros (3,1 millas) , que funcionan con paneles solares fotovoltaicos y registran el impacto de las emisiones de combustión de las zonas bajas densamente pobladas adyacentes;
• mediciones a bordo de vuelos comerciales mediante un etalómetro portátil, en el que la presencia de carbono negro en la cabina se deriva de las concentraciones externas en la estratosfera: de esta manera, es posible cartografiar la dispersión del carbono negro a escala global a 10 km (6,2 millas) de altitud sin necesidad de aeronaves de investigación dedicadas extremadamente costosas;  
• mediciones tomadas desde automóviles, trenes, aeronaves ligeras ^{[ 21 ]} y globos cautivos, ^{[ 22 ]} a partir de los cuales los datos en tiempo real pueden convertirse en mapeo horizontal y vertical;
• mediciones en una estación en medio del desierto de Taklimakan de Asia Central, ^{[ 23 ]} un lugar casi tan remoto e inhóspito como el Polo Sur.
• mediciones tomadas con un microaetalómetro mientras se andaba en bicicleta en el tráfico de Bangalore , India. ^{[ 24 ]}
• mediciones combinadas con sensores de frecuencia cardíaca y ventilación por minuto para estudiar la exposición por inhalación . ^{[ 25 ]}

Algunas mediciones están disponibles como datos abiertos :

• mediciones de exposición personal con microaetalómetros de Bélgica ^{[ 26 ]}