Obteniendo los datos que necesitas con mediciones de partículas

Obteniendo los datos que necesitas con mediciones de partículas

Por Patricia B. Keady, SI Incorporated Shoreview, Minnesota
Reimpreso de Indoor Environment Connections noviembre de 2000, Volumen 2, Número 1

Las partículas, grandes y pequeñas, son un factor importante para mantener una buena calidad del aire interior. Las medidas de control, como una mejor limpieza, filtros mejorados o un diseño adecuado de la extracción, suelen ser acciones sencillas. Sin embargo, la elección del control adecuado depende de contar con los datos correctos para la toma de decisiones. Actualmente, existen muchos instrumentos que emplean diversas tecnologías para proporcionar esta información en tiempo real. La pregunta es: ?¿Qué tecnología es la adecuada para mi aplicación??

Los fotómetros, contadores ópticos de partículas (OPCs) y contadores de partículas por condensación (CPCs) miden en tiempo real las partículas en el aire. Cada tecnología tiene una sensibilidad única a características específicas de las partículas, como tamaño, masa e índice de refracción. La Tabla 1 resume las diferencias básicas en rendimiento. En particular, se debe prestar atención al rango de tamaño para cada uno y al límite superior de concentraciones de partículas entre los OPCs y los CPCs. La Tabla 2 resume las aplicaciones típicas de cada tecnología de medición.

Fotómetros

A menudo utilizados en estudios en entornos industriales y en el monitoreo de emisiones, los fotómetros son adecuados para evaluar la exposición humana a aerosoles de fracciones de tamaño específicas en tiempo real. Utilizan tecnología convencional de dispersión de luz para estimar de cerca las concentraciones de masa de partículas. La operación de un fotómetro típico se muestra en la Figura 1. Una muestra se aspira al instrumento mediante una bomba que funciona continuamente. La fracción de tamaño de interés se "corta" aerodinámicamente del flujo de aire en la entrada de la muestra, usando un impactor o un ciclón. Las fracciones de tamaño más relevantes son respirables, torácicas, PM10, PM2.5 y PM1.0. La muestra clasificada por tamaño pasa por una boquilla de enfoque y entra en la cámara de detección del fotodetector. Un diodo láser emite luz a través de un conjunto de ópticas de enfoque. Cuando la luz contacta las partículas de la muestra, se dispersa en todas direcciones. Un fotodetector convierte esta luz en un voltaje, calibrado en función de una concentración conocida de masa de aerosol (mg/m3). En algunos instrumentos, una parte de la muestra se extrae del flujo principal de aire, se filtra y se vuelve a introducir como aire de envoltura. El aire de envoltura rodea la muestra de partículas para proteger las ópticas del instrumento de ensuciamiento. Los fotómetros típicamente miden rangos de tamaño de partículas desde 0.1 hasta 10 μm de diámetro, con concentraciones que van desde 0.01 hasta 100 mg/m3 o más. Los fotómetros no pueden "ver" partículas menores de 0.1 μm (partículas ultrafinas) porque son demasiado pequeñas para dispersar cantidades detectables de luz. Los fotómetros miden la señal agregada de una "nube" de partículas y no están diseñados para detectar partículas individuales, incluso cuando son relativamente grandes.

La mayoría de los fotómetros están calibrados con un polvo de prueba estándar, comúnmente referido como polvo de Arizona. Esta calibración es una buena aproximación para la mayoría de los aerosoles ambientales. Debido a que las mediciones ópticas dependen del tamaño y las propiedades del material de las partículas, puede haber ocasiones en las que una calibración personalizada mejore la precisión para un aerosol específico.

Contadores ópticos de partículas

Los contadores ópticos de partículas miden el tamaño de las partículas y la concentración de número detectando la luz dispersada por partículas individuales. Tradicionalmente se usaban para monitoreo en salas limpias, pero más recientemente se han aplicado en pruebas de filtros, monitoreo ambiental exterior y estudios de calidad del aire interior. Las partículas individuales se hacen pasar por un haz láser enfocado y producen un destello de luz, como se ilustra en la Figura 2. La intensidad de la luz dispersada es una función compleja del diámetro, forma e índice de refracción de la partícula, así como de la longitud de onda de la luz y la geometría del detector óptico. Un fotodetector mide la cantidad de luz que dispersa cada partícula y registra un conteo para cada rango o intervalo de tamaño calibrado.

El rango de tamaño medido suele ser de 0.3 a 20 μm de diámetro, y la concentración de número está limitada a un máximo de 2,000,000 de partículas/ft3 (70 partículas/cm3). Los OPCs se calibran con perlas de látex de poliestireno esféricas y uniformes de índice de refracción conocido. El tamaño medido de una partícula desconocida es, por tanto, el "tamaño equivalente de dispersión de luz" en comparación con la partícula de calibración conocida. El tamaño físico real puede ser bastante diferente de este.

Contadores de partículas por condensación

Los contadores de partículas por condensación, a veces llamados contadores de núcleos de condensación, son instrumentos especializados que primero enlargen partículas muy pequeñas a un tamaño detectable ópticamente. Son excelentes para contar partículas en rangos de tamaño que son invisibles para los OPCs y los fotómetros. Los CPCs se usan en diversas aplicaciones, desde pruebas de ajuste de respiradores hasta estudios de contaminación del aire exterior y en investigaciones básicas. Son particularmente adecuados para rastrear contaminantes en interiores hasta su fuente. Como se muestra en la Figura 3, las partículas se aspiran continuamente al instrumento y pasan por un vapor de alcohol caliente. La mezcla luego fluye a través de una sección condensadora donde el vapor de alcohol condensa sobre las partículas y las "crece" en gotas más grandes. Luego, las gotas individuales pasan por el foco de un haz láser, produciendo un destello de luz. Cada destello de luz se cuenta como una partícula.

El rango de tamaño medido suele ser desde menos de 0.02 hasta más de 1.0 μm de diámetro. La concentración de número varía desde cero hasta más de 500,000 partículas/cm3 (15,000,000,000 de partículas/ft3). La medición de concentración no depende del tamaño ni de las propiedades del material de la partícula.

Los tres tipos de instrumentos — fotómetros, contadores ópticos de partículas y contadores de partículas por condensación — tienen su lugar en las investigaciones de calidad del aire interior. Combinar la tecnología adecuada con su aplicación particular le proporcionará los datos necesarios para entender y mejorar la calidad del aire en su edificio. Los fotómetros, que miden la concentración de masa, ofrecen los datos necesarios para comparar con las normas y directrices de calidad del aire. Los OPCs brindan una comprensión adicional de las concentraciones de número de partículas y los rangos de tamaño de las partículas medianas para ayudar a identificar la fuente probable y el impacto en la salud. Finalmente, los CPCs ofrecen información sobre las partículas ultrafinas, que ahora emergen como una métrica importante en la calidad del aire interior y que pueden jugar un papel significativo en la salud y comodidad de los ocupantes del edificio.

TSI Incorporated es un proveedor mundial de instrumentos innovadores para la seguridad, comodidad y salud de las personas. Los representantes y distribuidores de TSI en todo el mundo se enfocan en ayudar a los clientes a resolver problemas de medición únicos relacionados con la calidad del aire interior, ventilación, pruebas de ajuste de respiradores, detección de gases y muestreo de partículas.