เรื่องต่างๆ ของชีววิทยา

ลำดับตอนที่ #10 : การตรวจวัดสารมลพิษทางอากาศ

(1) การตรวจวัดสารมลพิษทางอากาศในบรรยากาศ

การวัดความเข้มข้นของสารมลพิษทางอากาศในบรรยากาศแบ่งเป็น 2 ชนิด คือ แบบที่ใช้อ้างอิง (reference) และแบบเทียบเท่า (equivalent) และยังแบ่งออกเป็นอีก 2 กลุ่ม คือ วิธีวิเคราะห์ด้วยมือหรือโดยสารเคมีหรือในห้องปฏิบัติการ (manual) และแบบที่ใช้เครื่องมือวิเคราะห์อย่างต่อเนื่อง (automated) วิธี manual เป็นการวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ จะต้องมีวิธีการและขั้นตอนตามที่กำหนดไว้โดยจะต้องปฏิบัติตามวิธีนั้นๆ อย่างเคร่งครัด แต่สำหรับวิธี automated ชื่อวิธีที่กำหนดไว้เป็นเพียงหลักการในการวิเคราะห์เท่านั้น

พารามิเตอร์	วิธีตรวจวิเคราะห์
ฝุ่นทั้งหมด (TSP)	High-Volume Air Sampling/ Gravimetric
ฝุ่นที่มีขนาดเล็กกว่า 10 ไมครอน (PM –10)	High-Volume Air Sampling/ Gravimetric
ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์	Midget Impinger/ Pararosaniline / Fuorescence
ก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์	Midget Impinger/ Sodium Arsenite / Chemiluminescence
ก๊าซคาร์บอนมอนอนอกไซด์	NDIR หรือ Gas filter correlation
สารตะกั่ว	High-Volume Air Sampling/ AA

(2) การตรวจวิเคราะห์คุณภาพอากาศจากแหล่งกำเนิด

พารามิเตอร์	วิธีตรวจวิเคราะห์
ฝุ่น (TSP)	Isokinetic stack sampling technique/ Gravimetric
ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์	Midget Impinger/ Titration
ก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์	Vacuum Flask/ Spectrophotometer
ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์	Gas sampling bag/ CO Analyzer (NDIR)
สารมลพิษอื่น ๆ	การตรวจวัดตามวิธีมาตรฐาน

 (3) การตรวจวิเคราะห์คุณภาพอากาศในสถานประกอบการและที่ตัวบุคคล

การตรวจวัดฝุ่น

ฝุ่น หรืออนุภาคสารแขวนลอยทั้งหมด (Total Suspended Particulate, TSP) และฝุ่นที่มีขนาดเล็กกว่า 10 ไมครอน (PM - 10) มีวิธีการเฉพาะเป็นวิธี manual เป็นวิธีอ้างอิง มีอุปกรณ์เก็บเรียกว่า high - volume อุปกรณ์เก็บตัวอย่างจะมีองค์ประกอบสำคัญคือ ปั้มดูดอากาศ และอุปกรณ์บันทึกอัตราการไหลหรืออุปกรณ์ควบคุมอัตราการไหลอย่างไดอย่างหนึ่ง การเก็บตัวอย่างฝุ่น (TSP) อากาศจะดูดผ่านแผ่นกรอง ในอัตราการไหล 40-60 ลูกบาศก์ฟุตต่อนาที ให้ฝุ่นที่มีขนาด 0.3 - 100 ไมครอน ถูกดักไว้ที่แผ่นกรองชนิด glass fiber filter หรือ membrane filter ความเข้มข้นของฝุ่นในบรรยากาศ (ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร) จะคำนวณได้จากปริมาณของฝุ่นบนกระดาษกรองที่ชั่งได้กับปริมาตรของอากาศที่ผ่านแผ่นกรองดังกล่าว โดยปกติจะเก็บตัวอย่างต่อเนื่องตลอดเวลา 24 ชั่วโมง จะทำให้ได้ตัวอย่างฝุ่นที่พอเพียงในการวิเคราะห์ แม้ว่าในอากาศจะมีฝุ่นอยู่เพียง 1 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร ก็ตามอุปกรณ์เก็บตัวอย่าง High - Volume

อุปกรณ์เก็บตัวอย่างฝุ่น High - Volume

อุปกรณ์ PM - 10

อุปกรณ์ PM - 10 มีพื้นฐานการทำงานเหมือนกับอุปกรณ์ high - volume แต่จะมีขั้นตอนการกำจัดอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า 10 ไมครอน ก่อนที่อากาศจะถูกดึงผ่านตัวกรอง การออกแบบได้อาศัยหลักการของการชน (impaction) และการตกสู่พื้น (settling chamber) ฝุ่นที่มีขนาดเล็กกว่า 10 ไมครอนเท่านั้นที่จะตกอยู่บนกระดาษกรอง

อุปกรณ์เก็บตัวอย่างฝุ่น PM - 10

วิธีการวัดฝุ่นที่มีขนาดเล็กกว่า 10 ไมครอน ด้วยระบบ Beta ray absorption

ระบบ Beta ray absorption หรือ Beta-guage attenuator หมายถึง การตรวจวัดฝุ่นอย่างต่อเนื่อง โดยเมื่อดูดอากาศเข้ามาในระบบ ฝุ่นจะตกลงมาบนกระดาษกรอง และจะมีแหล่งกำเนิดของรังสีเบต้า ซึ่งเป็นรังสีพลังงานต่ำฉายผ่านกระดาษกรอง ซึ่งจะหาความสัมพันธ์ของปริมาณรังสีที่ฉายและรังสีที่ผ่านกระดาษกรองออกมาเมื่อไม่มีและเมื่อมีฝุ่นละอองเกาะอยู่ และนำไปเทียบหาความเข้มข้นของฝุ่นละอองที่ตรวจวัด

การตรวจวัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในบรรยากาศ

วิธีการตรวจวัดค่าซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO₂) ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน ใช้วิธีการตรวจวัดตามวิธีการมาตรฐานและวิธีการเทียบเท่าซึ่งกำหนดโดยองค์กรพิทักษ์สิ่งแวดล้อมของประเทศสหรัฐอเมริกา (US.EPA) ซึ่งกำหนดวิธีการวัด SO₂ โดยวิธีพาราโรซานิลีน (Pararosaniline) เป็นวิธีการมาตรฐาน และวิธียูวี ฟลูออเรสเซนซ์ (UV-Fluorescence) เป็นวิธีเทียบเท่า

วิธีพาราโรซานิลีน

หลักการของวิธีพาราโรซานิลีน เป็นการวัดค่าก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ โดยการดูดตัวอย่างอากาศผ่านสารละลายโพแทสเซียม เตตร้าคลอโรซัลไฟโตเมอคิวเรท (Potassium tetrachlorosulfitomercurate ; TCM) ซึ่งจะเกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อนไดคลอโรซัลไฟโตเมอคิวเรท (Dichorosulfitomercurate complex) และเมื่อทำปฏิกิริยากันสารพาราโรซานิลีน และฟอร์มัลดีไฮด์ (Formaldehyde) จะเกิดเป็นสีของกรดพาราโรซานิลีน เมทธิล ซัลโฟนิค (Pararosaniline Methyl sulfonic Acid) และทำการวัดความสามารถในการดูดแสดงที่ความยาวคลื่น 548 นาโนเมตร

วิธียูวี ฟลูออเรสเซนซ์

วิธียูวี ฟลูออเรสเซนซ์ มีหลักการว่า SO₂ เมื่อถูกกระตุ้นโดยแสงอัลตราไวโอเลตจะมีพลังงานเพิ่มขึ้นในสภาพ excited state แล้วจะกลับสู่ ground state อย่างรวดเร็วพร้อมกับคายพลังงานแสงออกมาอีกช่วงความถี่หนึ่ง แสงนั้นเรียกว่า ฟลูออเรสเซนซ์ แล้วจึงใช้ Photomultiplier tube ตรวจวัดและแปลงสัญญาณเป็นความเข้มข้น

การวิเคราะห์ก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์

วิธีการตรวจวัดก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO₂) ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันในประเทศต่างๆและในประเทศไทย ใช้วิธีการตรวจวัดตามวิธีการมาตรฐาน และวิธีการเทียบเท่าซึ่งกำหนดโดยองค์กรพิทักษ์สิ่งแวดล้อม ของประเทศสหรัฐอเมริกา (US.EPA) ซึ่งกำหนดวิธีการวัด NO₂ ด้วยระบบเคมีลูมิเนสเซนส์ (Chemiluminescence) เป็นวิธีการมาตรฐาน และวิธีการทางเคมีวิธีโซเดียม อาร์ซีไนต์ (Sodium - Arsenite) และวิธี TGA - ANSA เป็นวิธีการเทียบเท่า

หลักการเคมีลูมิเนสเซนส์

หลักการเคมีลูมิเนสเซนส์ อาศัยให้เครื่องตรวจวัดออกไซด์ของไนโตรเจนรวม (NO_x) และไนตริกออกไซด์ (NO) ก่อน แล้วจึงนำค่าทั้งสองมาหักออกจากกันก็จะได้ค่า NO₂ ในขั้นแรกจะตรวจวัด NO ก่อนโดยอาศัยหลักการที่ NO ทำปฏิกิริยากับ O₃ แล้วให้ NO + O₂ โดยที่ NO₂ ที่เกิดขึ้นส่วนหนึ่งจะอยู่ในรูป electronicically - excited state (NO*) และกลับสู่ ground state ทันทีพร้อมกับคายพลังงานแสง (photon) ออกมา พลังงานแสงที่ออกมานี้จะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปริมาณ NO ซึ่งสามารถตรวจวัดปริมาณได้โดย photomultiplier tube สำหรับการตรวจวัด NO_x ก็ทำได้โดยการเปลี่ยนออกไซด์ของไนโตรเจนตัวอื่น ๆ ให้กลายเป็น NO แล้ววัดปริมาณ NO ทั้งหมด ซึ่งจะมีค่าเท่ากับค่าออกไซด์ของไนโตรเจนทั้งหมด จากนั้นวงจรอิเล็คโทรนิคในเครื่องมือวัดก็จะคำนวณค่า NO₂ ได้โดยนำค่า NO_x หักออกจากค่า NO_x

วิธี Sodium Arsenite

การวิเคราะห์หาปริมาณของก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ด้วยวิธี Sodium Arsenite มีหลักการดังนี้ คือ เมื่อดูดตัวอย่างอากาศที่ต้องการตรวจวัด NO₂ ผ่านเข้ามาในสารละลาย Sodium hydroxide กับ Sodium arsenite แล้วจะเกิดเป็น nitrite ion (NO₂^- ) ขึ้น โดยปริมาณที่เกิดขึ้นนี้สารมารถตรวจวัดได้โดยวัดการดูดกลืนคลื่นแสงที่ความยาวคลื่นแสง 540 นาโนเมตร หลักจากได้ทำปฏิกิริยากับ Phosphoric acid, Sulfanilamide และ N - (1 - napthyl) ethylene diamine dichydrochloride แล้ว

วิธี TGA-ANSA

การวิเคราะห์หาปริมาณของก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ด้วยวิธี TGA-ANSA เป็นวิธีการตรวจวัดก๊าซโดยใช้สารเคมี โดยการดูดอากาศผ่านสารละลาย Triethanolamine, Sodium metbisulfite ก๊าซ NO₂ จะทำปฏิกิริยากับสารเคมีเกิด nitrate ion ซึ่งสามารถตรวจวัดได้โดยให้ ion ทำปฏิกิริยากับสาร Sulfanilamide และ 8 - Anilino - 1 - naphtalenesulfonic Acid Ammonium Salt (ANSA) ซึ่งจะเกิดเป็นสารละลายที่มีสีและสามารถดูดกลืนคลื่นแสงได้ที่ความยาวคลื่น 550 นาโนเมตร

วิธีการตรวจวัดความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์

วิธีการตรวจวัดความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันในต่างประเทศและประเทศไทย ใช้วิธีการตรวจวัดตามมาตรฐาน และวิธีการเทียบเท่าเป็นการวัดด้วยเครื่องมือตรวจวัดอัตโนมัติ (automatic) ไม่มีวิธี manual ซึ่งกำหนดวิธีการวัดก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) โดยระบบเอนดีไออา (Non Dispersive Infrared Detection: NDIR) เป็นวิธีมาตรฐาน

หลักการ NDIR

หลักการทำงานของเครื่อง NDIR ใช้หลักการที่ว่า รังสีอินฟราเรด (Infared) จะถูกดูดกลืนด้วยสารต่างชนิดไม่เท่ากัน สารต่างชนิดกันจะดูดกลืนรังสีอินฟราเรดที่ความยาวคลื่นต่างกัน ดังเช่น คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) จะดูดกลืนรังสีอินฟราเรดที่ความยาวคลื่น 4 ถึง 4.5 ไมครอน และคาร์บอนมอนอกไซด์ จะดูดกลืนรังสีอินฟราเรดที่ความยาวคลื่น 4.5 ถึง 5 ไมครอน การตรวจวัดจะทำการดูดก๊าซที่ต้องการวัดผ่านเข้าไปในหลอด ซึ่งฉายแสง IR ตลอดเวลา ถ้าก๊าซมี CO อยู่ จะทำการดูดกลืนรังสี IR ซึ่งรังสี IR สุดท้ายจะลดลงแปรตามปริมาณของ CO

หลักการทำงานของระบบ NDIR

วิธีการวิเคราะห์สารประกอบตะกั่วในอนุภาคสารในบรรยากาศ โดยวิธี AA

การตรวจวัดหาปริมาณสารในบรรยากาศตะกั่ว (Pb) มีเฉพาะวิธี manual มีทั้งวิธีอ้างอิงและเทียบเท่า วิธีอ้างอิงมีหลักการโดย เก็บอากาศผ่านแผ่นกรองในเครื่องเก็บตัวอย่าง High Volume เป็นเวลา 24 ชั่วโมง แล้วนำแผ่นกรองที่เก็บฝุ่นนั้นมาสกัดตะกั่วออกโดยใช้กรด Nitric (หรือกรด Nitric ผสมกับ HCl) แล้วนำไปวิเคราะห์ความเข้มข้นตะกั่ว โดยวิธีเครื่องวัด Atomic Absorption Spectrometry โดยใช้ Air-acetylene flame ที่ความยาวคลื่น 283.3 หรือ 217.0 ส่วนวิธีเทียบเท่านั้นก็ยังใช้ฝุ่นจากเครื่องเก็บฝุ่นชนิด Hi-Vol เช่นเดิม แต่เครื่องวิเคราะห์อาจจะเป็น X-ray, Flameless Spectro หรืออื่นๆ ตามที่ระบุไว้ก็ได้

 

มาตรฐานคุณภาพอากาศในบรรยากาศ

มาตรฐานคุณภาพอากาศในบรรยากาศโดยทั่วไป

สารมลพิษ	ค่าเฉลี่ยความเข้มข้นในเวลา	ค่ามาตรฐาน
ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO)	1 ชม.	ไม่เกิน 30 ppm. (34.2 มก./ลบ.ม.)
	8 ชม.	ไม่เกิน 9 ppm. (10.26 มก./ลบ.ม)
ก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2)	1 ชม.	ไม่เกิน 0.17 ppm. (0.32 มก./ลบ.ม.)
ก๊าซโอโซน (O3)	1 ชม.	0.10 ppm. (0.20 มก./ลบ.ม.)
ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2)	1 ปี	ไม่เกิน 0.04 ppm. (0.10 มก./ลบ.ม)
	24 ชม.	ไม่เกิน 0.12 ppm.(0.30 มก./ลบ.ม)
	1 ชม.	ไม่เกิน 0.3 ppm.(780 มคก./ลบ.ม)
ตะกั่ว (Pb)	1 เดือน	ไม่เกิน 1.5 มคก./ลบ.ม
ฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 10 ไมครอน	24 ชม.	ไม่เกิน 0.12 มก./ลบ.ม
	1 ปี	ไม่เกิน 0.05 มก./ลบ.ม
ฝุ่นละอองขนาดไม่เกิน 100 ไมครอน	24 ชม.	ไม่เกิน 0.33 มก./ลบ.ม.
	1 ปี	ไม่เกิน 0.10 มก./ลบ.ม.

หมายเหตุ	:	1.	มาตรฐานค่าเฉลี่ยระยะสั้น (1, 8 และ  24 ชม.) กำหนดขึ้นเพื่อป้องกันผลกระทบต่อสุขภาพอนามัยอย่างเฉียบพลัน (acute effect)
		2.	มาตรฐานค่าเฉลี่ยระยะยาว (1 เดือน และ 1 ปี) กำหนดขึ้นเพื่อป้องกันผลกระทบยาวหรือผลกระทบเรื้อรัง ที่อาจเกิดขึ้นต่อสุขภาพอนามัย (chronic effect)

มาตรฐานค่าก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในบรรยากาศในเวลา 1ชั่วโมง

สารมลพิษ	ค่าเฉลี่ยความเข้มข้นในเวลา/พื้นที่	ค่ามาตรฐาน
ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2)	1 ชม./พื้นที่อื่น	ไม่เกิน 0.30 ppm  (780 มคก./ลบ.ม)