ما أهمية جهاز استشعار جودة الهواء، وهل يستحق الشراء؟

هل تعلم أنWHO تشير التقديرات إلى أن تلوث الهواء كان مسؤولاً عن الوفيات المبكرة لـ 4.2 مليون شخص حول العالم في عام 2019. الهواء النظيف ضروري لصحتنا في كل مكان، من منازلنا إلى مدننا، فالحفاظ على نقاء الهواء أمر بالغ الأهمية. يمكن للملوثات مثل الجسيمات الدقيقة، وأول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد النيتروجين، وثاني أكسيد الكبريت أن تؤثر بشكل مباشر على أعضاء الجسم.

يُعدّ الكشف الدقيق والمستمر عن الملوثات الخطوة الأولى لتحسين جودة الهواء. هذا الخطر الخفيّ الكامن يحصد ملايين الأرواح حول العالم. تُعتبر أجهزة استشعار جودة الهواء ضرورية للتنبيهات الصحية العامة وتنقية الهواء الشخصية. لذا، دعونا نبدأ باستكشاف مخاطر تلوث الهواء، ولماذا يُعدّ الكشف عن جودة الهواء أمرًا بالغ الأهمية، وما الذي يجعل أجهزة استشعار جودة الهواء جديرة بالاقتناء!

مخاطر تلوث الهواء

يؤثر تلوث الهواء على كل شيء، من صحة الأفراد إلى الاقتصادات العالمية. إن فهم آثار هذا القاتل الصامت واسع النطاق أمر بالغ الأهمية لإحراز تقدم في القضاء عليه والحفاظ على سلامتنا.

▪ الآثار الصحية لتلوث الهواء

توجد آثار عديدة موثقة جيدًا للتلوث على صحة الإنسان. قد تكون الجسيمات السامة أصغر من هواء الجسم أو حبة رمل. هذه الجسيمات غير مرئية للعين المجردة، ولا يمكن رصدها إلا باستخدام أجهزة استشعار جودة الهواء. تمر هذه الجسيمات عبر الأنف أو الفم وصولًا إلى القصبة الهوائية. ثم تنقلها الشعب الهوائية إلى جانبي الرئتين، حيث توزعها في ممرات أضيق تُسمى الشعيبات الهوائية. وفي نهاية الشعيبات الهوائية توجد الحويصلات الهوائية. يمكن لملوثات الهواء أن تخترق جدران الحويصلات الهوائية وتدخل مجرى الدم.

يمكن أن تصل ملوثات الهواء الموجودة في مجرى الدم إلى الرئتين والقلب والدماغ وغيرها من الأعضاء الحيوية. وقد وجد العلماء أن هذه الملوثات تؤدي إلى السكتة الدماغية وسرطان الرئة والربو وأمراض الجهاز التنفسي المزمنة في جسم الإنسان.

▪ التأثيرات البيئية

يؤثر تلوث الهواء بشكل مباشر على البيئة. إذ يمكن للملوثات القادمة من مصادر قريبة أن تترسب على الأرض عبر الترسيب الجاف. وبالمثل، قد يحدث الترسيب المباشر على الأرض أو ما يُعرف بالأمطار الحمضية في حالة هطول الأمطار. وتؤثر الظروف الأرضية غير المواتية بشكل مباشر على نظامنا البيئي.

تُفضّل هذه الحالة الأنواع التي تتحمل وفرة العناصر الغذائية، مما يُقلل من تنوع وثراء الأنواع النباتية. كما تتغير المجتمعات الحيوانية، مما يدفعها إلى الهجرة.

▪ العواقب الاقتصادية

قد يؤدي تزايد التلوث إلى آثار اقتصادية سلبية على الدول، تشمل ارتفاع نفقات الرعاية الصحية، وانخفاض كفاءة القوى العاملة، وتراجع إنتاجية المحاصيل، وتراجع السياحة. وتتأثر الدول التي تعتمد كلياً على السياحة بشكل أكبر. لذا، يتعين على الحكومات تنظيم الانبعاثات الصناعية وتشجيع تقنيات الطاقة النظيفة. ويمكن استخدام أجهزة استشعار جودة الهواء في المناطق الصناعية لأغراض تنظيمية لتعزيز المراقبة والحد من التلوث.

أنواع ملوثات الهواء

وفقًا لإرشادات منظمة الصحة العالمية بشأن جودة الهواء ، تُعدّ الجسيمات الدقيقة PM2.5 وPM10 والأوزون وأكاسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت وأول أكسيد الكربون من الملوثات الرئيسية في الهواء. مع ذلك، تتجاوز أجهزة استشعار جودة الهواء ذلك، إذ يمكنها رصد المركبات العضوية المتطايرة والأمونيا. قد تتواجد الملوثات في الأماكن الخارجية أو الداخلية لمساكننا. فيما يلي جميع أنواع الملوثات ومخاطرها:

• الملوثات الأولية

➔ أول أكسيد الكربون (CO): يُعد أول أكسيد الكربون ملوثًا، ويتسبب في انخفاض مستويات الأكسجين في الدم. ومن الأعراض الشائعة لتسمم الدم بأول أكسيد الكربون: التعب، والصداع، والتشوش الذهني، والدوار.

➔ أكاسيد النيتروجين (NOx ₎): يمكن أن تؤدي المستويات العالية من أكاسيد النيتروجين في الهواء إلى آثار صحية وبيئية سلبية. تؤثر أكاسيد النيتروجين في الهواء على الجهاز التنفسي والقلب والأوعية الدموية، وتفاقم بعض الحالات المرضية. كما أنها تسبب الأمطار الحمضية وتُكوّن الأوزون على مستوى سطح الأرض من خلال تفاعلها مع ملوثات أخرى.

➔ ثاني أكسيد الكبريت (SO2 ₎): على غرار غازات أكاسيد النيتروجين، يُحدث ثاني أكسيد الكبريت آثاراً صحية وبيئية مماثلة. كما أنه يُساهم في تكوين الضباب الدخاني، الذي يُمكن أن يُقلل من مستوى الرؤية ويؤثر بشكل مباشر على الأنشطة الاقتصادية.  

➔ الأوزون (O ₃₎): من المعروف أن الأوزون الموجود على مستوى سطح الأرض يسبب ألمًا في الصدر، وسعالًا، وتهيجًا في الحلق، واحتقانًا. وهو ليس ناتجًا مباشرًا، بل يتكون من خلال اتحاد أكاسيد النيتروجين والمركبات العضوية المتطايرة.

➔ الأمونيا (NH3 ₎): يُعدّ الأمونيا خطراً صحياً جسيماً، إذ يُمكن أن يُسبب العمى والوفاة لدى البشر. كما يُمكن أن يُؤدي إلى احتراق أوراق الأشجار في اتجاه الرياح من مصدر التلوث.

➔ كبريتيد الهيدروجين (H ₂S): يُعدّ غاز كبريتيد الهيدروجين (H2S) غازًا سامًا له آثار صحية خطيرة. حتى التركيزات المنخفضة منه قد تُسبب تهيجًا في العينين والأنف والحلق. أما التعرض له لفترات طويلة فقد يُسبب الصداع والدوار والغثيان والوذمة الرئوية. وفي التركيزات العالية، قد يُؤدي التعرض لكبريتيد الهيدروجين _إلى الوفاة في غضون دقائق.

➔ الكلور (Cl ₂₎): يُمكن أن يُسبب الكلور مشاكل تنفسية لدى البشر، ولكنه يُعدّ في الأساس أحد مكونات مركبات الكلوروفلوروكربون. كما يُساهم في استنزاف طبقة الأوزون ويُسبب تلوث التربة أو المياه الجوفية.

• الجسيمات العالقة (PM)

الجسيمات العالقة تشبه جزيئات الرمل، لكنها أكثر تعقيدًا في تركيبها ولا تُرى بالعين المجردة. وتنتج بشكل رئيسي عن الاحتراق غير الكامل. ويمكن أن تتسبب عوادم السيارات، والمداخن الصناعية، وحرق المحاصيل، وبعض الظواهر الطبيعية في إنتاج هذه الجسيمات.

تحتوي هذه الجسيمات على الزرنيخ، والكربون العضوي، والرصاص، والكبريتات، والنترات، والكربون الأسود. تستطيع أجهزة استشعار جودة الهواء رصد هذه الجسيمات وإصدار تحذير للسكان. توجد ثلاثة أنواع رئيسية من الجسيمات الدقيقة، ويُصنف كل نوع منها بناءً على حجم الجسيمات. فيما يلي أحجامها:

PM₁₀أقل من 10 ميكرومتر

PM_2.5أقل من 2.5 ميكرومتر

PM_1.0أقل من 1 ميكرومتر

• غازات أخرى

تساهم المركبات العضوية المتطايرة، التي يُشير إليها إجمالي المركبات العضوية المتطايرة (TVOC) ومركب الفورمالديهايد ( _CH₂O )، في الآثار الصحية على الجهاز التنفسي والجهاز العصبي، فضلاً عن آثارها طويلة الأمد. كما تُساهم هذه المركبات في تكوين الأوزون على مستوى سطح الأرض، وتُسبب الأمطار الحمضية. وتستطيع أجهزة استشعار جودة الهواء المتطورة رصد مستويات المركبات العضوية المتطايرة ومركب الفورمالديهايد _في الهواء بدقة تصل إلى 10 أجزاء في المليار.

لماذا يُعدّ الكشف عن جودة الهواء أمراً مهماً؟

★ جودة الهواء الخارجي

يُساعد الكشف المبكر عن التلوث باستخدام أجهزة استشعار جودة الهواء على تجنب الآثار السلبية. ويمكن للحكومة معالجة العبء الذي تُسببه الملوثات على نظام الرعاية الصحية بشكل منهجي. وبالمثل، يُمكن لواضعي السياسات تحليل تلوث الهواء لفرض عقوبات وتتبع مصادر التلوث. إليكم جدولًا يُوضح المستويات الآمنة وفقًا لأبحاث منظمة الصحة العالمية:

مستوى إرشادات جودة الهواء الصادر عن منظمة الصحة العالمية

يستطيع الباحثون استخدام تقنيات رصد جودة الهواء لتوفير بيانات قيّمة تساعد الجهات التنظيمية والصناعية على تجنب تلويث البيئة. وعلى نطاق أصغر، يمكن لتقنيات رصد جودة الهواء في المنازل، مثل أجهزة كشف الجسيمات الدقيقة، أن تساهم في الوقاية من مشاكل صحية خطيرة تصيب الأطفال والبالغين.

★ جودة الهواء الداخلي

قد يؤدي نقص التهوية في أنظمة التكييف الحديثة أو في المناطق ذات المناخ البارد إلى مشاكل في جودة الهواء الداخلي. وتتعدد مصادر الملوثات داخل المباني. وعلى نطاق صناعي واسع، حيث تكثر عمليات الاحتراق وإنتاج المواد والتصنيع، يبقى احتمال تدهور جودة الهواء داخل المنشأة قائماً. ويمكن لأجهزة استشعار جودة الهواء في الأماكن المغلقة أن تشير إلى احتياجات التهوية، أو استبدال المرشحات، أو وجود أخطاء في العمليات.

كيف يمكن لجهاز استشعار جودة الهواء أن يساعد في اكتشاف التهديد الخفي؟

الآن وقد عرفنا أهمية أجهزة استشعار جودة الهواء، يمكننا فهم كيفية عملها. لنبدأ بأنواع أجهزة الاستشعار التي قد تصادفها:

أنواع أجهزة استشعار جودة الهواء

● في الأماكن المغلقة: تشتهر أجهزة استشعار الجسيمات الدقيقة وثاني أكسيد الكربون باستخدامها في التطبيقات المنزلية. وهي تستخدم الظاهرة الكهروضوئية للكشف عن الملوثات في الهواء.

● في الهواء الطلق: تُعدّ أجهزة استشعار جودة الهواء متعددة الوظائف مثالية للاستخدام الخارجي. فهي قادرة على رصد ما يصل إلى 20 مُعاملًا جويًا، بما في ذلك الملوثات الأولية، والجسيمات العالقة، والمركبات المتطايرة. كما يستخدم جهاز الكشف الخارجي النموذجي ظاهرة كهروضوئية لرصد الملوثات.

● ملوثات محددة: لكي تكون الأجهزة بأسعار معقولة، قد يقوم المصنعون أيضًا بإنتاج أجهزة استشعار جودة الهواء التي تستهدف فقط عددًا قليلاً من الملوثات التي قد يرغب المرء في مراقبتها.

كيف تعمل أجهزة الاستشعار ؟

توجد طريقة عامة للكشف عن الغازات في الهواء. وتستخدم أجهزة استشعار جودة الهواء هذه ظاهرة كهروضوئية مماثلة للكشف.

1. انتقال الضوء من الغاز

تبدأ العملية بأخذ عينة من الهواء وتمريرها عبر حجرة المستشعر. تحتوي الحجرة على مصدر ضوئي، إما ليزر أو أشعة تحت الحمراء. يمر الضوء عبر الغاز ويسقط على الكاشف الكهروضوئي في الطرف الآخر.

2. فحص امتصاص الضوء

تمتص الجسيمات الضوء، أو تمتص جزيئات الغاز الأشعة تحت الحمراء. ينتج عن ذلك امتصاص أقل عند الطرف الآخر بواسطة الكاشف. تمثل معدلات الامتصاص المختلفة عند الترددات المختلفة جزيئات الغاز المعنية.

3. توليد إشارة

ستقوم الخلية الكهروضوئية برصد الضوء عند الطرف الآخر من الهواء المار، حيث تحوله إلى إشارة كهربائية. وتمثل شدة هذه الإشارة كمية الملوثات في الهواء.

تفسير بيانات جودة الهواء

● جمع البيانات ومعالجتها

تُنتج أجهزة استشعار جودة الهواء إشارة كهربائية عن طريق تمرير أضواء بأطوال موجية مختلفة عبر الهواء المارّ بها. وتستطيع أجهزة الاستشعار المتطورة تحويل هذه الإشارة التناظرية إلى إشارة رقمية، مثل RS485. كما تُقدّم بعضها نتائج مباشرة على شكل فولتية أو أمبير.

● تفسير البيانات وتحليلها

تُدخل النتائج إلى المعالج الدقيق، الذي يستخدم بدوره الإشارة من الكاشف لإنتاج نتائج يمكن للمستخدمين تفسيرها. ويمكن أن يكون الإخراج بالصيغ التالية:

○ تركيز الملوثات: ميكروغرام/م ³ ، أو أجزاء في المليار (ppb)

○ درجة الحرارة: بالدرجات المئوية (°C) أو الفهرنهايتية (°F)

○ الضغط: باسكال (Pa)، مليبار (mbar)، أو بوصة زئبقية (inHg)

○ الرطوبة: النسبة المئوية (%) أو غرام لكل متر مكعب (جم/م³)

○ معدل التدفق: لترات في الدقيقة (لتر/دقيقة) أو أمتار مكعبة في الساعة (م³/ساعة)

○ القوة: نيوتن (N)

● مقارنة بالمستويات الآمنة

الآن، يمكننا مقارنة هذه المخرجات بالمستويات الآمنة التي حددتها منظمات مثل منظمة الصحة العالمية (WHO) ووكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) والاتحاد الأوروبي (EU).

خاتمة

يُعدّ استخدام أجهزة استشعار جودة الهواء أمرًا بالغ الأهمية في ظل الظروف البيئية الراهنة. إذ يعيش 99% من سكان العالم فوق الحدود المسموح بها لمستويات التلوث التي حددتها منظمة الصحة العالمية. تستطيع هذه الأجهزة رصد الملوثات الهوائية بوحدات جزء في المليار، بدءًا من 0 وحتى 6000 جزء في المليار. وتتميز بدقة قياس فائقة، وخطية عالية، وقابلية تكرار ممتازة، وتوافقية عالية، واتساق في النتائج. لا تتردد في اقتناء جهاز استشعار جودة الهواء للاستخدام الداخلي أو الخارجي، الصناعي أو المنزلي؛ فهو الخطوة الأولى نحو مكافحة التلوث.

FAQ

1. ماذا يعني مستشعر جودة الهواء بوحدة جزء في المليون (ppm) أو ميكروغرام/متر مكعب (μg/m)؟³ الملوثات؟

تُشير أجهزة استشعار جودة الهواء إلى وجود الملوثات الغازية في الهواء بوحدة جزء في المليون (ppm)، وتُظهر الجسيمات العالقة (PM) في الهواء بوحدة ميكروغرام لكل متر مكعب (μg/m³ ⁾ . وتُحدد المنظمات الحكومية ومنظمة الصحة العالمية الحدود الآمنة للملوثات بوحدتي جزء في المليون وميكروغرام لكل متر ^مكعب . ببساطة، يُشير ذلك إلى وجود جزيئات الغاز بوحدة ملليغرام لكل لتر من حجم الهواء، وهي أيضاً وحدة جزء في المليون.

2. ما هي حدود أجهزة استشعار جودة الهواء في الكشف عن الملوثات؟

تستطيع أجهزة استشعار جودة الهواء المتطورة، مثل جهاز Rika RK300-08، رصد ما يصل إلى 14 نوعًا من الغازات و3 أنواع من الجسيمات العالقة. وتعتمد قدرة الكشف الدنيا للجهاز على دقته. ويمكن لهذه الأجهزة المتطورة رصد الجسيمات العالقة بتركيز منخفض يصل إلى 1 ميكروغرام/م³ وثاني أكسيد الكبريت بتركيز منخفض يصل إلى 0.1 جزء في المليون في الهواء.

3. هل تستطيع أجهزة استشعار جودة الهواء الكشف عن الغازات والملوثات في منزلي؟

تتوفر أجهزة استشعار جودة الهواء، أحادية ومتعددة الوظائف، قادرة على رصد الغازات والملوثات داخل المباني. وتتواجد الجسيمات الدقيقة والغازات الضارة، مثل الميثان وأول أكسيد الكربون والألدهيدات، في المنازل التي تستخدم الغازات القابلة للاحتراق في المطابخ. كما يمكن أن تتسرب الجسيمات الدقيقة عبر أنظمة التهوية وتتراكم. وتستطيع أجهزة استشعار جودة الهواء الداخلي رصد هذه الغازات وإصدار تنبيهات في حال تجاوز مستوياتها الحد الطبيعي.