Aerosool

Allikas: Vikipeedia

Aerosool on gaasi ja väikeste tahkete osakeste või vedeliku piiskade dispersne segu. Aerosoolid on olulised atmosfäärikeemia, nähtavuse, pilvede moodustumise, atmosfääri kiirguse ja elektri seisukohalt.[1]

Aerosooliks nimetatakse ka koos gaasiga rõhu all olevat täiteainet, mis täidab aerosooliballoone. Sellised aerosooltooted on deodorandid, putukamürgid, juukselakid, värvid jms.

Väljenditega "aerosool" ja "aerosooli osake" viidatakse enamasti vedela või tahke aine osakestele, mille väljastamisel gaasi tekib dispersne segu.

Dispersseks süsteemiks nimetatakse vähemalt kahest komponendist koosnevat süsteemi. Üks komponentidest on väikeste osakestena jaotatud teises. Ülekaalus olevat komponenti nimetatakse dispersioonikeskkonnaks ning vähemuses olevat komponenti dispersseks faasiks.[2]

Aerosoolide dispersioonikeskkonnaks on gaas ning dispersseks faasiks tahked osakesed või vedeliku piisad. Dispergeeritud faasi agregaatoleku järgi jagunevad aerosoolid uduks (vedel dispergeeritud faas) ja suitsuks (tahke dispergeeritud faas).[3]

Aerosoolide teke[muuda | redigeeri lähteteksti]

Suurlinnade sudu
Pilved

Jaotus tekkeviisi alusel[muuda | redigeeri lähteteksti]

Tekkeviisi alusel jagunevad aerosoolid primaarseteks ja sekundaarseteks. Aerosoolid kas emiteeritakse otse tekkeallikast valmiskujul või tekivad keskkonnas füüsikaliste ja keemiliste protsesside käigus. Primaarseteks on otse allikatest paiskuvad osakesed, nagu vulkaaniline tuhk, meresool, tuule-erosiooni tolm, kaevandamisel ja lõhkamistöödel tekkiv tolm, autotranspordi tolm. Sekundaarsed aerosoolide tekivad erinevate atmosfäärigaaside reageerimisel ja kondenseerumisel või jahtuva gaasi kondenseerumisel. Tekkimisel võivad osaleda nii looduslikud gaasid kui ka inimtegevuse poolt õhku paisatud lisandgaasid (SO2, NH3, lämmastikoksiidid|NOx]], joodi oksiidid, gaasilised orgaanilised ained). Nii tekivad näiteks pilvepiisad ja sudu.[4]

Jaotus tekke-ja emiteerumisallikate alusel[muuda | redigeeri lähteteksti]

Tekke- ja emiteerumisallikate alusel jagunevad aerosoolid looduslikeks ja inimtekkelisteks[1]:

Aerosooli osakeste suurus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Aerosoolide hulgas on väga erineva tekke ja suurusega osakesi. Diagrammil on toodud bioloogiliste aerosoolide, tolmude, tahkete ja gaasiliste saasteainete näiteid ning nende suurusvahemikud mikromeetrites (10−6m) väljendatul

Õhu gaasiliste komponentide molekulide diameetrid jäävad alla 1 nm (10−9m). Aerosooliosakeste mõõtmed on enamasti suuremad, kuid väga varieeruvad, alates mõnest nanomeetrist (10−9m) kuni kümnete mikromeetriteni (10−6m). Suuruse järgi eristatakse PM10, PM2,5, PM1 osakesi. Need vastavad 10, 2,5 ja 1 mikromeetristele diameetritele. Täpsemalt näitab see jaotus aerodünaamilist diameetrit, mille puhul läbivad osakesed mõõtmisprotsessis 50%-lise efektiivsusega vastava selektiivse sisendi. [5]

Osakeste kasvamine atmosfääris[muuda | redigeeri lähteteksti]

Suuremad osakesed väljuvad atmosfäärist kiiremini ja pole keemiliselt nii aktiivsed, kui väikesed sekundaarsed osakesed. Viimaste suurus on atmosfääris ajas muutuv. Põhiline muundumisskeem on järgmine[4]:

  • Erinevad keemilised ja füüsikalised protsessid muudavad atmosfääri paisatud ained kergesti kondenseeruvaks. Molekulide piisava kontsentratsiooni saavutamisel ühinevad need tilkadeks või tahke aine osakesteks. Ühinemisprotsessi nimetatakse nukleatsiooniks ning selle käigus tekivadki sekundaarsed aerosoolid.
  • Nukleatsiooni produktid kasvavad samade või teiste õhu lisandgaaside molekulide kondenseerumisel nende pinnale ja nende osakeste omavahelise liitumise ehk koagulatsiooni käigus.
  • Sekundaarosakesed ei kasva läbimõõdult suuremaks kui üks mikromeeter, sest läbimõõdu suurenedes kasvuprotsessid aeglustuvad ja väljasadestumine kiireneb.

Aerosoolide kadu[muuda | redigeeri lähteteksti]

Aerosooliosakesed ei saa atmosfääris igavesti püsida. Õhus viibimise aeg on mõnest päevast kuni mõne nädalani. Osakese eluiga oleneb asukohast ning osakese suurusest. Eemaldumisprotsesse mõjutavad gravitatsioon ja kondenseerumispinnad.

Neelud[muuda | redigeeri lähteteksti]

Eraldumisteed ehk neelud jagunevad märgväljasadestumiseks, kus osaleb vesi, ja kuivväljasadestumiseks. Märgdepositsioon jaguneb omakorda lihtsalt väljapesemiseks (washout), kus osake ühineb olemasoleva pilvetilgaga, vihmaga väljapesemiseks (rainout), kus osake on kondensatsioonituum, ja väljapühkimiseks (sweepout), kus osake haaratakse kaasa saju käigus.

Kuivdepositsioon jaguneb omakorda gravitatsiooniliseks ja turbulentseks väljasadestumiseks.[7]

Aerosoolide mõju[muuda | redigeeri lähteteksti]

Mõju keskkonnale[muuda | redigeeri lähteteksti]

Atmosfääri aerosooli osakestel on mitmeid olulisi rolle, näiteks põhjustavad atmosfääri hägususe, hajutavad ja neelavad päikesekiirgust, on pilvede ja udude tekkel kondensatsioonituumadeks, seovad kergeid ioone, vähendades oluliselt nende elektrilist liikuvust, muundades sellega laengu jaotust ruumis ja elektrivälja, omavad olulist rolli atmosfäärikeemias, mõjutavad kliimat.[7]

Mõju tervisele[muuda | redigeeri lähteteksti]

Aerosoolide mõju inimese tervisele on väga tugev. Peened aerosoolid võivad põhjustada südame- ja kopsuhaigusi, astmahooge ja mitmeid teisi terviserikkeid. Eriti ohtlikud on väga väikesed saasteosakesed, need läbivad membraane ning kanduvad vereringega organitesse laiali, kahjustades kogu organismi. Kuna aerosoolid sisaldavad erinevaid ohtlike saastegaaside komponente, on kahjulikke mõjusid veel. Näiteks soodustab hingamisteede haigusi SO2, mis on ohtlik ka taimedele, kuna lagundab kattekudesid ning pidurdab taime arengut. Ohtlik on ka gaasiliste NOx sisaldus, mis mõjutab hemoglobiini kaudu organismi vereringet. Aerosoolide toime on väga keeruline, kuna on raske eristada ühe aine mõju teise omast. Seega on tegemist olulise uurimisvaldkonnaga. Praeguseks on näiteks tõestatud kahjulik toime epidemioloogilistes ja ka diiselmootori ülipeenete heitgaasiosakeste lühiajalise eksponeerimise mõju uurivas eksperimendis.[8]

Londoni-tüüpi sudu on näide aerosoolide kahjulikkusest. Algselt pärineb nimetus 1905. aastast, mil Londonis söega kütmise tagajärjel eraldus korstnatest palju suitsu (tahma) ning vääveldioksiidi. Tahma aerosooli osakesed on kondenseerumistuumadeks õhuniiskuse ja udupiiskade jaoks.[1] Tahmas leiduva raudsulfiidi reaktsiooni õhuhapnikuga kirjeldab järgmine valem:

4FeS2 + 11 O2 => 8 SO2 + 2Fe2O3

Tekkiv SO2 on vees hästi lahustuv ning kogub selle tõttu enda ümber kondenseeruvat vett. Tahmas sisaldub ka metallijääke, mille katalüüsi abil muudetakse SO2 edasi väävelhappeks. Tulemuseks on tervist kahjustav aerosool.[9]

Aerosoolide mõõtmine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Aerosooli kontsentratsiooni väljendamiseks kasutatakse kas ruumalaühikus leiduvate osakeste arvu ehk arvkontsentratsiooni või ruumalaühikus leiduvate osakeste massi ehk masskontsentratsiooni. Need näitajad on omavahel seotud ning üksteiseks teisendatavad osakeste kuju ja tiheduse kaudu. Suuruse erinevustest tingitult on väikestel osakestel võrreldes jämedate osakestega masskontsentratsioon väiksem ning arvkontsentratsioon suurem. Aerosooli mõõtmisi tehakse tuginedes osakeste erinevale massile. Suurusjaotuse spektrites eristuvad selgelt eri suurustega osakeste kogumikud (moodid).

  • Nukleatsioonimood (u 3–30 nm) – gaasiliste lisandite kondenseerumisel moodustuvad klastrid, mis kaovad kiirelt Browni liikumises akumuleerumise tõttu.
  • Aitkeni mood (u 30–100 nm) – suuremad klastrid, mis on peamised kondensatsioonitsentrid pilvetilkade tekkimisel.
  • Akumulatsioonimood (u 100–1 μm) – tekivad väiksemate osakeste ühinemisel (koagulatsioonil), põlemisel, aurude kondenseerumisel jms protsessides. Need osakesed kogunevad atmosfääris, kuna on liiga suured selleks, et difusiooni teel kiiresti edasi koaguleeruda ja liiga väikesed selleks, et raskusjõu mõjul välja sadestuda. Väljuvad atmosfäärist väljapesemisel sademetega.
  • Mehaanilise tekkega osakeste mood (u. 1–10 μm, mõnikord kuni 100 μm) – osakesed, nagu tolm, lendtuhk, meresool, taimeeosed, mida tekib massi järgi palju, kuid mis sadestuvad gravitatsiooni tõttu kiiresti välja.[5]

Proovide võtmise meetodid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Proovikogumise variantideks on isokineetiline proovivõtt, kus õhku imetakse läbi avause mõõteaparaati ning mõõtmised on seotud osakeste liikumisinertsiga, ja filtreerimine, kus osakesed kogutakse filtrile sellest õhku läbi imedes ning mõõtmised on seotud filtripaberi omaduste muutumisega.

Kontsentratsiooni määramine[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Nefelomeeter – põhineb osakeste omadusel oma diameetrist olenevalt valgust hajutada. Selle abil mõõdetakse atmosfääri läbipaistvust.
  • Etalomeeter – põhineb osakeste peegeldusomadustel. Määratakse filtrilt peegelduva valgushulga muutumist.
  • Beeta-nõrgenemine – põhineb osakeste omadusel neelata beetakiirgust. Mõõdetakse beeta-kiirguse nõrgenemist filtri läbimisel.
  • Resoneeriv mikrotasakaal – põhineb võnkuva elemendi resonantssageduse muutumisel elemendile sadestuvate aerosooliosakeste tõttu.
  • Proovikogujad – lehtrid, millesse teatud perioodi vältel sadestunud osakeste mass mõõdetakse.
  • Lumikatte proovid – aerosooliosakesed on olnud lume tekkimisel kondensatsioonitsentriteks ning lumeproovis mõõdetakse sisalduvate aerosooliosakeste mass.[5]

Suurusjaotuse ehk spektri määramine[muuda | redigeeri lähteteksti]

  • Impaktor – õhuvool sunnitakse kiirelt suunda muutma ning olenevalt suurusest sadestuvad välja suuremad osakesed.
  • Difusioonipatarei – õhk juhitakse läbi toru. Seintele difundeerumise kiiruse määrab inerts. Suuremad osakesed sadestuvad lühema vahemaa läbimise jooksul, tekib suurusjaotus.
  • Elektrilise liikuvuse analüsaator – põhineb laetud osakeste triivimisel õhus elektrostaatilise välja toimel. Kuna liikumise suuna muutus kondensaatori katete vahel on määratud osakese laengu ja massiga, saab võrdsete laengute puhul määrata osakeste massid.
  • Elektriline aerosooli spektromeeter – põhineb aerosooli osakeste sadestumisel kondensaatori katetele toimuval katetelaengu muutusel.
  • Optiline osakeste loendur – mõõdetakse laserkiire hajumist keskkonnas.
  • Kondensatsiooniosakeste loendur – mõõdetakse osakeste esinemist kondensatsioonitsentritena üleküllastunud vee- või alkoholiaurus.[5]

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 Hobbs, P. V. Introduction to Atmospheric Chemistry. Cambridge: Cambridge University Press, 2000, 262 lk.
  2. Kolloidkeemia.[tera.chem.ut.ee/~inx/av/proviisor/kolloidkeemia.rtf]
  3. Roos, I. Õhusaaste. TTÜ Soojustehnika Instituut
  4. 4,0 4,1 Tamm, E. Aerosooliosakeste teke ja kadu atmosfääris. Tartu Ülikooli Füüsika Instituut.[1]
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 Kaasik, M. Keskkonnaseire füüsikalised alused. Tartu Ülikool
  6. Urb, G. Atmosfäärsed saasteained ja õhu kvaliteet Tallinna näitel. Tartu Ülikool. 2005. [2]
  7. 7,0 7,1 Introduction to Aerosol
  8. Orru, H. Välisõhu kvaliteedi mõju inimeste tervisele Tallinna linnas. 2007 [3]
  9. Nei, L., Koorits, A. Sissejuhatus keskkonnakeemiasse. Tartu: Tartu Ülikooli Kirjastus, 2005, 143 lk.