大気汚染測定

受動装置は比較的単純で低コストです。^{[ 7 ]}周囲の空気のサンプルを吸収したり、その他の方法で受動的に収集したりすることで機能し、その後、実験室で分析する必要があります。最も一般的な受動測定の形態の 1 つは拡散管で、実験室の試験管に似ており、1 つまたは複数の特定の汚染ガスを吸収するために、街灯柱などに固定されます。一定時間後、管は取り外され、分析のために実験室に送られます。最も古い汚染測定形態の 1 つは堆積ゲージで、別のタイプの受動装置です。^{[ 8 ]}これらは、すすやその他の微粒子を収集し、サンプリングボトルに排出する大きな漏斗で、これもまた実験室で分析する必要があります。^{[ 8 ]}

アクティブ測定装置は自動化または半自動化されており、受動装置よりも複雑で高度な傾向がありますが、必ずしも感度や信頼性が高いとは限りません。^{[ 7 ]}ファンを使用して空気を吸い込み、ろ過し、その場で自動的に分析するか、収集して保存し、後で実験室で分析します。アクティブセンサーは、物理的または化学的方法のいずれかを使用します。^{[ 9 ]}物理的方法は、たとえば、特定の波長の光をどれだけ吸収するかを見ることによって、空気サンプルを変化させずに測定します。化学的方法は、化学反応によってサンプルを何らかの方法で変化させ、それを測定します。ほとんどの自動空気質センサーは、アクティブ測定の例です。^{[ 6 ]}

一方の極端な例としては、Air Quality EggやPurpleAirのような、小型で安価な携帯型（場合によってはウェアラブル）のインターネット接続型大気汚染センサーがあります。 ^{[ 10 ]}これらは粒子状物質やガスを常にサンプリングし、スマートフォンアプリで分析できる、中程度の精度でほぼリアルタイムの測定値を生成します。^{[ 11 ]}これらのデータは、単独で、または他の汚染データと組み合わせて、広範囲にわたる汚染マップを作成するために、クラウドソーシング方式で使用することもできます。 ^{[ 12 ] [ 13 ]}これらは屋内環境と屋外環境の両方で使用でき、大部分はオゾン、粒子状物質、一酸化炭素、二酸化硫黄、二酸化窒素という5つの一般的な大気汚染物質の測定に重点を置いています。^{[ 14 ]}ラドンガスやホルムアルデヒドなどのあまり一般的ではない汚染物質を測定するものもあります。^{[ 15 ]}

このようなセンサーはかつては高価でしたが、2010年代には、個人が装着して地域の空気質レベルを監視できる安価な携帯型デバイスへの傾向が見られ、これらは現在では非公式に低コストセンサー（LCS）と呼ばれることもあります。^{[ 10 ] [ 16 ]}欧州委員会の共同研究センターによる最近のレビューでは、77の異なるメーカーによって製造された112の例が特定されました。^{[ 17 ]}

個人用センサーは、個人やコミュニティが大気汚染への曝露環境やリスクをよりよく理解するのに役立つ。^{[ 18 ]}例えば、UCSDのウィリアム・グリスウォルドが率いる研究グループは、16人の通勤者に携帯型大気汚染センサーを配布し、建物が汚染物質を閉じ込める「都市の谷」を発見した。このグループはまた、バスの乗客は自動車の乗客よりも曝露量が多いことも発見した。^{[ 19 ]}

場所から場所へと持ち運ばれる低コストのモニターとは異なり、固定式モニターは特定の都市部の空気質を継続的にサンプリングして測定します。混雑した鉄道駅などの公共の場所では、二酸化窒素やその他の汚染物質のレベルを測定するために、プラットフォームの横に常設のアクティブ空気質モニターが設置されている場合があります。^{[ 20 ]}一部の固定式モニターは、地域の空気質に関する即時フィードバックを提供するように設計されています。ポーランドのEkoSłupek空気モニターは、さまざまな汚染ガスと粒子状物質を測定し、上部に小さなランプがあり、近くの空気の健康状態を示すために赤から緑に色が変わります。^{[ 21 ]}

IoT（モノのインターネット）ベースの空気質センサーの普及が進むにつれ、職場や産業環境における継続的なリアルタイム監視の利用が拡大している。これらのシステムは、粒子状物質（PM _1.0、PM _2.5、PM ₁₀）と二酸化炭素（CO ₂）、ホルムアルデヒド、総揮発性有機化合物（TVOC）などのガス状汚染物質を同時に測定できるため、汚染ホットスポットの特定が可能になり、職場での曝露評価や排出制御戦略をサポートできる。エクアドルのトゥングラワにある産業施設で実施された研究では、IoTベースの監視が産業部門間の汚染物質濃度の違いを検出するのに有効であることが実証され、労働者の健康を守り、環境管理を改善するためのツールとしての価値が強調されている。^{[ 22 ]}

低コストのセンサーとは正反対の極にあるのが、大規模で非常に高価な固定式の路上監視ステーションで、地方自治体のために都市の大気によく見られるさまざまな汚染物質を常にサンプリングし、ロンドン大気質ネットワーク^{[ 23 ]}や、より広範な英国のネットワークである自動都市農村ネットワーク (AURN) ^{[ 24 ]}などの大都市監視システムを構成しています。 米国では、EPA が大気質システム (AQS) を通じて大気質データのレポジトリを維持しており、10,000 を超えるモニターからのデータを保存しています。^{[ 25 ]}欧州環境庁は、大陸全体に 3,500 の監視ステーションから大気質データを収集しています。^{[ 26 ]}

このようなセンサーによる測定ははるかに正確で、ほぼリアルタイムであり、大気質指数（AQI）の生成に使用されます。大規模な固定式センサーと小型のウェアラブルセンサーという2つの極端な間には、中型のポータブルモニター（大型の車輪付きケースに取り付けられている場合もあります）や、「スモッグモバイル」サンプリングトラックに組み込まれているものもあります。^{[ 27 ]}

近年、タクシー、バス、路面電車などの車両に搭載されたセンサーを利用した走行式大気汚染検知システムが、大気質モニタリングの有望なアプローチとして登場している。^{[ 28 ]}特にバスは、その普及率の高さと地理的なカバー範囲の広さから、移動式検知プラットフォームとして大きな注目を集めている。^{[ 29 ]}

大気質は、ライダー^{[ 30 ]} 、ドローン^{[ 31 ]}、衛星などを用いて、ガスフィルター相関法^{[ 32 ]}などの方法で、空中から遠隔的に測定することもできます。衛星による汚染監視の初期の取り組みとしては、 1995年にESAの欧州リモートセンシング衛星（ERS-2）から地球規模（対流圏）のオゾン濃度を測定したGOME（Global Ozone Monitoring Experiment） ^{[ 33 ]や、同じく1990年代に地球の下層大気における一酸化炭素の分布を測定したNASAのMAPS（Mapping Pollution with Satellites） [ 34 ]}などがあります。

20世紀後半まで、煙突などから発生する煤の量は、さまざまな濃淡の灰色を示す線が引かれたカードを掲げて、目視で比較的粗雑に測定されることが多かった。これらは、発明者のマックス・リンゲルマンにちなんでリンゲルマンチャートとして知られ、6段階のスケールで煙を測定した。^{[ 35 ]}

現代の汚染監視ステーションでは、粗大粒子（PM ₁₀）と微粒子（PM _2.5）は、収集された粒子が蓄積するにつれて振動するガラス管をベースとしたテーパーエレメント振動マイクロバランス（TEOM）と呼ばれる装置を使用して測定されます。粒子は、光サンプルからの反射光を測定する光学光検出器（粒子が大きいほど多くの光を反射する）や重量分析（フィルターに収集して重量を測定する）など、他の種類の粒子状物質サンプラーを使用して測定することもできます。 ^{[ 36 ]}ブラックカーボンは通常、エーサロメータータイプの機器を使用して光学的に測定されます。^{[ 37 ]}

超微粒子（PM _0.1より小さい、つまり一般的に直径 100 ナノメートル未満）は、これらの技術の一部では検出および測定が困難です。通常、超微粒子は凝縮粒子カウンターで測定（またはカウント）されます。凝縮粒子カウンターは、蒸気を粒子上に凝縮させて、より大きく、はるかに検出しやすい液滴にすることで、粒子を効果的に拡大します。^{[ 38 ] [ 39 ]}

粒子状試料の原子組成は、X線分光法などの技術で測定することができる。^{[ 40 ]}

二酸化窒素（NO₂ ) は拡散管を用いて受動的に測定できますが、サンプルの採取、分析、結果の取得に時間がかかります。 ^{[ 41 ] [ 42 ]} ISO6768:1998に規定されているGriess-Saltzman 法^{[ 43 ] [ 44 ]}またはJacobs-Hocheiser 法^{[ 45 ]}によって手動または自動で測定できます。

また、化学発光分析装置を使えば、窒素酸化物が発する光から濃度を測定することで、より迅速に自動測定することも可能です。例えば、英国には200か所以上のNO測定地点があります。₂は化学発光によって継続的に監視される。 ^{[ 46 ]}

二酸化硫黄（SO ₂ ）は蛍光分光法で測定されます。これは、空気のサンプルに紫外線を照射し、発生した蛍光を測定するものです。^{[ 47 ]}吸収分光光度計もSO ₂の測定に使用されます。フレーム光度計は、空気中の他の硫黄化合物の測定に使用されます。^{[ 48 ]}二酸化硫黄の古い測定方法では、空気サンプルをヨウ素、過酸化水素、またはテトラクロロ水銀酸ナトリウムまたはカリウムを含むガラス瓶に通していました。^{[ 49 ] [ 50 ]}

一酸化炭素（CO）と二酸化炭素（CO₂ _）は、ベール・ランバートの法則に基づく非分散型赤外線（NDIR）光吸収によって測定される。^{[ 51 ]} COは、家庭用一酸化炭素検出器に使用されている電気化学ゲルセンサーや金属酸化物半導体（MOS）検出器を使用して測定することもできる。^{[ 52 ]}

オゾン（O ₃）は、周囲の空気のサンプルがどれだけの光を吸収するかを見ることによって測定されます。^{[ 53 ]}ビール・ランバートの法則によれば、オゾンの濃度が高いほど、より多くの光を吸収します。

これらはガスクロマトグラフィーとフレームイオン化（GC-FID）を用いて測定される。^{[ 54 ]}

炭化水素はガスクロマトグラフィーと水素炎イオン化検出器で測定できます。^{[ 55 ] [ 56 ]}メタン（CH4）の個別の測定値として表されることもあります。₄ ）、NMHC（非メタン炭化水素）、およびTHC（総炭化水素）排出量（THCはCHの合計₄および NMHC 排出量）。 ^{[ 55 ]}

アンモニア（NH）₃ ) 化学発光を含む様々な方法で測定することができる。 ^{[ 57 ]}