انگشت نگاری از متهمان آلودگی هوا

هر نفسی که فرو می رود ممد حیات است و همین نکته باعث می شود ارزش آن حتی از آب و غذا هم بیشتر باشد, چون اگر نفسی فرو نرود, آنقدر وقت نخواهیم داشت تا به آب و غذا فکر کنیم

هر نفسی که فرو می‌رود ممد حیات است و همین نکته باعث می‌شود ارزش آن حتی از آب و غذا هم بیشتر باشد، چون اگر نفسی فرو نرود، آنقدر وقت نخواهیم داشت تا به آب و غذا فکر کنیم!

اما همه ساله بیش از ۴.۵ میلیون نفر بر اثر آلودگی هوا جان خود را از دست می دهند و به همین علت چهارمین عامل مرگ و میر انسان در سطح دنیا شناخته شده است. افزایش جمعیت، توسعه شهرها، افزایش ترافیک شهری، افزایش بی رویه مصرف انرژی و تغییرات آب و هوایی ازجمله عواملی است که به طور مستقیم یا غیرمستقیم در آلودگی هوا نقش ایفا می کند.

مقابله با آلودگی هوا بدون شناخت متهمان اصلی آن امکان پذیر نخواهد بود. در سال های اخیر، تلاش برای استفاده از سیستم های مختلف جهت شناسایی و تعیین غلظت آلاینده های هوا مورد توجه قرار گرفته است.

در همین خصوص محققان یک شرکت دانش بنیان در پارک علم و فناوری خلیج فارس به روش نوینی برای شناسایی و تعیین غلظت آلاینده های موجود در هوا دست یافته اند. با امین صفایی، دانش آموخته کارشناسی ارشد فیزیک اتمی مولکولی و مجری این طرح گفت وگو کرده ایم تا با این سیستم و عملکرد آن بیشتر آشنا شویم.

روشی نوینی که برای سنجش آلاینده های هوا به سراغ آن رفته اید، چیست؟

در حقیقت ما توانسته ایم با روشی جدید یعنی از طریق تاباندن نور به محیط و دریافت نور بازتاب شده، گازهای آلاینده در هوا را شناسایی و ردیابی کنیم. در امتداد پرتو نوری که از منبع نور وارد هوا می شود آینه ای قرار می گیرد و نور بازتابیده را آنالیز می شود. براساس اطلاعات دریافتی از آنالیز نور می توانیم غلظت آلاینده های مهم هوا را محاسبه کنیم که شیوه جدیدی برای سنجش آلاینده های هوا محسوب می شود.

طیف سنجی چگونه می تواند به عنوان روشی برای سنجش آلاینده ها مورد استفاده قرار گیرد؟

طیف سنجی یکی از روش هایی است که در آن با استفاده از برهم کنش نور با مواد مختلف می توان به اطلاعاتی درباره ماهیت این مواد دست یافت. در این روش پرتو نور به ماده مورد نظر تابانده می شود و با بررسی میزان بازتابش، جذب یا انتشار نور می توان به اطلاعاتی درباره آن ماده دست پیدا کرد.

استفاده از طیف سنجی برای شناسایی نوع و میزان آلاینده های موجود در هوا، شیوه جدیدی است که در بسیاری از کشورها مورد توجه قرار گرفته، اما اولین بار است که در کشور از این روش برای سنجش آلودگی هوا استفاده می شود.

پس این اولین بار در جهان نیست که استفاده از این روش مورد توجه قرار می گیرد؟

نه، به هیچ وجه. استفاده از روش طیف سنجی جذبی دیفرانسیلی برای سنجش آلاینده های هوا روشی است که اکنون در بعضی کشورها در سطح دنیا مورد توجه است، اما تاکنون استفاده از این روش خیلی فراگیر نبوده است، چراکه تامین نور مورد نیاز برای این سیستم مستلزم اختصاص هزینه قابل توجهی بود که خوشبختانه امروزه ساخت این منابع مانند لامپ های لیزری مقرون به صرفه تر از گذشته شده است.

البته این روش ازجمله روش های مدرن و جدید است. کشور ما نیز از اولین کشورهایی است که در طراحی و ساخت این سیستم پیشقدم شده است.

اساس عملکرد روش های فعلی چیست؟

روش هایی که اکنون در کشور مورد استفاده قرار می گیرد بیشتر براساس نمونه گیری و آنالیز نمونه هواست، اما این روش برخلاف دیگر روش های مشابه به نمونه گیری نیاز ندارد. علاوه بر این می تواند محدوده بزرگ تری را مورد سنجش قرار دهد و در مقایسه از سرعت بالاتری برخوردار است.

یکی از روش هایی که می توان برای تشخیص گازهای آلاینده هوا از آن استفاده کرد، طیف سنجی به وسیله نور است. در روش طیف سنجی از برهم کنش نور با ماده می توان به عنوان روشی برای شناسایی گازهای مختلف استفاده کرد.

هر گاز در ناحیه بخصوصی از طیف نور، بخشی از آن را به خود جذب می کند که می توان گفت به مثابه اثر انگشت هر گاز است. یعنی ما اثر انگشت هر گاز را داریم و می دانیم در کدام ناحیه از طیف نور این گاز می تواند نور تابیده شده را به خود جذب کند. در مسیر رفت و برگشت نور، تاثیر گازهای مختلف روی پرتو نور تابیده شده و بازتاب آن را مورد بررسی قرار می دهیم. به این ترتیب براساس اثر انگشت گازهای مختلف به عنوان داده های اولیه، نوع گازهای آلاینده موجود در محیط را شناسایی می کنیم.

پس مزیت این روش تنها به افزایش سرعت اندازه گیری محدود نمی شود.

خیر، مزیت این روش در مقایسه با روش های مشابهی که برای سنجش و تعیین غلظت آلاینده های هوا از آن استفاده می شود تنها در بیشتر بودن سرعت این روش خلاصه نمی شود. در این روش از تجهیزات ساده تری استفاده می شود؛ چرا که ما طیف دیفرانسیلی را مورد مطالعه قرار می دهیم، بنابراین به کالیبره کردن چندان زیادی نیاز نداریم.

کالیبره کردن دستگاه به طور جزئی و هر بار تنها در آغاز اندازه گیری انجام می شود، به عبارتی این روش در طول اندازه گیری به کالیبره کردن نیازی ندارد. در بازه های زمانی کوتاه یک تا دو دقیقه می توان غلظت گازها را اندازه گیری کرد. علاوه بر این می توان همزمان همه گازهایی را که به این روش قابل شناسایی است، آشکارسازی کرد. مهم تر از همه این که این روش به نمونه گیری نیاز ندارد.

در روش هایی که اکنون برای سنجش آلاینده های هوا مورد استفاده قرار می گیرد وقتی از هوا نمونه گیری می کنیم فقط یک نقطه که از آن نمونه گیری شده است مورد مطالعه قرار می گیرد، اما وقتی نور به محیط تابیده می شود کل مسافتی که نور مسیر رفت و برگشت را در آن طی می کند به طور خودکار مورد مطالعه قرار می گیرد و در نهایت میانگین غلظت گاز در این محیط ثبت می شود.

برای مثال در دستگاه هایی که در چهارراه ها و خیابان ها به عنوان نشانگر غلظت گازهای آلاینده ثبت شده است غلظت گازها بر اساس نمونه گیری محاسبه می شود، بنابراین تردد خودرو در اطراف این سیستم می تواند اطلاعات و داده های استخراج شده را تحت تاثیر قرار دهد، اما در این روش اگر منبع نور لامپ زنون باشد، مسافتی در فاصله حدود ۵۰۰ تا یک کیلومتری از سیستم مورد بررسی و مطالعه قرار می گیرد.

البته اگر از لیزر به عنوان منبع نور استفاده شود این محدوده افزایش پیدا می کند. علاوه بر این، استفاده از این سیستم می تواند گزینه مناسبی برای سنجش آلاینده های هوا در مناطق صعب العبور باشد که نمونه گیری از این مناطق به آسانی امکان پذیر نیست.

تجزیه و تحلیل این اطلاعات و تبدیل آن به داده های آماری چگونه انجام می شود؟

در این روش به دو بخش سخت افزاری و نرم افزاری نیاز داریم. قسمت اصلی کار، طراحی بخش نرم افزاری سیستم است که برای محاسبه غلظت گازها از آن استفاده می شود. قسمت سخت افزاری سیستم متناسب با نیازمان طراحی و ساخته می شود.

در بخش سخت افزاری باید به نوع لامپی که به عنوان منبع نور از آن استفاده می شود و همچنین طیف سنجی که از آن استفاده می کنیم توجه داشته باشیم. برای گازهای آلاینده شهری با توجه به این که می خواهیم همزمان ۳۰ نوع گاز آلاینده مختلف را ردیابی و غلظت آنها را محاسبه کنیم معمولا از لامپ زنون استفاده می کنیم، اما اگر بخواهیم در یک محیط صنعتی، گاز بخصوصی را شناسایی کرده و غلظت آن را محاسبه کنیم در این شرایط می توانیم از لیزر به عنوان منبع نور استفاده کنیم که هم می توان برای یک گاز مشخص از آن استفاده کرد و هم این که برد بیشتری دارد.

آیا استفاده از منابع نوری مختلف می تواند عملکرد سیستم را تحت تاثیر قرار دهد؟

همان طور که گفته شد این روش مبتنی بر اثر انگشت گازهای آلاینده مختلف است. اگر بتوانیم لامپ مناسبی پیدا کنیم که با اثر انگشت این گازها متناسب باشد، می توانیم آن گاز را نیز براحتی شناسایی کنیم. بنابراین تعداد گازهایی که می توانیم به این روش شناسایی کنیم به نوع منبع نوری که استفاده می کنیم بستگی دارد.

خوشبختانه با توجه به انواع مختلف منابع نوری مانند دیود ها که به بازار عرضه شده است می توانیم امیدوار باشیم این روش بتواند انواع مختلفی از گازها را پوشش دهد. نکته مهم این است که این سیستم می تواند انواع مختلف آلاینده های صنعتی و شهری را تحت پوشش قرار دهد.

تا اجرایی شدن طرح و نصب آنها در محیط های آلوده چقدر فاصله دارید؟

یکی از مشکلات و محدودیت ها این است که فردی که می خواهد با این دستگاه کار کند باید از دانش فنی بالایی برخوردار باشد، اما ما همه تلاشمان را کرده ایم نرم افزارهایی طراحی کنیم که دیگر برای استفاده از سیستم به افراد متخصص نیاز نداشته باشیم و حتی اپراتور معمولی هم بتواند از عهده انجام این کار برآید.

از نظر سخت افزاری ۸۰ درصد طرح انجام شده است تا نخستین نمونه برای سنجش آلاینده های شهری ساخته شود. اگر بخواهیم در زمینه صنعتی نیز از این دستگاه استفاده کنیم ابتدا باید سفارش بگیریم و در این شرایط می توانیم متناسب با نیاز منطقه صنعتی دستگاه مناسبی بسازیم، اما اساس عملکرد این سیستم نرم افزار آن است که طراحی شده و قابل استفاده است. سیستم سخت افزاری با توجه به منطقه مورد نظر طراحی و ساخته می شود و در این زمینه نیز مشکلی وجود ندارد.

فرانک فراهانی جم