Что такое датчики твердых частиц? PM1, PM2.5 и PM10

Датчики твердых частиц изменили способ, которым мы обнаруживаем невидимые воздушные угрозы, которые ежедневно влияют на наше здоровье. PM2.5 — крошечные частицы размером всего 2,5 микрона или меньше — представляют собой самый большой риск для здоровья окружающей среды во всем мире, согласно Всемирной организации здравоохранения. Исследования показывают, что эти микроскопические частицы приводят примерно к 5400 преждевременным смертям каждый год только в Калифорнии.

Защита себя начинается с понимания разницы между PM1, PM2.5 и PM10. Новейшие датчики PM теперь доступны каждому, они компактны и обладают возможностями прямого считывания, которые раньше были невозможны. В этой статье мы рассмотрим, как работают эти детекторы, их значение для вашего здоровья и то, как новые технологии помогают определять различные размеры частиц, которые влияют на различные части нашей дыхательной системы.

Понимание твердых частиц: PM1, PM2.5 и PM10

_{Источник изображения: Идеальные услуги Pollucon}

Загрязнение воздуха имеет много форм, но твердые частицы выделяется как один из самых сложных типов. Эти загрязняющие вещества отличаются от других, потому что они не просто один химикат или газ. Они состоят из крошечных твердых частиц и капель жидкости, которые плавают в воздухе. Вы найдете эти микроскопические частицы разных размеров, форм и химических составов.

Ученые группируют твердые частицы по размеру, а не по химическому составу. Вот три основные категории:

• PM10 – Частицы диаметром 10 микрометров или меньше, часто называемые «крупными частицами»

• PM2.5 – Мелкие частицы диаметром 2,5 микрометра или меньше

• PM1 – Ультратонкие частицы диаметром 1 микрометр или меньше

Диаметр человеческого волоса составляет около 70 микрометров, что делает его в 30 раз больше самой крупной мелкой частицы (PM2.5). На одном человеческом волосе можно разместить около 40 мелких частиц.

PM10 содержит более крупные частицы, такие как пыль, пыльца, споры плесени и некоторые бактерии. Поскольку PM10 включает все частицы размером 10 микрометров или меньше, в нем также присутствуют частицы PM2.5 и PM1. Эти крупные частицы обычно поступают со строительных площадок, грунтовых дорог, ферм и природных пыльных бурь.

Частицы PM2.5 достаточно малы, чтобы проникнуть глубоко в наши легкие и попасть в наш кровоток. Эти мелкие частицы обычно появляются из-за того, что горит, например, выхлопные газы автомобилей, лесные пожары, выбросы электростанций и другие виды горения.

Частицы PM1 являются самыми маленькими и наименее изученными, но могут быть более опасными. Эти сверхтонкие частицы могут составлять до 90% взвешенных в воздухе твердых частиц в помещении. Они могут представлять большую опасность для здоровья, поскольку они могут легче проникать в наши тела, чем более крупные частицы.

Твердые частицы образуются двумя способами. Первичные частицы поступают прямо из своих источников. Вторичные частицы развиваются в результате сложных химических реакций в атмосфере между такими газами, как диоксид серы и оксиды азота.

Влияние твердых частиц на здоровье и окружающую среду

Воздействие твердых частиц выходит далеко за рамки проблем качества воздуха. Воздействие PM2.5 приводит к около 4,2 миллиона преждевременных смертей во всем мире каждый год. Это делает его 13-й ведущей причиной смерти в мире. Эти крошечные частицы проникают в наши тела с пугающей легкостью.

Различные размеры частиц создают различные риски для здоровья. Самые маленькие частицы несут наибольшую опасность. PM2.5 и PM1 могут проникать глубоко в наши легкие и попадать в нашу кровь. Это вызывает несколько серьезных проблем со здоровьем, включая:

• Преждевременная смерть у людей с заболеваниями сердца или легких

• Нефатальные сердечные приступы и нерегулярное сердцебиение

• Обострение астмы и снижение функции легких

• Усиление респираторных симптомов

Исследования показывают, что длительное воздействие PM2.5 приводит к 4.09% увеличение респираторных поступлений и рост госпитализаций с сердечными заболеваниями на 6,58%. Люди сталкиваются с более высокими рисками госпитализации даже при кратковременном воздействии ниже рекомендуемого ВОЗ предела в 15 мкг/м³.

Некоторые группы подвергаются большему риску, чем другие. Развивающиеся дыхательные пути детей делают их более уязвимыми. Они также дышат большим количеством воздуха по сравнению с размером своего тела, чем взрослые. Пожилые люди испытывают больше трудностей, поскольку их легкие работают менее эффективно. Их ослабленная иммунная система не может хорошо фильтровать загрязняющие вещества.

Твердые частицы наносят существенный вред окружающей среде. PM2.5 создает наибольшую дымку во многих национальных парках и диких зонах. Они также выводят экосистемы из равновесия:

• Окисление озер и ручьев

• Изменение баланса питательных веществ в прибрежных водах

• Истощение питательных веществ в почве

• Ущерб лесам и посевам

PM играет сложную роль в изменении климата. Некоторые компоненты, такие как черный углерод, усиливают потепление, в то время как другие, такие как нитраты и сульфаты, охлаждают. Использование датчиков твердых частиц становится жизненно важным для защиты здоровья населения и сохранения нашей окружающей среды.

Как работают датчики твердых частиц

Современные датчики твердых частиц используют несколько технологий для обнаружения невидимых частиц, плавающих в воздухе. Эти устройства работают с помощью методов обнаружения на основе света, и лазерное рассеяние выделяется как наиболее распространенный подход в современных датчиках твердых частиц.

Датчики на основе лазера содержат лазерный диод, который испускает сфокусированный луч через образец воздуха. Частицы, проходящие через этот луч, рассеивают свет в разных направлениях, что улавливает стратегически расположенный фотодетектор. Интенсивность света и угол рассеивания зависят от размера частиц — более крупные частицы рассеивают больше света, чем более мелкие. Датчик использует сложные алгоритмы для преобразования этих световых узоров в подсчет частиц и измерения концентрации.

Инфракрасные датчики PM работают как лазерные датчики, но вместо этого используют инфракрасный светодиодный свет. Их структура проще, хотя они и не такие точные, с точностью измерения около ±30% по сравнению с точностью ±10% лазерных датчиков. Эти датчики лучше работают с частицами размером более 1 мкм, что делает их менее идеальными для обнаружения самых маленьких, самых вредных частиц.

Качественные датчики PM используют вентиляторы или насосы для проталкивания образцов воздуха через камеру обнаружения. Сила воздушного потока влияет на то, какие размеры частиц датчик может правильно измерить. Усовершенствованные датчики имеют скорость потока 0,1 CFM (кубических футов в минуту) или выше, в то время как простые модели работают всего на 0,003 CFM.

Датчики преобразуют количество частиц в оценки массовой концентрации. Это преобразование предполагает, что частицы имеют сферическую форму, поэтому более крупные частицы сильно влияют на расчетную массу. Многие датчики, включая PurpleAir, используют двойные каналы обнаружения, которые переключают показания каждые несколько секунд для повышения точности.

Условия окружающей среды могут исказить показания, особенно когда влажность поднимается выше 70%. Частицы становятся липкими и слипаются, что приводит к тому, что датчики считают их более крупными частицами. Качественные датчики включают методы компенсации влажности для решения этой проблемы.

EcoSentec предлагает ряд продуктов, способных измерять твердые частицы (ТЧ), удовлетворяя потребности в мониторинге качества воздуха как внутри, так и снаружи помещений. К ним относятся Датчик качества воздуха PM, который обеспечивает высокоточное определение уровней PM₁.₀, PM₂.₅ и PM₁₀ в окружающем воздухе. Потолочный датчик воздуха и газа и Настенный многоэлементный передатчик также имеют встроенные датчики PM вместе с измерениями температуры, влажности и концентрации газа, что делает их идеальными для мониторинга окружающей среды в помещении. Для комплексного наружного применения Профессиональная ультразвуковая метеостанция включает в себя возможности измерения PM, а также ветра, температуры, влажности, давления и других ключевых погодных параметров.

Заключение

Датчики твердых частиц играют жизненно важную роль в нашей борьбе с невидимыми угрозами в воздухе. Эти микроскопические частицы — PM1, PM2.5 и PM10 — оказывают глубокое влияние на наше здоровье и окружающую среду. Несмотря на свой небольшой размер, эти частицы ежегодно становятся причиной около 4,2 миллионов преждевременных смертей по всему миру. Они представляют собой один из самых больших рисков для здоровья окружающей среды, с которыми мы сталкиваемся сегодня.

Разница в размерах частиц имеет большое значение. Все эти частицы, кроме одной, происходят из определенных источников. Частицы PM10 происходят из строительства, сельского хозяйства и природных источников. Более мелкие частицы PM2.5 и PM1 обычно возникают в результате сгорания и более опасны, поскольку они знают, как проникнуть глубоко в наши легкие и кровь. Это объясняет, почему более мелкие частицы приводят к серьезным проблемам со здоровьем от астмы до сердечных приступов.

Эти частицы вредят не только здоровью человека. Они создают дымку, закисляют водоемы, лишают почву питательных веществ и изменяют климатические условия. Мониторинг этих частиц становится критически важным для защиты здоровья населения и сохранения окружающей среды.

Проблемы с качеством воздуха продолжают расти во всем мире. Эти датчики помогают нам использовать данные для принятия разумных решений относительно нашей окружающей среды. Они являются отличным способом получения информации для отслеживания состояния здоровья, общественной научной работы или промышленного использования. Без сомнения, по мере совершенствования технологий эти датчики станут точнее, дешевле и плавно впишутся в нашу повседневную жизнь. Нам станет легче дышать, когда мы узнаем, что на самом деле парит в воздухе вокруг нас.