Praktyczne zastosowanie próbników dyfuzyjnych do oznaczania gazowych zanieczyszczeń powietrza

• Autorzy: Bober, B. , Trzepierczyńska, I.

Warianty tytułu

EN

Practical application of diffusive samplers for gaseous air pollutants analysis

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Działanie próbników dyfuzyjnych polega na wykorzystaniu zjawiska transportu dyfuzyjnego molekuł analitu przez warstwę powietrza opisywanego I prawem dyfuzji Ficka. Wśród próbników dyfuzyjnych wyróżnia się rurkowe oraz pudełkowe. Najważniejsze zalety metody to: prostota, mały koszt, brak zapotrzebowania na zasilanie. Istotną wadą jest to, że na wynik oznaczenia mogą wpływać warunki ekspozycji: prędkość przepływu powietrza i turbulencja, temperatura, wilgotność, chemiczne interferencje z innymi zanieczyszczeniami powietrza, zmienność stężenia zatężnago analitu. Istotnym czynnikiem, mogącym wpływać na wynik oznaczenia, jest czas ekspozycji. W celu ograniczenia wpływu warunków ekspozycji próbników dyfuzyjnych na wynik oznaczenia stosuje się często osłony ochronne. Ocena dokładności metody może być wykonana poprzez porównanie wyników jednoczesnej ekspozycji dwóch próbników bądź porównanie z danymi analizatorów ciągłych. Próbniki dyfuzyjne znajdują zastosowanie we wzbogacaniu zanieczyszczeń nieorganiczny i organicznych. Metoda jest powszechnie wykorzystywana w ocenie jakości powietrza zewnętrznego i wewnętrznego, określaniu ekspozycji indywidualnej i badaniu wpływu zanieczyszczeń na środowisko. W powietrzu atmosferycznym próbniki dyfuzyjne wykorzystuje się do badania przemian, źródeł, rozkładów czasowych i przestrzennych zanieczyszczeń gazowych m.in. w środowisku wiejskim, miejskim, podmiejskim i na terenie lasów. Ważnym zastosowaniem jest także tworzenie sieci monitoringu jakości powietrza. Metoda znajduje obecnie nowy obszar wykorzystania, związany z symulacją częstości występowania godzinowych stężeń zanieczyszczeń. W tym celu stosuje się stężenia uśrednione w czasie, uzyskiwane właśnie z próbników dyfuzyjnych, oraz modele prawdopodobieństwa występowania poszczególnych stężeń. W środowisku wewnętrznym próbniki dyfuzyjne służą ocenie jakości powietrza, wyznaczaniu wewnętrznych źródeł zanieczyszczeń, badaniu zależności między stężeniami w środowisku wewnętrznym i zewnętrznym oraz określaniu czynników wpływających na stężenia w powietrzu wewnętrznym. Modele służące przewidywaniu stężeń w środowisku wewnętrznym są często tworzone na podstawie wyników uzyskiwanych przy zastosowaniu próbników dyfuzyjnych w jednoczesnych pomiarach w środowisku wewnętrznym i zewnętrznym. Metoda umożliwia ocenę zależności między ekspozycją indywidualną a stężeniem w środowisku wewnętrznym i zewnętrznym, określanie zależności między narażeniem na zanieczyszczenia powietrza a trybem życia, opracowanie i sprawdzanie modeli służących ocenie ekspozycji, określenie zależności między stężeniem zanieczyszczeń w powietrzu a skutkami zdrowotnymi. Można przypuszczać, że w najbliższej przyszłości próbniki dyfuzyjne będą systematycznie wykorzystywane w ocenie jakości powietrza zewnętrznego i wewnętrznego. Można także oczekiwać nowych zastosowań (w połączeniu z metodami oceny statystycznej): w powietrzu atmosferycznym – przy rekonstrukcji brakujących danych, a na stanowiskach pracy – w monitoringu warunków pracy ze względu na to, że nie znajdują tu powszechnego zastosowania analizatory ciągłe.

EN

Diffusive samplers are based on free flow of analyte molecules through air layer. Diffusional mass transfer can be described by the Fick’s first law of diffusion. Diffusive samplers are classified into two types: tube and badge samplers. Main advantages of the method are: simplicity, low cost and no power requirements. Significant limitation is possible effect of exposure conditions: air velocity and turbulence, temperature, humidity, chemical interference with other pollutants, non-constant concentration of analyte. Shortcoming of the method is that it can only provide a concentration that is averaged over the time of exposure. Important factor affecting samplers performance can be also time of exposure. In practical application, in order to reduce the exposure conditions effect on diffusive samplers, protective shelters are often used. Assessment of precision of the method can be done by duplicate measurements and comparision with date from co-located continuous monitors. Passive samplers are used for collecting air samples for the determination of both inorganic and organic compounds. The method is commonly used to determine the air quality in outdoor and indoor environment, to assess personal exposure and in ecological effect research. In ambient air diffusive samplers are used to investigate: behavior, origin, spatial and temporal variations of gaseous air pollutants in rural, urban, suburban and forested regions. Passive diffusive networks are also important application of the method. It is very attractive technique for the determination of air pollutants in remote continental locations. A new possible application of the method is based on simulation of frequency distributions of hourly air pollutants concentrations using mean values obtained from diffusive samplers and development of probability models. Diffusive samplers are used to determine the indoor air quality and indoor sources of gaseous air pollutants, to examine relationships between indoor and outdoor concentrations and to determine factors affecting indoor concentrations. Models predicting concentration of air gaseous pollutants in indoor air are often build on data from passive samplers used simultaneously in indoor and outdoor environment. In personal exposure measurements data obtained from diffusive samplers are used to examine relationships between personal exposure, indoor and outdoor contaminant levels, to investigate the association between personal exposure and activity patterns, to develop and assess models of personal exposure, to determine relationships between pollutants concentrations and health effects and to investigate factors affecting individual exposure. It c be expected that in not-too-distant future diffusive samplers will be systematically used both in indoor and outdoor air quality assessment and personal exposure measurement. We can also expect new applications of diffusive samplers by combining with statistical methods especially in ambient air- in reconstruction of missed data, and in workplace monitoring (where continuous monitors are not often used).

Słowa kluczowe

PL

próbniki dyfuzyjne; gazowe zanieczyszczenia powietrza; oznaczanie zanieczyszczeń powietrza

EN

diffusive samplers; gaseous air pollutants; air analysis

• Czasopismo: Chemistry-Didactics-Ecology-Metrology
• Rocznik: 2004
• Tom: R. 9, NR 1-2
• Strony: 29--38
• Opis fizyczny: Bibliogr. 56 poz., tab.

Twórcy

autor

Bober, B.

• Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Wrocławska, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław ,

autor

Trzepierczyńska, I.

• Wydział Inżynierii Środowiska, Politechnika Wrocławska, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

Bibliografia

• [1] Palmes E.D. i Gunnison A.F.: Personal sampler for nitrogen dioxide Am. Ind. Hyg. Assoc. J., 1973,37, 570-577.
• [2] Kalina A. i Krochmal D.: Oznaczanie gazowych zanieczyszczeń powietrza za pomocą dozymetrów pasywnych. Centralny Instytut Ochrony Pracy, Warszawa 1999.
• [3] Górecki T. i Namieśnik J.: Passive sampling. Trends Anal. Chem., 2002, 21(4), 276-291.
• [4] Tolnai B., Gelencser A. i Hlavay J.: Theoretical approach to non-constant uptake rates for tube-type diffusive samplers. Talanta, 2001.54,703-713.
• [5] Namieśnik J. i Górecki T.: Liq. Chromatogr-Gas Chromatogr., 2000, 678-683.
• [6] Lee K., Yanagisawa Y„ Spengler J.D. i Davis R.: Assessment of precision of a passive sampler by duplicate measurements. Environ. Internal., 1995,21(4), 407-412.
• [7] Gair A.J. i Penkett S. A.: The effects of wind speed and turbulence on the performance of diffusion tube samplers. Atmos. Environ., 1995, 29(18). 2529-2533.
• [8] Tang H. i Lau T.: A new all season passive sampling system for monitoring ozone in air. Environ. Monit. Assess., 2000. 65, 129-137.
• [9] Plaisance H., Sagnier I.. Saison J.Y., Galloo J.C. i Guillermo R.: Performances and application of a passive sampling method for the simultaneous determination of nitrogen dioxide and sulfur dioxide in ambient air. Environ. Monit. Assess., 2002, 79,301-315.
• [10] Ferm M. i Svanberg P.A.: Cost-efficient techniques for urban- and background measurements of SO: nad NO:. Atmos. Environ., 1998, 32(8), 1377-1381.
• [11] Pfeffer H.-U. i Breuer L.: Influence of Protective Shelters on Diffusive Sampling. The Diffusive Monitor. Current News in the Field of Diffusive Sampling in the Workplace and Environment, 2000, 11, 20-22.
• [12] Brown R.H.: Monitoring the ambient environment with diffusive samplers: theory and practical considerations. J. Environ. Monit., 2000,2.1-9.
• [13] Grosjean D. i Hisham M.W.M.: A Passive Ozone. Air & Waste Management Association, 1992,42(2), 169-173.
• [14] Helaeh M.I.H., Ngudiwaluyo S., Korenaga T. 1 Tanaka K.: Development of passive sampler technique for ozone monitoring. Estimation of indoor and outdoor ozone concentration. Talanta, 2002, 58, 649-659.
• [15] Heal M.R., O'Donoghue M.A. i Cape J.N.: Overestimation of urban nitrogen dioxide by passive diffusion tubes: a comparative exposure and model study. Atmos. Environ., 1999,33. 513-52
• [16] Heal MR- i Cape J.N.: A numerical evaluation of chemical interferences in the measurement of ambient nitrogen dioxide by passive diffusion samplers. Amos. Environ., 1997,31(13) 1911-1923.
• [17] Kasper-Giebl A. i Puxbaum H.: Deposition of particulate matter in diffusion tube samplers for the determination of NO2 and S02. Atmos, Environ., 1999,33, 1323-1326.
• [18] Cao X.L. i Hewitt C.N.: Study of the Degradation by Ozone of Adsorbents and Hydrocarbons Adsorbed during the Passive Sampling of Air Environ. Sci. Technol., 1994. 28(5), 757-762.
• [19] Skelly J.M., Ferdinand J.A., Savage J.E., Jagodziński J.M. i Mulik J.D.: A 13-Week Comparison of Passive and Continuous Ozone Monitors at Forested Sites in North-Central Pennsylvania. J. Air&Waste Manage. Assoc., 2001, 51, 1280-1287.
• [20] Ayers G.P., Keywood M.D., Gillett R., Manins P.C., Malfroy H. i Brdsley T.: Validation of passive diffusion samplers for SO2 Atmos. Environ., 1998.32(20), 3587-3592.
• [21] Gair A. J., Penkett S.A. i Oyola P.: Development of a simple passive technique for the determination of nitrogen dioxide in remote continental locations. Atmos. Environ., 1991,25A(9), 1927-1939.
• [22] Bush T., Smith S., Stevenson K. i Moorcroft S.: Validation of nitrogen dioxide diffusion tube methodology in the UK. Atmos. Environ., 2001, 35. 289-296.
• [23] Tolnai B., Gelencser A., Gal C. i Hlavay J.: Evaluation of the reliability of diffusive sampling in environmental monitoring. Anal. Chim. Acta, 2000,408, 117-122.
• [24] Kozdroń-Zabiegala B., Namieśnik J. i Przyjazny A.: Use of Passive Dosimeters for Evaluation of the Quality of Indoor and Outdoor Air. Indoor Environ.. 1995.4, 189-203.
• [25] Stevenson K., Bush T. i Mooney D.: Five years of nitrogen dioxide measurement with diffusion tube samplers at over 1000 sites in UK. Atmos. Environ., 2001,35, 281-287.
• [26] Vams J.L., Mulik J.D., Sather M.E., Glen G.. Smith L. i Stallings C.: Passive Ozone Network of Dallas: A Modeling Opportunity with Community Involvement I. Environ. Sci. Technol., 2001,35. 845-855.
• [27] Sather M.E., Vams J.L., Mulik J.D.. Glen G.. Smith L.. Stallings C.: Passive Ozone Network of Dallas: A Modeling Opportunity with Community Involvement 2. Environ. Sci. Technol., 2001, 35, 4426- 4435.
• [28] Krupa S. V. i Legge A.H.: Sampling of ambient, gaseous air pollutants: an assessment from an ecological perspective. Environ. Pollut., 2000, 107.31-45.
• [29] Godzik B.: The measurement of tropospheric ozone concentrations in southern Poland using the passive samplers and plant bioindicators. Arch. Environ. Protect.. 2000. 26(2), 7-19.
• [30] Krochmal D. i Kalina A.: Measurements of nitrogen dioxide and sulfur dioxide concentrations in urban and rural areas of Poland using a passive sampling method. Environ. Pollut., 1997.3.401-407.
• [31] Krupa S., Nosal M. i Peterson D.L.: Use of passive ambient ozone (O3) samplers in vegetation effects assessment. Environ. Pollut., 2001, 112. 303-309.
• [32] Chao C.Y.H.: Comparison between indoor and outdoor air contaminant levels in residential buildings from passive study. Building Environ., 2001,36, 999-1007.
• [33] Monn Ch.. Brflndli O., Schindler C., Ackermann-Liebrich U. i Leuenberger P., SAPALDIA Team: Personal exposure to nitrogen dioxide in Switzerland. Sci. Total. Environ.. 1998, 215, 243-251.
• [34] Romieu I., Lugo M.C., Colome S., Garcia A.M., Avila M.H., Geyh A., Velasco S.R. i Rendon E.P.: Evaluation of Indoor Ozone Concentration and Predictors of Indoor-Outdoor Ratio in Mexico City. J. Air& Waste Manage. Assoc., 1998,48, 327-335.
• [35] Lee K., Levy J.I., Yanagisawa Y., Spengler J.D. i Billick I.H.: The Boston Residential Nitrogen Dioxide Characterization Study: Classification and Prediction of Indoor NO: Exposure. J. Air & Waste Manage. Assoc., 1998, 48, 736-742.
• [36] Oparczyk G.: Pomiary stężenia dwutlenku azotu w powietrzu pomieszczeń mieszkalnych i otaczającej atmosferze z zastosowaniem pasywnej metody poboru próbek. Ochr. Powiet. Probl. Odpad.. 2001, 35(3), 87-93.
• [37] Sega K. i Fugas M.: Different approaches to the assessment of human exposure to nitrogen dioxide. J. Exposure Anal. Environ. Epidemiol.. 1991,1(2), 227-234.
• [38] Ramirez-Aguilar M., Cicer-Femandez P., Winer A.M., Romieu I., Meneses-Gonzalez F. i Hemandez-Avila M.: Measurements of Personal Exposure to Nitrogen Dioxide in Four Mexican Cities in 1996. J. Air & Waste Manage. Assoc., 2002, 52, 50-57.
• [39] Levy J.I. et al.: Impact of Residential Nitrogen Dioxide Exposure on Personal Exposure: An International Study. J. Air & Waste Manage. Assoc., 1998,48, 553-560
• [40] Bernard N.L., Gerber M.J., Astre C.M. i Saintot M.J.: Ozone Measurement with passive Samplers: Validation and Use for Ozone Pollution Assessment in Montpellier, France. Environ. Sci. & Technol., 1999,33,217-222.
• [41] Williams M.L.: Monitoring of exposure to air pollution. Sci. Total Environ., 1995,168. 169-174.
• [42] Kousa A., Monn Ch.. Rotko T.. Aim S.. Oglesby L.: Personal exposures to NO: in the EXPOUS-study: relation to residental indoor, outdoor and workplace concentrations in Basel. Helsinki and Prague. Atmos. Environ., 2001,35. 3405-3412.
• [43] Panella M., Tommasini V., Binotti M., Palin L., Bona G.: Monitoring nitrogen dioxide and its effects on asthmatic patients: two different strategies compared. Environ. Monit. Assess., 2000,63,447-458.
• [44] Salmon L.G., Cass G.R., Bruckman K. i Haber JL: Ozone exposure inside museums in the historic central district of Krakow, Poland. Atmos. Environ., 2000,34,3823-3832.
• [45] Liu L.-J. S., Koutrakis P., Leech J. i Broder I.: Assessment of Ozone Exposure sin the Greater Metropolitan Toronto Area. J. Air & Waste Manage Assoc., 1995,45,223-234.
• [46] Brauer M. i Brook J.R.: Personal and Fixed-Site Ozone Measurements with Passive Sampler. J. Air & Waste Manage. Assoc., 1995, 45, 529-537.
• [47] Glasius M., Carlsen M.F., Hansen T.S. i Lohse C.: Measurements of nitrogen dioxide on Funen using diffusion tubes. Atmos. Environ., 1999,33, 1177-1185.
• [48] Gallelli G., Orlando P., Perdelli F. i Panatto D.: Factors affecting individual exposure to NO: in Genoa (northern Italy). Sci. Total Environ., 2002,287,31-36.
• [49] Lee K., Yanagisawa Y., Spengler J.D. i Billick I.H.: Classification of house characteristics based on indoor nitrogen dioxide concentrations. Environ. Internat., 1995,21(3), 277-282.
• [50] Lee K., Yang W. i Bofinger N.D.: Impact of Microenvironmental Nitrogen Dioxide Concentrations on Personal Exposures in Australia. J. Air & Waste Manage. Assoc., 2000, 50, 1739-1744.
• [51] Perkauskas D. i Mikelinskiene A.: Evaluation of SO2 and NO: concentration levels in Vilnius (Lithuania) using passive diffusion samplers. Environ. Pollut., 1998,102, 249-252.
• [52] Yamada E., Kimura M., Tomozawa K., Fuse Y. i Yamada T.: Behavior and Origin of Atmospheric NO:, SO:, and O3 in Mountains around the Kyoto Basin. Bull. Chem. Soc. Jpn., 2000, 73, 1291-1297.
• [53] Yamada E., Kimura M., Tomozawa K., Fuse Y.: Simple Analysis of Atmospheric NO:, SO:, and O3 in Mountains by Using Passive Samplers. Environ. Sci. &Technol., 1999, 33(23), 4141-4145.
• [54] Carmichael G.R., i in: Measurements of sulfur dioxide, ozone and ammonia concentrations in Asia, Africa, and South America using passive samplers. Atmos. Environ., 2003,37, 1293-1308.
• [55] Monn Ch. i Hangartner M.: Passive sampling of aromatic volatile organic compounds (VOC) in ambient air in Switzerland Environ Technol., 1996,17,301-307.
• [56] Schneider P., Gebeftlgi I., Richter K., Wolke G., Schnelle J Wichmann H.-E., Heinrich J. i INGA Study Group.: Indoor and outdoor BTX levels in German cities. Sci. Total Environ., 2001 267 41-51.