Какво е PM2.5
Фините прахови частици (ФПЧ, на английски PM – particulate matter) са твърди и течни капчици във въздуха: сажди от печки и коли, прах от пътя, полени, морска сол. Делят се по размер:
- PM10 – всичко под 10 μm (косъмът е 50–70 μm). Спира се в носа и гърлото;
- PM2.5 – под 2,5 μm. Стига до белите дробове;
- PM0.1 – ултрафините. Минават в кръвта, но почти нямат маса, затова се мерят по брой в cm³ (PNC).
Нормите са за масата в μg/m³ за въздуха навън и в mg/m³ за комините. Дневната норма за PM10 в ЕС е 50 μg/m³.
Лазерният брояч
Евтиният сензор за качество на въздуха (например Sensirion SPS30) има вентилаторче, което дърпа въздух през лазерен лъч, и фотодиод отстрани. Всяка частица, която мине през лъча, разсейва малко светлина към фотодиода: проблясък. Колкото е по-едра, толкова по-ярък е. Сензорът брои проблясъците, разпределя ги по височина в кошчета по размер и смята масата: m = ρ·πd³/6.
Тук пробата е 50 cm³ въздух с фини частици за 25 μg/m³ и едър прах за 0 μg/m³. В нея има 2321 частици, а 20,2 % от тях са под 0,3 μm и не се виждат. Истинското PM2.5 е 25 μg/m³, а сензорът казва 26,7. Истинското PM10 е 25, а сензорът казва 26,7.
Първите 80 частици
видени частици под прага (не се виждат) праг
Всяко стебло е частица, минала през лъча. Височината е в децибели: разсейването расте с d⁶ при малките, затова частица 2 пъти по-голяма свети 64 пъти по-ярко. Сивите са под прага и се губят в шума. Сензорът ги пропуска, но те носят малка част от масата, затова PM2.5 почти не страда. При строеж се появяват едри частици: PM10 скача, а PM2.5 почти не мърда. Но сензорът подценява PM10 почти наполовина. В кошчето 4–10 μm всички частици се смятат за 6,3 μm, а масата идва най-вече от най-едрите, които тежат до 4 пъти повече.
Брой срещу маса
Повечето частици са дребни, а масата расте с d³. Една частица от 5 μm тежи колкото хиляда частици от 0,5 μm. Затова по брой въздухът е пълен с дребни частици, а по маса понякога го определят няколко едри. Двете графики са на една и съща проба.
По брой
брой частици в пробата
По маса
маса, μg/m³
Пусни строеж наблизо: по брой едрите кошчета почти не се виждат, а по маса са най-високи. Затова сензорът трябва да хване и редките едри частици, за да познае PM10, а обемът на пробата (колко въздух дърпа вентилаторът) решава колко точно ги брои. Масата е изчислена с приета плътност, а истинската зависи от вида прах. Затова лазерните броячи се калибрират спрямо гравиметричния метод.
Методите
| Метод | Как работи | Особеност |
|---|---|---|
| Гравиметричен | въздух се дърпа изокинетично през филтър, който се претегля преди и след | единственият, който дава истинската маса – еталон за всички останали |
| Непрозрачност | колко отслабва лъч през газа (Ламберт–Беер) | за високи концентрации (комини) |
| Разсейване на светлина | фотометър мери разсеяната светлина (под 90°, 45°, < 30°) | за ниски концентрации; евтини сензори |
| Бета абсорбция | частиците на лента отслабват β-лъчите от ¹⁴C | непрекъснат, но бавен |
| TEOM | стъклена тръбичка с филтър трепти; полепналата маса сваля честотата | реално време; пречат вибрации, температура, капки |
| Трибоелектричен | частиците удрят сонда и я зареждат | до 0,005 mg/m³ за < 1 s; не за мокри газове |
В комините на заводите прахът и газовете се мерят непрекъснато със CEMS (Continuous Emission Monitoring Systems): сонда, филтър, линия, кондициониране, калибриращ газ, анализатори и система за събиране на данните. Преносимият вариант се казва PEMS.
Самопроверка
1. Каква е разликата между PM10 и PM2.5?
PM10 е масата на всички частици под 10 μm, PM2.5 – само под 2,5 μm (те са част от PM10). По-малките стигат по-дълбоко в белите дробове.
2. Защо лазерният брояч не вижда ултрафините частици?
При d ≪ λ разсейването е ∝ d⁶ (Релей) – частица 0,1 μm разсейва милиони пъти по-малко от 1 μm и импулсът се губи в шума на фотодиода.
3. Защо масата се определя основно от едрите частици, а броят – от дребните?
Масата расте с d³: една частица 5 μm тежи колкото 1000 частици 0,5 μm.
4. Кой метод е еталон и защо?
Гравиметричният – претегля се самият прах върху филтър; не зависи от плътността, формата и цвета на частиците.
5. Как работи TEOM?
Тръбичка с филтър на края трепти; полепналите частици увеличават масата и честотата на трептене пада – масата се мери в реално време.