PM2.5 Ölçümünde Yenilikçi Çözüm: Sensörler

Günümüzde, hava kirliliği ve özellikle partikül madde (PM) seviyeleri konusunda artan endişeler, sensörlerin hava kalitesi izlemede önemli bir rol oynamasına neden olmaktadır. Bu sensörler, geleneksel ölçüm cihazlarına göre daha uygun maliyetli, taşınabilir ve gerçek zamanlı veri sağlama kabiliyetine sahiptir.

PM2.5 Nedir ve Neden Önemlidir?

PM2.5, atmosferdeki 2,5 mikrometreden küçük partikül madde ölçümlerini ifade eder. Bu partiküller solunabilir özellikte oldukları için insan sağlığı üzerinde ciddi etkilere neden olabilmektedir. Dünya Sağlık Örgütü (DSÖ), havadaki partikül maddenin Grup 1 kanserojen olduğunu ve sağlık için en büyük çevresel risk olduğunu bildirmektedir. Bu nedenle, PM2.5 seviyelerinin izlenmesi ve kontrol altında tutulması, genel halk sağlığı için kritik bir öneme sahiptir.

PM2.5 Nasıl Ölçülür?

Tarihsel olarak, PM deÄŸerleri μg/m3 cinsinden “kütle konsantrasyonu” olarak ölçülmektedir. Bu ölçüm yönteminin tercih edilme nedeni, PM’nin geleneksel ve en doÄŸru ölçüm yolunun gravimetrik yöntem olmasıdır. Gravimetrik yöntem, ortam parçacıklarını boyutlarına göre fiziksel olarak önceden sıralanmış bir filtre kullanarak toplar. ÖrneÄŸin, 2,5 μm’nin altındaki tüm parçacıkları içeri alabilir. Örnekleme süresinin sonunda, genellikle 24 saat, filtre tartılır ve μg cinsinden toplam biriken PM kütlesini belirler. Kütle konsantrasyonu, filtrenin kütle artışının geçen 24 saatlik toplam hava hacmine bölünmesiyle elde edilir, bu da μg/m3 deÄŸerinde bir sonuç ortaya çıkarır.

Gravimetrik yöntemler, PM kütle konsantrasyonunu belirlemede en doğru yol olarak kabul edilmiştir. Ancak, günlük uygulamalarda bu yöntemin bazı pratik sınırlamaları bulunmaktadır. Gravimetrik ölçüm cihazları genellikle yüksek maliyetli ve ayrıca ölçüm başına yalnızca belirli bir PM boyutunu işleyebilirler. Örneğin, PM2.5. gerçek zamanlı örnekleme mümkün değildir ve partikül sayısını doğrudan ölçemezler. 

Bu sınırlamalar, hava kalitesi izleme uygulamalarında daha pratik ve maliyet-etkin çözümler arayışını teşvik etmiştir. Bu kapsamda, gravimetrik yöntemlere alternatif olarak optik sensörler ve diğer teknolojik yenilikler geliştirilmiş ve bu sensörler, özellikle gerçek zamanlı ölçüm yetenekleri ve taşınabilirlik avantajları ile öne çıkmıştır.

PM2.5 Sensörleri 

Mevcut düşük maliyetli partikül madde algılama teknolojisi ağırlıklı olarak Difüzyon Boyutu Sınıflandırıcılarına (DiSC’ler) veya ışık saçan parçacık sensörlerine (LSP’ler) dayanmaktadır. DiSC, sensörden geçen havayı yükleyerek ve yüklü havaya farklı filtreleme iÅŸlemleri uyguladıktan sonra toplam elektrik yükünden parçacık yoÄŸunluÄŸunu tahmin ederek çalışır. 

LSP’ler ise, parçacıkların yoÄŸunluÄŸunu tahmin etmek için ışık saçılımını kullanır. Partiküllerin hava içindeki dağılımını belirlemek amacıyla ışığın parçacıklar üzerindeki etkileÅŸimini ölçer. Bu sayede partikül madde yoÄŸunluÄŸu tahmin edilir.

DiSC sensörleri yüksek hassasiyete sahiptir ve çoÄŸunlukla hava koÅŸullarından veya diÄŸer çevre koÅŸullarından etkilenmez. Ancak, tespit yüzeyinin yeterince temiz kalmasını saÄŸlamak için düzenli bakım ihtiyacından muzdariptirler. Bununla birlikte, LSP’ler hava deÄŸiÅŸikliklerine karşı hassastır, ancak daha az bakım gerektirir, bu da onları uzun vadeli hava kalitesi izleme uygulamalarında avantajlı kılmaktadır.

Geleneksel laboratuvar sınıfı cihazlar, genellikle benzer prensiplere dayanır, ancak algılama doÄŸruluÄŸunu artırmak için ek bileÅŸenler kullanır. Optik parçacık sayaçları (OPC’ler), LSP’nin yüksek kaliteli varyantları olarak kabul edilir. OPC’ler, partikül madde yoÄŸunluÄŸunu belirlemek için ışık saçılımı prensibini kullanarak, hassas ve doÄŸru ölçümler yapabilen geliÅŸmiÅŸ sensörlerdir.

Optik Parçacık Sayaçları (OPC’ler) Nedir?

Gerçek zamanlı OPC’ler, hava kalitesi izleme pazarında giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Bu cihazlar, genellikle saçılma veya absorpsiyon gibi farklı optik prensiplere dayanır ve en yaygın kullanılanı ışık saçılımıdır. 

OPC’lerin temel prensibi, parçacık ışık kaynağından (genellikle bir lazer ışını) geçerken, gelen ışığın saçılmasına veya emilmesine neden olmasıdır. Bu saçılma veya emilme daha sonra bir fotodiyot tarafından algılanır ve gerçek zamanlı olarak parçacık sayısına ve kütle konsantrasyonu deÄŸerlerine dönüştürülmektedir.

Bu cihazların temel prensibi uygulama açısından basit görünebilir, ancak tüm OPC’ler aynı performansı göstermez. Ölçümlerinin kalitesi büyük ölçüde cihazların mühendisliÄŸine ve tasarımına baÄŸlıdır. Optik prensip, parçacık sayımı açısından genellikle iyi çalışır, ancak bu cihazlar genellikle PM kütle konsantrasyonunu tahmin etmek için kullanıldığından, parçacıkların farklı optik özelliklere (örneÄŸin, ÅŸekil ve renk) ve farklı kütle yoÄŸunluklarına sahip olmaları nedeniyle tahmin hatalarına duyarlı olabilir. Optik özelliklere duyarlı olan bu cihazlar, optik elemanların temiz kalması ve doÄŸru çalışması için uygun çevre koÅŸullarına ve kalibrasyona ihtiyaç duyabilir.

Airqoon Sensör Ãœniteleri – PM2.5 Ölçümleri

PM2.5 ölçümlerinde lazer saçılım sensör modelini kullanan airqoon üniteleri, ölçüm doÄŸruluÄŸunu artırmak amacıyla airqoon’un akıllı kalibrasyon iÅŸlemi ile donatılmıştır. Bu akıllı kalibrasyon iÅŸlemi, sensörün doÄŸruluÄŸunu optimize ederek güvenilir ve hassas ölçümler elde edilmesine olanak tanır.

Airqoon üniteleri düşük güç tüketimi sağlayarak enerji verimliliği sağlamaktadır. Uzun süreli pil ömrü veya güneş enerjisiyle çalışma olanağı, bu sensörlerin uzun süreli saha uygulamaları için uygun olmalarını sağlar. Ek olarak, uygun maliyeti ve kompakt boyutu, gerçek zamanlı kirlilik verilerinin daha geniş bir şekilde konuşlandırılmasını ve toplanmasını kolaylaştırır ve dolayısıyla kişisel maruziyetin büyük ölçekli izlenmesi ve kirliliğin mekansal haritalanması gibi uygulamalarda yararlı olmaktadır.

Kaynakça

Badura , M., Batog, P., Drzeniecka-Osiadacz, A., & Modzel, P. (2018). Ortam PM2.5 Ä°zleme için Düşük Maliyetli Sensörlerin DeÄŸerlendirilmesi. Sensörler Dergisi.

Concas, F., Mineraud, J., Lagerspetz, E., Varjonen, S., Liu, X., Puolamäki, K., . . . Tarkoma, S. (2021). Düşük Maliyetli Dış Hava Kalitesi Ä°zleme ve Sensör Kalibrasyonu: AraÅŸtırma ve Kritik Analiz. ACM Transactions on Sensor Networks (TOSN), 17(2), 1-44.

Dünya SaÄŸlık Örgütü. (2021). DSÖ Küresel Hava Kalitesi Yönergeleri: Partikül Madde (PM2.5 ve PM10), Ozon, Azot dioksit, Kükürt dioksit ve Karbon monoksit.

Feenstra, B., Papapostolou, V., Hasheminassab, S., Zhang, H., Boghossian, B., Cocker, D., & Polidori, A. (2019). Ortam Havası Ä°zleme Sahasında On Ä°ki Düşük Maliyetli PM2.5 Sensörünün Performans DeÄŸerlendirmesi. Atmospheric Environment, 216.

Lattanzio, L. (2021). Hava Kalitesi Ölçümleri İçin Partikül Madde Algılama. Sensirion.