El pasado mayo, El Ayuntamiento de París lanzó "Pollutrack", una flota de microsensores colocados en los techos de los vehículos que circulan por la capital para medir el nivel de partículas finas presentes en el aire en tiempo real. Un año antes Rennes propuso que los residentes participen en la evaluación de la calidad del aire a través de sensores individuales.

Por muchos años, se han observado regularmente altas concentraciones de partículas finas en Francia, y la contaminación del aire se ha convertido en un importante problema de salud. Cada año en Francia, 48, 000 muertes prematuras están relacionadas con la contaminación del aire.

El invierno de 2017 fue un excelente ejemplo de este fenómeno, con niveles diarios que alcanzan hasta 100 µg / m ³ en ciertas áreas, y con condiciones estancadas durante varios días debido a los patrones climáticos fríos y anticiclónicos.

Pollutrack:des capteurs de pollution sur des véhicules établissent une carte de la pollution à Paris https://t.co/dmlQJmdAWk pic.twitter.com/OfRT7QIni2

- Vivre Paris (@vivreparis) 29 de mayo, 2017

Un boceto policial de la partícula fina.

Una partícula fina (material particulado, PM abreviado) se caracteriza por tres factores principales:su tamaño, naturaleza y concentración.

Su tamaño, o más bien su diámetro, es uno de los factores que incide en nuestra salud:los PM10 tienen un diámetro que va de los 2,5 a los 10μm; PM2.5, un diámetro inferior a 2,5 μm. A modo de comparación, una partícula es aproximadamente de 10 a 100 veces más fina que un cabello. Y este es el problema:cuanto más pequeñas son las partículas que inhalamos, cuanto más profundamente penetran en los pulmones, que conduce a una inflamación de los alvéolos pulmonares, así como el sistema cardiovascular.

La naturaleza de estas partículas finas también es problemática. Están formados por una mezcla de sustancias orgánicas y minerales con diversos grados de peligrosidad:el agua y el carbono forman la base alrededor de la cual se condensan los sulfatos, nitratos, Alérgenos, metales pesados ​​y otros hidrocarburos con propiedades cancerígenas comprobadas.

En cuanto a su concentración, cuanto mayor sea en términos de masa, mayor es el riesgo para la salud. La Organización Mundial de la Salud recomienda no exceder la exposición personal de 25 μg / m ³ para el PM2.5 como un promedio de 24 horas y 50 μg / m ³ para el PM10. En años recientes, se han superado constantemente los umbrales, especialmente las grandes ciudades.

Los humanos no son los únicos afectados por el peligro de estas partículas finas:cuando se depositan, Contribuyen al enriquecimiento de los entornos naturales, que también puede conducir a la eutrofización, un fenómeno en el que cantidades excesivas de nutrientes, como el nitrógeno transportado por las partículas, se depositan en el suelo o el agua. Esto puede provocar la proliferación de algas que pueden asfixiar los ecosistemas locales. Además, debido a la reacción química del nitrógeno con el medio ambiente circundante, la eutrofización generalmente conduce a la acidificación del suelo. El suelo que es más ácido se vuelve drásticamente menos fértil:la vegetación se agota, y lenta pero inexorablemente, las especies mueren.

¿De dónde vienen?

Las emisiones de partículas finas se originan principalmente en actividades humanas:el 60% de las PM10 y el 40% de las PM2,5 se generan a partir de la combustión de madera. especialmente por el calentamiento de la chimenea o la estufa, Entre el 20% y el 30% proceden del combustible para automóviles (el diésel es el número uno). Finalmente, casi el 19% de las emisiones nacionales de PM10, y el 10% de las emisiones de PM2.5 resultan de las actividades agrícolas.

Para ayudar a las autoridades públicas a limitar y controlar estas emisiones, la comunidad científica debe mejorar la identificación y cuantificación de estas fuentes de emisiones, y deben comprender mejor su variabilidad espacial y temporal.

Lecturas complejas y costosas

Hoy dia, Las lecturas de partículas finas se basan principalmente en dos técnicas.

Primero, se toman muestras de los filtros; estos se toman después de un día entero y luego se analizan en un laboratorio. Aparte del hecho de que los datos se retrasan, el equipo analítico utilizado es costoso y complicado de utilizar; se requiere un cierto nivel de experiencia para interpretar los resultados.

La otra técnica consiste en realizar mediciones en tiempo real, utilizando herramientas como el Etalómetro de longitud de onda múltiple AE33, un dispositivo que es relativamente caro, a más de 30 €, 000, pero tiene la ventaja de proporcionar mediciones cada minuto o incluso menos de un minuto. También es capaz de monitorear el carbono negro (BC):puede identificar las partículas que se originan específicamente a partir de reacciones de combustión. También vale la pena mencionar el monitor de especiación química en aerosol (ACSM), ya que permite identificar la naturaleza de las partículas, y toma medidas cada 30 minutos. Sin embargo, su costo de 150, 000 euros significa que el acceso a este tipo de herramientas está limitado a expertos de laboratorio.

Dado su costo y nivel de sofisticación, Hay un número limitado de sitios en Francia que están equipados con estas herramientas. Gracias a estas simulaciones, el análisis de promedios diarios permite crear mapas con una cuadrícula de 50 km por 50 km.

Dado que estos medios de medición no permiten establecer un mapa en tiempo real con escalas espacio-temporales más finas, en términos de km ² y minutos:los científicos han comenzado recientemente a buscar nuevas herramientas:microsensores de partículas.

¿Cómo funcionan los microsensores?

Pequeña, luz, portátil, barato, fácil de usar, conectados ... los microsensores parecen ofrecer muchas ventajas que complementan la gama de técnicas analíticas pesadas mencionadas anteriormente.

Pero, ¿qué tan creíbles son estos nuevos dispositivos? Para responder a esta pregunta, necesitamos mirar sus características físicas y metrológicas.

En el presente, varios fabricantes compiten por el mercado de microsensores:el Alphasense británico, el chino Shinyei y el fabricante estadounidense, Honeywell. Todos utilizan el mismo método de medición:detección óptica mediante diodo láser.

El principio es simple:el aire, aspirado por el ventilador, fluye a través de la cámara de detección, que está configurado para eliminar las partículas más grandes, y retiene solo las partículas finas. El aire, cargado de partículas, fluye a través de la señal óptica emitida por el diodo láser, cuyo haz es difractado por una lente.

Un fotodetector colocado frente al haz emitido registra la disminución de la luminosidad causada por las partículas que pasan, y cuenta el número por rangos de tamaño. La señal eléctrica del fotodiodo se transmite luego a un microcontrolador que procesa los datos en tiempo real:si se conoce el caudal de aire, Entonces se puede determinar el número de concentración, y luego la misa, basado en los rangos de tamaño, como se ve en la figura siguiente.

Desde la versión más básica hasta la totalmente integrada (incluido el software de adquisición y procesamiento de datos, y transmisión de medidas a través de la computación en la nube), el precio puede oscilar entre 20 y 1, 000 euros para los sistemas más elaborados. Esto es muy asequible, en comparación con las técnicas mencionadas anteriormente.

¿Podemos confiar en los microsensores?

Primero, Cabe señalar que estos microsensores no proporcionan ninguna información sobre la composición química de las partículas finas. Solo las técnicas descritas anteriormente pueden hacer eso. Sin embargo, el conocimiento de la naturaleza de las partículas proporciona información sobre su origen.

Es más, el sistema de microsensor utilizado para separar partículas por tamaño suele ser rudimentario; Las pruebas de campo han demostrado que, si bien las partículas más finas (PM2.5) se controlan bastante bien, a menudo es difícil extraer la fracción PM10 sola. Sin embargo, las partículas más finas son precisamente las que más afectan nuestra salud, por lo que esta deficiencia no es problemática.

En términos de límites de detección / cuantificación, cuando los sensores son nuevos, es posible alcanzar umbrales razonables de aproximadamente 10 µg / m ³ . También tienen niveles de sensibilidad entre 2 y 3 µg / m ³ (con una incertidumbre de aproximadamente el 25%), que es más que suficiente para monitorear la dinámica de cómo cambian las concentraciones de partículas en el rango de concentración de hasta 200 µg / m ³ .

Sin embargo, tiempo extraordinario, Los detectores ópticos y fluídicos de estos sistemas tienden a obstruirse, conduciendo a errores en los resultados. Por lo tanto, los microsensores deben calibrarse regularmente conectándolos a datos de referencia, como los datos publicados por las agencias de control de la contaminación del aire.

Por lo tanto, este tipo de herramienta es ideal para un diagnóstico instantáneo y semicuantitativo. La idea no es proporcionar una medición extremadamente precisa, sino más bien informar sobre los cambios dinámicos en la contaminación del aire por partículas en una escala con niveles bajos / medios / altos. Debido al bajo costo de estas herramientas, se pueden distribuir en grandes cantidades en el campo, y por lo tanto ayudar a proporcionar una mejor comprensión de las emisiones de material particulado.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.