Диффузионная трубка — это научное устройство, которое пассивно отбирает образцы концентрации одного или нескольких газов в воздухе , обычно используется для мониторинга среднего уровня загрязнения воздуха в течение периода от нескольких дней до месяца. [1] Диффузионные трубки широко используются местными властями для мониторинга качества воздуха в городских районах, [2] в гражданских научных проектах по мониторингу загрязнения, реализуемых общественными группами и школами, [3] [4] и в закрытых помещениях, таких как шахты [5] и музеи. [6]
Диффузионная трубка состоит из небольшой, полой, обычно прозрачной, акриловой или полипропиленовой пластиковой трубки, длиной около 70 мм, с колпачками на каждом конце. Один из колпачков (белого цвета) либо полностью снимается для активации трубки (в случае отбора проб диоксида азота ), либо содержит фильтр, пропускающий только исследуемый газ. Другой колпачок (другого цвета) содержит металлические сетчатые диски, покрытые химическим реагентом, который поглощает исследуемый газ, когда он попадает в трубку. [7] Трубки, которые работают таким образом, также известны как трубки Палмса в честь их изобретателя, американского химика Эдварда Палмса, [8] [9], который описал использование такой трубки в качестве персонального датчика качества воздуха в 1976 году. [10]
Во время работы трубка открывается и вертикально крепится кабельными стяжками к чему-то вроде фонарного столба или дорожного знака, открытым концом вниз и закрытой цветной крышкой вверху. Контролируемый газ, который находится в более высокой концентрации в атмосфере, диффундирует в нижнюю часть трубки и быстро поглощается химической крышкой. По мере поглощения процесс диффузии продолжается. Через фиксированный период времени (обычно от двух недель до месяца) трубка запечатывается и отправляется в лабораторию для анализа. Атмосферную концентрацию изучаемого газа можно рассчитать, используя уловленное количество и законы диффузии Фика . [11]
Диффузионные трубки могут использоваться для отбора проб различных газов, включая оксиды азота ( диоксид азота и оксид азота ), диоксид серы , аммиак и озон . Хотя трубки, отбирающие пробы этих газов, работают через один и тот же процесс молекулярной диффузии, существуют важные различия. Например, трубки диоксида азота используют триэтаноламин, ТЭА, в качестве поглощающего (реагента) химиката, в то время как трубки сероводорода непрозрачны (а не прозрачны), чтобы предотвратить разрушение химикатов внутри ультрафиолетовым светом . Некоторые типы трубок могут отбирать пробы нескольких газов одновременно.
Диффузионные трубки достаточно точны, относительно дешевы, просты в использовании, чрезвычайно компактны, пассивны (им не нужен источник питания) и имеют довольно длительный срок хранения; при правильном размещении их можно размещать практически где угодно, в помещении или на открытом воздухе. [6] [12] Они дают разумное представление о долгосрочной средней концентрации загрязняющего газа, такого как диоксид азота, и позволяют легко сравнивать средние уровни загрязнения в разных местах или в разное время. Часто ряд трубок монтируется в одном и том же месте в течение последовательных месяцев в году, чтобы обеспечить более долгосрочные сравнения уровней загрязнения. Местные власти также часто устанавливают несколько трубок в разных местах в течение одного и того же периода времени, чтобы можно было определить очаги загрязнения в городах.
Поскольку диффузионные трубки предназначены для того, чтобы оставаться на месте в течение нескольких дней или недель, они не показывают краткосрочные колебания изучаемого загрязняющего вещества, такие как повышение и понижение уровня газа в течение дня, разницу между одним днем и следующим или между буднями и выходными, или количество раз, когда уровни загрязнения превышаются, пока они находятся на месте. Они также намного менее точны, чем высокочувствительное автоматизированное контрольное оборудование, используемое в кабинах для мониторинга загрязнения на обочинах дорог. Источниками неточности являются турбулентность воздуха (вызванная такими вещами, как движение ветра или кондиционеры), загрязнение от систем вентиляции зданий, ультрафиолетовый свет (теоретически поглощаемый пластиковой трубкой) и другие загрязняющие вещества. [7]