Potencialidades y limitaciones de la espectrometría visible en la gestión de la contaminación atmosférica por material particulado

Abstract

La variabilidad de las concentraciones de material particulado (MP) en la atmósfera depende de diferentes factores, entre ellos las emisiones locales y las condiciones meteorológicas, los que pueden provocar importantes diferencias espaciales y temporales en la calidad del aire en zonas urbanas relativamente pequeñas. La resolución espacial de las redes de monitoreo actuales no necesariamente logra caracterizar dicha variabilidad, lo que dificulta las estimaciones de la exposición personal al MP y los estudios epidemiológicos de sus efectos en salud; tampoco proporciona una comprensión de la eficacia de las políticas de reducción de emisiones. Por otra parte, las estaciones de monitoreo sólo cuantifican concentración en masa del MP y no otras propiedades relevantes para la comprensión de los mecanismos que afectan la salud humana. El progreso actual de la tecnología ha logrado reducir el costo económico de sensores basados en espectrometría visible para el monitoreo de MP; estos equipos, esencialmente portátiles, podrían entregar información de la contaminación en tiempo real con alta resolución espacio-temporal y determinar otras propiedades del aerosol atmosférico no monitoreadas actualmente. El objetivo de este trabajo fue evaluar las potencialidades y limitaciones de esta técnica para la gestión ambiental de la contaminación por material particulado, para lo cual se analizó la variabilidad de diferentes propiedades del MP en 15 lugares dentro de la zona de representatividad de la estación de monitoreo de la calidad del aire de Independencia (EI), Santiago, Chile. El muestreo se realizó en dos campañas en septiembre del 2019. Las muestras de aire se tomaron con un espectrómetro óptico, a una altura de 1,75 metros sobre el nivel del piso, utilizando una resolución temporal de 1 minuto, durante dos periodos de 30 minutos para medir las fracciones de MP10, MP2,5, MP1 durante un periodo y la distribución de superficie y número de partículas durante el otro. Los resultados permitieron determinar variaciones en la concentración en masa del MP en áreas relativamente pequeñas dentro del área de representatividad de la EI y determinar propiedades del aerosol atmosférico hasta ahora no registradas por el monitoreo oficial tales como la distribución del número y la superficie de las partículas. Estos resultados en complemento con la recopilación bibliográfica permitieron plantear potenciales aplicaciones de la técnica en el ámbito de la gestión ambiental.

The variability of particulate matter (PM) concentrations depends on different factors, including local emissions and atmospheric conditions, which can cause significant spatial and temporal differences in air quality in relatively small areas. The spatial resolution of the current monitoring networks does not necessarily characterize that variability, making difficult to estimate personal exposure to PM and epidemiological studies of health effects; nor does it provide an understanding of the effectiveness of emission reduction policies. On the other side, the monitoring stations only quantify the mass concentration of PM but not other relevant properties to the understanding of the mechanisms that affect human health. Current progress in technology has reduced the cost of visible spectrometry-based sensors for PM monitoring. There are essentially portable equipments that could deliver pollution information in real time with high spatial-temporal resolution and determine other atmospheric aerosol properties currently not monitored. The objective of this work was evaluate the potentialities and the limitations of this technique for the environmental management of pollution by PM measuring the variability of different properties of the PM in 15 places within the representative area of the air quality monitoring of Independencia (EI), Santiago, Chile. The sampling was carried out in two campaigns in September 2019. Air samples was taken with an optical spectrometer, at a height of 1.75 meters above ground level, using a time resolution of 1 minute, during two 30-minute periods to measure the fractions of MP10, MP2.5, MP1 during one period and the surface and particle number distribution during the other. The results evidence variations in the mass concentration of the PM in relatively small areas within the representative area of the IE; also, it was possible to determine properties of the atmospheric aerosol hitherto not registered by official monitoring such as the distribution of the number of particles and the surface of the particles. These results, in addition to the bibliographic information, made possible to propose potential applications of the technique in the field of the air quality management by particulate matter.