Monitoreo de Partículas en el Aire - PM1

PM significa material particulado (también conocido como contaminación por partículas), una mezcla de partículas sólidas y gotitas líquidas prevalentes en el aire. El polvo, la tierra, el hollín y el humo son ejemplos de partículas grandes que pueden verse a simple vista. Para fines regulatorios de calidad del aire, estas partículas atmosféricas se definen por su diámetro.

PM1, o material particulado ultrafino con un diámetro de 1 micrón o menos, es un componente a menudo pasado por alto pero crítico al discutir la contaminación del aire. Estas partículas ultrafinas son tan pequeñas - aproximadamente 70 veces más delgadas que un cabello humano - que son demasiado pequeñas para ser detectadas por el ojo humano. Pueden penetrar fácilmente en los pulmones y hasta entrar en el torrente sanguíneo.

A primera vista, el material particulado puede parecer bastante simple de entender. Son solo polvo y pequeñas partículas flotando en el aire, ¿verdad? ¡No hay necesidad de sacar esos viejos libros de química de la secundaria para esto! Pero la realidad es que el material particulado es mucho más complejo de lo que parece. Sus impactos ambientales y en la salud son significativos, y es algo a lo que todos deberíamos prestar más atención. 

PM1 son partículas extremadamente finas y un subconjunto importante de PM2.5 que probablemente lleguen más profundo en el cuerpo que PM2.5. Lo que las hace aún más perjudiciales ya que pueden alcanzar otros órganos a través del torrente sanguíneo. Las partículas de PM1 en la atmósfera permanecen suspendidas en el aire debido a su masa negligible. Haciéndolas más susceptibles a la exposición. Debido a su tamaño muy pequeño, PM1 sufre diversas transformaciones debido a la coagulación, la condensación, la evaporación y/o la deposición en la atmósfera. Después de mucho tiempo, principalmente por activación en nubes y posterior precipitación, pueden ser finalmente eliminadas.

Entonces, ¿qué es exactamente el material particulado (PM1)? ¿De dónde proviene? Este artículo cubre información sobre PM1, sus fuentes en el aire ambiente, impacto en la salud y el medio ambiente, posibles medidas correctivas, la necesidad de monitores de PM1 y diferentes métodos de monitoreo de PM1.

Cuando pensamos en la contaminación del aire, generalmente imaginamos fábricas y centrales eléctricas como las principales fuentes. Si bien contribuyen a las partículas en suspensión, también hay muchas otras fuentes. De hecho, las partículas en suspensión pueden provenir tanto de fuentes primarias, como las emisiones, como de fuentes secundarias, donde las partículas se forman a través de reacciones químicas en el aire.

Las partículas en suspensión PM1 se emiten directamente desde una fuente (PM primaria) o se forman a través de reacciones químicas de gases como los óxidos de azufre (SOx), óxidos de nitrógeno (NOx), compuestos orgánicos, etc. en la atmósfera (PM secundario).

Las fuentes naturales de partículas en suspensión PM1 son aerosol marino, erosión del suelo, erupciones volcánicas e incendios forestales. 

Las fuentes antropogénicas de PM1 incluyen:

• La quema de combustibles fósiles como gasolina, aceite, diésel, carbón o madera, etc. 
• Procesos agrícolas
• Cocción y humo de cigarrillos. 
• Emisiones del escape de vehículos de motor, específicamente de diésel.
• Emisiones de plantas de energía y procesos de combustión industrial.

El PM1 secundario se forma generalmente a través de reacciones fotoquímicas de gases y condensación de vapores semivolátiles en la atmósfera. Por lo general, consiste en ácido sulfúrico, sulfatos de amonio y nitratos, compuestos orgánicos y una variedad de metales traza. 

¿Sabías esto? Cuando los neumáticos de los vehículos raspaban contra las superficies de la carretera, los neumáticos y la carretera se desgastan (Järlskog et al., 2022). Este proceso de desgaste libera pequeñas partículas en el aire (Harrison et al., 2021; Järlskog et al., 2022).

Impacto en la Salud

Las partículas en suspensión consisten en sólidos microscópicos o gotas de líquido que son lo suficientemente pequeñas como para ser inhaladas y causar problemas de salud importantes. Algunas partículas más pequeñas de 10 micrómetros de diámetro pueden penetrar profundamente en los pulmones e incluso entrar en el torrente sanguíneo. Entre las partículas finas, PM1 — aquellas con un diámetro de menos de 1 micrómetro — representan el mayor peligro para la salud debido a su capacidad para penetrar más profundamente en el sistema respiratorio.

Sin embargo, las partículas PM1, es decir, partículas con un diámetro < 1 μm, son tan pequeñas que pueden viajar más profundamente en los pulmones hacia los alvéolos (es decir, los pequeños sacos en los pulmones donde se intercambian O2 y CO2). Algunas partículas PM1 atraviesan las membranas celulares de los alvéolos, entran en el torrente sanguíneo y pueden llegar a otras partes del cuerpo. Pueden dañar las paredes internas de las arterias y pueden penetrar en los tejidos, potencialmente propagándose a través de los órganos y dañándolos. 

¿Estabas al tanto de esto? Un estudio de Harvard de 2021 encontró que la contaminación del aire por la quema de combustibles fósiles causó 10.2 millones de muertes adicionales en todo el mundo en 2012, y se estima que 350,000 muertes prematuras en los EE. UU. en 2018.

Cuando se inhalan durante períodos cortos, las PM1 irritan los ojos, la nariz, la garganta y las vías respiratorias superiores, provocando tos, estornudos y falta de aliento. Agravan enfermedades respiratorias ya presentes como el asma y pueden resultar en mortalidad prematura, bronquitis aguda y crónica, otros síntomas respiratorios, etc. 

La exposición a la contaminación por PM1 durante un largo período (es decir, meses o años) puede causar problemas respiratorios permanentes como asma, bronquitis crónica y enfermedades cardíacas, y provocar un crecimiento reducido de la función pulmonar en los niños. La exposición prolongada a PM1 contribuye a enfermedades graves como ataques cardíacos, cáncer de pulmón, edema, etc., lo que lleva a la muerte prematura.

Impacto Ambiental

Se ha encontrado que las partículas en suspensión en numerosos estudios científicos reducen la visibilidad al mismo tiempo que impactan negativamente el clima, los ecosistemas y los materiales. PM, principalmente PM2.5, afecta la visibilidad al alterar la forma en que la luz es absorbida y dispersada en la atmósfera. 

Con respecto al cambio climático, ciertos componentes de la mezcla de PM ambiental promueven el calentamiento global (por ejemplo, carbono negro). En contraste, otros tienen un efecto de enfriamiento (por ejemplo, nitratos y sulfatos), lo que resulta en que el PM ambiental tenga capacidades tanto de calentamiento como de enfriamiento. 

Además, el asentamiento de las partículas aéreas en plantas, suelo y ecosistemas acuáticos tiene efectos perjudiciales sobre ellos. Los compuestos metálicos y orgánicos reducen el crecimiento y el rendimiento de las plantas, mientras que la deposición de PM en los cuerpos de agua afecta su calidad y claridad. 

El paso principal es el monitoreo de partículas en el aire para identificar las áreas con altos niveles de partículas. Puedes utilizar alertas de calidad del aire para protegerte a ti mismo y a otros cuando el PM alcance niveles peligrosos. Además de esto, se pueden tomar las siguientes medidas correctivas: 

• Mira las lecturas de AQI local.
• Limita las actividades al aire libre y cierra ventanas y ventilaciones durante los momentos de alta contaminación del aire.
• Salta el ejercicio matutino si el AQI excede su límite.
• Usa una máscara contra la contaminación.
• Elimina el uso de la chimenea, estufa de leña, maquinaria de jardín o césped a gasolina.  
• Invierte en un sistema de monitoreo de calidad del aire.
• Come nutritivo: Comer una manzana no combatirá la contaminación, pero los alimentos ricos en antioxidantes como frutos rojos, nueces, verduras y aceites de pescado pueden ayudar a combatir el estrés oxidativo de la inhalación de PM2.5, reduciendo su impacto en nuestros cuerpos.
• Evita áreas con congestión de tráfico, actividades de construcción o caminos de tierra. Respirar aire contaminado de esta manera diariamente también tiene efectos en la salud a largo plazo. 

Los diferentes principios de funcionamiento para el monitoreo de partículas en el aire en el entorno ambiental son: Gravimétrico, Atenuación Beta (BAM) y Dispersión Láser. 

Método Gravimétrico de Alto Volumen - Los monitores de partículas en el aire basados en el principio gravimétrico toman aire ambiental durante 24 horas a un flujo constante a través de una entrada selectiva por tamaño que solo permite el paso de materia particulada con un diámetro aerodinámico de 1µm o menos. La materia particulada se recolecta en un filtro previamente pesado acondicionado a temperatura y humedad constantes. Después del período de muestreo de 24 horas, el filtro se acondiciona nuevamente bajo las mismas condiciones de temperatura y humedad y se pesa nuevamente. La diferencia en el peso corresponde a la masa recolectada en el filtro, que, junto con el caudal conocido, el período de muestreo y el volumen total del aire muestreado, se utiliza para calcular la concentración de PM1. 

Monitor de Atenuación Beta (BAM) - El monitoreo de partículas en el aire basado en el principio BAM mide la densidad de masa de partículas utilizando la atenuación de radiación beta. Las partículas en el aire ambiental que se introducen en el monitor de partículas en el aire se depositan en un filtro de banda de papel y están expuestas a rayos beta (es decir, electrones con energías en el rango de 0.01 a 0.1 MeV), que se atenúan en función de la masa particulada. El conteo beta disminuye con un aumento en la masa de PM1, que es registrado por el detector y convertido a concentración.

Dispersión Láser - El monitor de partículas en el aire basado en el principio físico de la dispersión de la luz, también conocido como contador de partículas óptico (OPC), mide las partículas de polvo iluminadas por luz láser en un ángulo de 90°. La luz dispersada de cada partícula se recoge a aproximadamente 90° mediante un espejo y se detecta mediante un foto-diodo. Esta señal se introduce luego en un clasificador de tamaño multicanal, donde se utiliza un analizador de altura de pulso para clasificar cada pulso que es proporcional al tamaño de la partícula. Los conteos en el canal correspondiente a PM1 se convierten a la concentración de PM1.

[Fuente de researchgate.net]

En Oizom, ofrecemos varios sensores de Material Particulado (PM), incluyendo PM1, PM2.5, PM10 y PM100, diseñados para un monitoreo preciso de la calidad del aire en diversos tamaños de partículas.

Nuestro módulo de sensor de Material Particulado está diseñado para medir con precisión las concentraciones de PM1, PM2.5, PM10 y PM100 en el aire ambiente, proporcionando datos en tiempo real sobre los niveles de material particulado atmosférico. La avanzada electrónica de soporte del sensor garantiza compacidad y fiabilidad, convirtiéndolo en una solución robusta para el monitoreo continuo de la calidad del aire.

Estos sensores funcionan con tecnología de dispersión láser con una entrada calentada para eliminar la humedad y asegurar datos precisos de calidad del aire. La integración de un ventilador de alta resistencia y láseres avanzados garantiza datos precisos y durabilidad, haciendo de estos sensores ideales para aplicaciones al aire libre que requieren información en tiempo real sobre la calidad del aire.

Estos avanzados módulos de sensor de material particulado se utilizan en nuestros sistemas de monitoreo de calidad del aire al aire libre, como Polludrone y AQBot. Además, estos módulos son un componente clave en nuestro monitor de polvo ambiental especializado Dustroid. Estos sensores versátiles se utilizan en una variedad de aplicaciones, incluyendo el monitoreo nacional de calidad del aire, evaluaciones de impacto en la salud ambiental, monitoreo en sitios de construcción, minería, ciudades inteligentes y proyectos de investigación sobre la calidad del aire. Al proporcionar datos de concentración de partículas en tiempo real, los módulos de sensor PM de Oizom apoyan una amplia gama de necesidades de monitoreo ambiental, asegurando datos precisos y fiables de calidad del aire para diversas aplicaciones.

Nuestros sensores de monitoreo de partículas están calibrados con estaciones de referencia, que albergan el Monitor de Atenuación Beta, BAM-1020, lo que mejora significativamente la precisión y fiabilidad de nuestros sensores, asegurando resultados de monitoreo de calidad del aire de alta calidad.

1. Compacto: Nuestros sensores son pequeños y fáciles de instalar, perfectos para su uso en cualquier espacio, lo que los convierte en ideales para el monitoreo portátil de la calidad del aire. Los sensores PM1 vienen pre-calibrados y pueden ser reemplazados rápidamente en solo unos minutos al retirar y reemplazar el sensor viejo por uno nuevo.
2. Duradero: El sensor PM tiene una vida útil esperada de 18 meses.
3. La medición de polvo por el principio de dispersión láser sobreestima los niveles de concentración de PM en condiciones de alta humedad en condensación. La precisión de los datos en tales condiciones se mantiene mediante la deshumidificación de la muestra de aire utilizando una entrada calentada. 
4. Reduce la humedad relativa de la muestra de aire en un 30-40%, eliminando su interferencia en la medición de partículas.
5. Los sensores PM funcionan sobre principios de dispersión basados en láser y algoritmos avanzados. 

• PM1 es una mezcla compleja de sólidos microscópicos y aerosoles que pueden pasar fácilmente a través de la nariz y la garganta, penetrar en lo profundo de los pulmones y entrar en el torrente sanguíneo, alcanzando otros órganos del cuerpo. 
• Las partículas en suspensión se emiten a la atmósfera desde los gases de escape de vehículos, centrales eléctricas y procesos de combustión como la quema de combustibles fósiles, desechos, etc. También se forman en la atmósfera por diversas reacciones químicas de otros contaminantes del aire como NOx y SOx. 
• Cuando se inhalan, irritan los ojos, la nariz, la garganta y las vías respiratorias y pueden penetrar en los tejidos, causando enfermedades graves como ataques al corazón, cáncer de pulmón, edema, etc., lo que lleva a una muerte prematura. , etc.  
• El monitoreo de partículas ultrafinas es una forma eficiente de detectar altas concentraciones de partículas en suspensión y prevenir exposiciones de alto nivel.

• Monitoreo en tiempo real de PM1 ayuda a determinar el índice de calidad del aire y a formular un plan de acción para controlar los altos niveles de contaminación por PM.