Medición de la contaminación del aire

Los dispositivos pasivos son relativamente simples y de bajo costo. ^{[ 7 ]} Funcionan absorbiendo o recolectando pasivamente una muestra del aire ambiente, que luego debe analizarse en un laboratorio. Una de las formas más comunes de medición pasiva es el tubo de difusión , que se parece a un tubo de ensayo de laboratorio y se fija a algo como una farola para absorber uno o más gases contaminantes específicos de interés. Después de un tiempo, el tubo se retira y se envía a un laboratorio para su análisis. Los medidores de depósitos , una de las formas más antiguas de medición de la contaminación, son otro tipo de dispositivo pasivo. ^{[ 8 ]} Son grandes embudos que recogen hollín u otras partículas y las drenan en botellas de muestreo, que, nuevamente, deben analizarse en un laboratorio. ^{[ 8 ]}

Los dispositivos de medición activos son automatizados o semiautomatizados y tienden a ser más complejos y sofisticados que los pasivos, aunque no siempre son más sensibles o fiables. ^{[ 7 ]} Utilizan ventiladores para aspirar el aire, filtrarlo y analizarlo automáticamente en el momento o recogerlo y almacenarlo para su posterior análisis en un laboratorio. Los sensores activos utilizan métodos físicos o químicos. ^{[ 9 ]} Los métodos físicos miden una muestra de aire sin alterarla, por ejemplo, observando la cantidad de luz de una determinada longitud de onda que absorbe. Los métodos químicos modifican la muestra de alguna manera, mediante una reacción química, y miden dicha modificación. La mayoría de los sensores automatizados de calidad del aire son ejemplos de medición activa. ^{[ 6 ]}

En un extremo de la escala, se encuentran sensores de contaminación del aire pequeños, económicos, portátiles (y a veces vestibles) y conectados a Internet , como Air Quality Egg y PurpleAir. ^{[ 10 ]} Estos muestrean constantemente partículas y gases y producen mediciones moderadamente precisas, casi en tiempo real, que pueden ser analizadas por aplicaciones para teléfonos inteligentes. ^{[ 11 ]} Sus datos también pueden utilizarse de forma colaborativa , ya sea solos o con otros datos de contaminación, para crear mapas de contaminación en amplias áreas. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Pueden utilizarse tanto en interiores como en exteriores y la mayoría se centra en medir cinco formas comunes de contaminación del aire: ozono , material particulado , monóxido de carbono , dióxido de azufre y dióxido de nitrógeno . ^{[ 14 ]} Algunos miden contaminantes menos comunes como el gas radón y el formaldehído . ^{[ 15 ]}

Sensores como este fueron en su momento costosos, pero en la década de 2010 se observó una tendencia hacia dispositivos portátiles más económicos que las personas pueden usar para monitorear los niveles de calidad del aire en su entorno, los cuales ahora se conocen informalmente como sensores de bajo costo (LCS). ^{[ 10 ] [ 16 ]} Una revisión reciente del Centro Común de Investigación de la Comisión Europea identificó 112 ejemplos, fabricados por 77 fabricantes diferentes. ^{[ 17 ]}

Los sensores personales pueden empoderar a individuos y comunidades para comprender mejor sus entornos de exposición y los riesgos derivados de la contaminación del aire. ^{[ 18 ]} Por ejemplo, un grupo de investigación dirigido por William Griswold en la UCSD distribuyó sensores portátiles de contaminación del aire a 16 personas que se desplazaban diariamente al trabajo y descubrió "valles urbanos" donde los edificios atrapaban la contaminación. El grupo también descubrió que los pasajeros de autobuses tienen una mayor exposición que los de automóviles. ^{[ 19 ]}

A diferencia de los monitores de bajo costo, que se transportan de un lugar a otro, los monitores estáticos muestrean y miden continuamente la calidad del aire en una ubicación urbana específica. En lugares públicos como estaciones de tren concurridas, a veces se instalan monitores de calidad del aire permanentemente junto a los andenes para medir los niveles de dióxido de nitrógeno y otros contaminantes. ^{[ 20 ]} Algunos monitores estáticos están diseñados para proporcionar información inmediata sobre la calidad del aire local. En Polonia, los monitores de aire EkoSłupek miden una variedad de gases contaminantes y partículas, y cuentan con pequeñas luces en la parte superior que cambian de color de rojo a verde para indicar la salubridad del aire en las cercanías. ^{[ 21 ]}

En el extremo opuesto del espectro, en comparación con los sensores de bajo costo, se encuentran las grandes y muy costosas estaciones de monitoreo estáticas en la vía pública, que muestrean constantemente los diversos contaminantes que se encuentran comúnmente en el aire urbano para las autoridades locales y que conforman sistemas de monitoreo metropolitanos como la Red de Calidad del Aire de Londres ^{[ 22 ]} y una red británica más amplia llamada Red Automática Urbana y Rural (AURN). ^{[ 23 ]} En Estados Unidos, la EPA mantiene un repositorio de datos de calidad del aire a través del Sistema de Calidad del Aire (AQS), donde almacena datos de más de 10 000 monitores. ^{[ 24 ]} La Agencia Europea de Medio Ambiente recopila sus datos de calidad del aire de 3500 estaciones de monitoreo en todo el continente. ^{[ 25 ]}

Las mediciones realizadas por sensores como estos, que son mucho más precisos, también son prácticamente en tiempo real y se utilizan para generar índices de calidad del aire (ICA). Entre los dos extremos, los sensores estáticos de gran escala y los sensores portátiles de pequeña escala, se encuentran los monitores portátiles de tamaño mediano (a veces montados en grandes maletas con ruedas) e incluso integrados en camiones de muestreo para la detección de la contaminación atmosférica. ^{[ 26 ]}

Recientemente, los sistemas de detección de contaminación atmosférica en vehículos han surgido como un enfoque prometedor para el monitoreo de la calidad del aire, utilizando sensores instalados en taxis, autobuses, tranvías y otros vehículos. ^{[ 27 ]} En particular, los autobuses han captado una atención considerable como plataforma de detección móvil debido a su amplia disponibilidad y extensa cobertura geográfica. ^{[ 28 ]}

La calidad del aire también se puede medir de forma remota, desde el aire, mediante lidar , ^{[ 29 ]} drones ^{[ 30 ]} y satélites , a través de métodos como la correlación de filtros de gas. ^{[ 31 ]} Entre los primeros esfuerzos de monitoreo de la contaminación por satélite se encuentran GOME (Global Ozone Monitoring Experiment), que midió los niveles globales de ozono (troposférico) desde el satélite europeo de teledetección (ERS-2) de la ESA en 1995, ^{[ 32 ]} y MAPS (Mapping Pollution with Satellites) de la NASA, que midió la distribución de monóxido de carbono en la atmósfera inferior de la Tierra, también en la década de 1990. ^{[ 33 ]}

Hasta finales del siglo XX, la cantidad de hollín producida por algo como una chimenea se medía a menudo visualmente, y de forma relativamente rudimentaria, sosteniendo tarjetas con líneas trazadas que indicaban diferentes tonalidades de gris. Estas se conocían como diagramas de Ringelmann , en honor a su inventor, Max Ringelmann , y medían el humo en una escala de seis puntos. ^{[ 34 ]}

En las estaciones modernas de monitoreo de la contaminación, las partículas gruesas (PM ₁₀ ) y finas (PM _2.5 ) se miden utilizando un dispositivo llamado microbalanza oscilante de elemento cónico (TEOM), basado en un tubo de vidrio que vibra más o menos a medida que las partículas recolectadas se acumulan en él. Las partículas también se pueden medir utilizando otros tipos de muestreadores de material particulado , incluidos los fotodetectores ópticos , que miden la luz reflejada por las muestras de luz (las partículas más grandes reflejan más luz) y el análisis gravimétrico (recolectadas en filtros y pesadas). ^{[ 35 ]} El carbono negro generalmente se mide ópticamente con instrumentos tipo aetalómetro . ^{[ 36 ]}

Las partículas ultrafinas (más pequeñas que PM _0.1 , por lo que generalmente tienen menos de 100 nanómetros de diámetro) son difíciles de detectar y medir con algunas de estas técnicas. Normalmente, se miden (o cuentan) con contadores de partículas por condensación , que agrandan las partículas condensando vapores sobre ellas para formar gotas más grandes y mucho más fáciles de detectar. ^{[ 37 ] [ 38 ]}

La composición atómica de las muestras particuladas se puede medir con técnicas como la espectrometría ^de rayos X. [ ^{39 ]}

dióxido de nitrógeno ( NO₂ ) se puede medir pasivamente con tubos de difusión, aunque se requiere tiempo para recolectar muestras, analizarlas y obtener resultados. ^{[ 40 ] [ 41 ]} Se puede medir manualmente o automáticamente mediante elmétodo de Griess-Saltzman, como se especifica enISO6768:1998, ^{[ 42 ] [ 43 ]} o elmétodo de Jacobs-Hocheiser. ^{[ 44 ]}

También se puede medir automáticamente mucho más rápido, mediante un analizador de quimioluminiscencia , que determina los niveles de óxido de nitrógeno a partir de la luz que emiten. En el Reino Unido, por ejemplo, hay más de 200 sitios donde se mide el NO.₂ se monitoriza continuamente mediante quimioluminiscencia. ^{[ 45 ]}

_{El dióxido de azufre} ( SO₂ ) se mide mediante espectroscopia de fluorescencia . Esto implica irradiar una muestra de aire con luz ultravioleta y medir la fluorescencia producida. ^{[ 46 ]} También se utilizan espectrofotómetros de absorción para medir _el SO₂ . Los analizadores fotométricos de llama se utilizan para medir otros compuestos de azufre en el aire. ^{[ 47 ]} Los métodos más antiguos para medir el dióxido de azufre implicaban hacer pasar muestras de aire a través de botellas de vidrio que contenían yodo, peróxido de hidrógeno o tetracloromercurato de sodio o potasio. ^{[ 48 ] [ 49 ]}

El monóxido de carbono (CO) y el dióxido de carbono ( CO₂ ) se miden mediante absorción de luz infrarroja no dispersiva (NDIR) según la ley _de Beer-Lambert . ^{[ 50 ]} El CO también se puede medir utilizando sensores de gel electroquímicos y detectores de semiconductor de óxido metálico (MOS), que se utilizan en detectores de monóxido de carbono domésticos . ^{[ 51 ]}

El ozono ( O₃ ) se mide observando cuánta luz absorbe una muestra de aire ambiente. ^{[ 52 ]} Según la ley de Beer-Lambert, las concentraciones más altas de ozono absorben más luz _.

Estas se miden utilizando cromatografía de gases e ionización de llama (GC-FID). ^{[ 53 ]}

Los hidrocarburos se pueden medir mediante cromatografía de gases y detectores de ionización de llama. ^{[ 54 ] [ 55 ]} A veces se expresan como mediciones separadas de metano ( CH₄ ), emisiones de NMHC (hidrocarburos distintos del metano) y THC (hidrocarburos totales) (donde THC es la suma deCH₄ y emisiones de NMHC). ^{[ 54 ]}

Amoníaco ( NH₃ ) se puede medir mediante varios métodos, incluida la quimioluminiscencia. ^{[ 56 ]}