مقياس الإيثالومتر

تُستخدم أجهزة قياس جودة الهواء بشكل أساسي في قياس جودة الهواء ، حيث تُستخدم البيانات في دراسات تأثير تلوث الهواء على الصحة العامة ؛ ^{[ 12 ]} وتغير المناخ ؛ والرؤية . وتشمل الاستخدامات الأخرى قياس انبعاثات الكربون الأسود من مصادر الاحتراق مثل المركبات؛ والعمليات الصناعية؛ وحرق الكتلة الحيوية، سواء في حرائق الغابات أو في البيئات المنزلية والصناعية.

تم اختبار جهاز قياس الإيثالومتر طراز AE-31 من قبل برنامج التحقق من التكنولوجيا البيئية الذي تديره وكالة حماية البيئة الأمريكية، وتم إصدار تقرير التحقق في عام 2001. ^{[ 13 ]} تم اختبار جهاز قياس الإيثالومتر طراز AE-33 في إطار البرنامج نفسه في عام 2013، والتقرير قيد الانتظار.

يظهر الكربون الأسود، وهو أحد الملوثات، باللون الرمادي أو الأسود نتيجة امتصاص الطاقة الكهرومغناطيسية بواسطة الإلكترونات شبه المتحركة في البنية المجهرية الجرافيتية لجزيئات الكربون الأسود. هذا الامتصاص مقاومي بحت ولا يُظهر أي نطاقات رنينية، وبالتالي، يظهر الكربون باللون الرمادي بدلاً من اللون الأسود. يزداد توهين الضوء النافذ عبر طبقة من هذه الجزيئات خطيًا مع تردد الإشعاع الكهرومغناطيسي ، أي عكسيًا مع الطول الموجي . تزداد قياسات التوهين البصري على طبقة الترشيح باستخدام جهاز قياس التوهين الضوئي عند الأطوال الموجية الأقصر وفقًا للمعادلة λ ^(-α)، حيث تكون قيمة المعامل α (أس أنغستروم ) مساوية لـ 1 للمواد الرمادية أو السوداء. مع ذلك، قد تختلط أنواع أخرى من الملوثات مع جزيئات الكربون الأسود. من المعروف أن المركبات العضوية العطرية المرتبطة بدخان التبغ ودخان الكتلة الحيوية الناتج عن حرق الأخشاب تتميز بزيادة الامتصاص البصري عند أطوال موجية أقصر في الأجزاء الصفراء والزرقاء والأشعة فوق البنفسجية القريبة من الطيف.

تُصمَّم أجهزة قياس امتصاص الضوء (الأيثالومتر) حاليًا لإجراء تحليلاتها البصرية في وقت واحد عند أطوال موجية متعددة، تغطي عادةً نطاقًا من 370  نانومتر (الأشعة فوق البنفسجية القريبة) إلى 950  نانومتر (الأشعة تحت الحمراء القريبة). في غياب المركبات العطرية، تكون بيانات جهاز قياس امتصاص الضوء لتركيز الكربون الأسود متطابقة عند جميع الأطوال الموجية، بعد مراعاة استجابة λ ⁻¹ القياسية للمواد الرمادية "المقاومة". معامل أنغستروم للتوهين لهذه المواد يساوي 1. في حال وجود مركبات عطرية، فإنها ستساهم في زيادة الامتصاص عند الأطوال الموجية الأقصر. وبالتالي، ستزداد بيانات جهاز قياس امتصاص الضوء عند الأطوال الموجية الأقصر، وسيزداد معامل أنغستروم الظاهري. قد تُظهر قياسات دخان الكتلة الحيوية النقية بياناتٍ يُمثلها مُعامل أنغستروم يصل إلى 2. ونظرًا لوجود عوامل مُختلفة، قد يكون مُعامل الأنغستروم المُقاس بواسطة أجهزة قياس امتصاص الدخان (أيثالومتر) مُتحيزًا، ولكن بالمقارنة مع تقنيات أخرى، فقد وُجد أن جهاز قياس امتصاص الدخان طراز AE-31 يُقدم نتائج مقبولة لمعامل امتصاص الأنغستروم. ^{[ 14 ]} تتأثر مناطق عديدة من العالم بانبعاثات ناتجة عن احتراق الوقود الأحفوري في درجات حرارة عالية ، مثل عوادم الديزل ، التي تتميز بلونها الرمادي أو الأسود ومعامل امتصاص أنغستروم يساوي 1؛ بالإضافة إلى انبعاثات ناتجة عن حرق الكتلة الحيوية، مثل دخان الخشب، الذي يتميز بقيمة أعلى لمعامل امتصاص الأنغستروم. قد يكون لهذين المصدرين للتلوث أصول جغرافية وأنماط زمنية مُختلفة، ولكنهما قد يختلطان عند نقطة القياس. يُزعم أن قياسات أجهزة قياس امتصاص الدخان في الوقت الفعلي بأطوال موجية مُتعددة تُفصل هذه المُساهمات المُختلفة وتُمكن من توزيع التأثير الكلي على فئات مُختلفة من المصادر. يُعد هذا التحليل مدخلاً أساسياً لتصميم سياسات ولوائح عامة فعالة ومقبولة .

إن دقة جهاز قياس الدخان، بل وحتى قدرته، على التمييز بين مصادر الدخان، أمر محل خلاف. ^{[ 15 ]}

يعتمد مبدأ قياس الإيثالومتر على ترشيح الهواء والبصريات والإلكترونيات. ولا يتطلب أي بنية تحتية داعمة مادية أو كيميائية، مثل الفراغ العالي أو درجات الحرارة المرتفعة أو الكواشف أو الغازات المتخصصة. المادة الاستهلاكية الوحيدة فيه هي مرشح يجب استبداله كل يوم أو يومين في النماذج المحمولة، بينما تحتوي الوحدات الأكبر حجمًا على لفة من شريط الترشيح تدوم عادةً من شهور إلى سنوات. ونتيجةً لذلك، يتميز الجهاز بمتانته وقابليته للتصغير، ويمكن استخدامه في مشاريع بحثية في مواقع نائية، أو في مواقع ذات دعم محلي محدود. ومن الأمثلة على ذلك:

• القياسات في محطة القطب الجنوبي ، ^{[ 16 ]} الموقع الذي تم فيه قياس أنقى هواء باستخدام مقياس الكربون الأسود، مما أظهر تركيزات الكربون الأسود في حدود 30 بيكوجرام لكل متر مكعب في فصل الشتاء؛
• القياسات في المواقع الحضرية في الصين ^{[ 17 ]} وبنغلاديش ^{[ 18 ]} حيث يمكن أن تتجاوز تركيزات الكربون الأسود في كثير من الأحيان 100 ميكروجرام لكل متر مكعب؛
• قياسات في مواقع ريفية في أفريقيا، مع منشآت تعمل بألواح الطاقة الشمسية الكهروضوئية وتسجل تركيزات عالية من الكربون الأسود بسبب الحرق الزراعي؛
• القياسات في المنشآت ذات الارتفاعات العالية في كل من جبال الهيمالايا الهندية ^{[ 19 ]} والتبت ^{[ 20 ]} على ارتفاعات تتجاوز 5000 متر (3.1 ميل) ، والتي تعمل بواسطة الألواح الكهروضوئية الشمسية وتسجل تأثير انبعاثات الاحتراق من المناطق المنخفضة المجاورة ذات الكثافة السكانية العالية؛
• القياسات على متن رحلات الطائرات التجارية باستخدام مقياس الكربون الأسود المحمول باليد، حيث يتم اشتقاق وجود الكربون الأسود داخل المقصورة من التركيزات الخارجية في طبقة الستراتوسفير: وبهذه الطريقة، من الممكن رسم خريطة لانتشار الكربون الأسود على نطاق عالمي على ارتفاع 10 كيلومترات (6.2 ميل) دون الحاجة إلى طائرات بحثية مخصصة باهظة الثمن للغاية؛  
• القياسات المأخوذة من السيارات والقطارات والطائرات الخفيفة ^{[ 21 ]} والبالونات المربوطة ^{[ 22 ]} والتي يمكن تحويل البيانات في الوقت الحقيقي منها إلى رسم خرائط أفقية ورأسية؛
• القياسات في محطة تقع في وسط صحراء تاكلامكان في آسيا الوسطى، ^{[ 23 ]} وهو موقع بعيد وغير مضياف تقريبًا مثل القطب الجنوبي.
• تم إجراء القياسات باستخدام جهاز قياس الإيثالومتر الدقيق أثناء ركوب الدراجات في حركة المرور في بنغالور ، الهند. ^{[ 24 ]}
• ^{[ 25 ]} يتم استخدام القياسات جنبًا إلى جنب مع أجهزة استشعار معدل ضربات القلب والتهوية الدقيقة لدراسة التعرض عن طريق الاستنشاق .

تتوفر بعض القياسات كبيانات مفتوحة :

• قياسات التعرض الشخصي باستخدام أجهزة قياس الأيثالوم الدقيقة من بلجيكا ^{[ 26 ]}