黑碳是您從未聽說過的最危險的空氣污染物。它的兩個主要來源是柴油機尾氣和野火和家庭取暖產(chǎn)生的木煙，產(chǎn)生超細空氣顆粒，與其他類型的顆粒物相比，每單位的健康危害高達 25 倍。盡管存在危險，但由于缺乏監(jiān)測設備，人們對黑碳的研究還不夠充分。監(jiān)管標準傳感器的部署和維護成本極其昂貴，導致空氣質(zhì)量差的地區(qū)覆蓋范圍稀疏，例如猶他州的鹽湖城大都市區(qū)。

猶他大學領導的一項研究發(fā)現(xiàn)，AethLabs microAeth MA350(一種便攜式、價格更實惠的傳感器)記錄黑碳濃度的準確度與 Aerosol Magee Scientific AE33(使用最廣泛的實時監(jiān)測黑碳的儀器)一樣準確。從 2021 年 8 月 30 日到 2021 年 8 月，研究人員將便攜式技術放置在猶他州 Bountiful Utah 空氣質(zhì)量部門現(xiàn)有的監(jiān)管傳感器旁邊。2022 年 8 月 8 日。AethLabs 技術在每日、每月和季節(jié)性時間尺度上記錄了幾乎相同數(shù)量的黑碳。作者還表明，microAeth 可以在更長的時間尺度上區(qū)分野火和交通來源以及 AE33。

由于黑碳靠近源頭，因此設備必須本地化才能產(chǎn)生準確的讀數(shù)。microAethsensor 的便攜性允許在遠程或難以到達的固定地點進行監(jiān)控，也可以移動使用。

“更好地了解不同地區(qū)的黑碳暴露情況是一個環(huán)境正義問題，”該研究的主要作者、猶他大學大氣科學研究助理教授丹尼爾·門多薩(Daniel Mendoza)說。“鹽湖谷西區(qū)的空氣質(zhì)量是該地區(qū)最差的，部分原因是它距離污染源最近，但我們?nèi)狈蚀_測量黑碳濃度的能力。使用可靠、強大的傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)民主化是保護所有社區(qū)免受有害空氣污染的重要的第一步。”

該 研究于 2024 年 2 月 1 日發(fā)表在《傳感器》 雜志上。

在黑暗中

黑碳污染物是一種細顆粒物(PM 2.5)，是一類小到足以被吸入肺部并吸收到血液中的空氣顆粒。黑碳是真正的煙灰，是碳氫化合物未完全燃燒時產(chǎn)生的，并已被證明會遷移到心臟、大腦、胎兒組織和其他生物系統(tǒng)中。

西德克薩斯 A&M 大學環(huán)境科學助理教授埃里克·克羅斯曼 (Erik Crosman) 表示：“未來幾十年，人為氣候變化導致的野火不斷增加，加上瓦薩奇鋒線沿線人口的穩(wěn)定增長，將給猶他州帶來新的污染挑戰(zhàn)。”該研究的合著者。“便攜式 MA350‘微型’高度計可用于在整個地區(qū)建立一個更好的空間觀測網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡由準確但成本較低的黑碳傳感器組成。”

盡管研究表明接觸黑碳對呼吸系統(tǒng)和心血管健康的危害是其他 PM 2.5的 10 至 25 倍，但長期健康結果在很大程度上尚不清楚。準確的觀察網(wǎng)絡是確定疾病風險和制定有效公共衛(wèi)生政策的第一步。這項研究由鹽湖城公司資助，旨在幫助空氣質(zhì)量較差的地區(qū)建立黑碳分布的基線。

“至關重要的是，我們的測量目標是確定最大、最相關的黑碳來源，”領導 AethLabs 數(shù)據(jù)科學和應用研究工作的研究合著者德魯·希爾 (Drew Hill) 說。“我們添加了一項植根于物理原理的功能，可以實時估計化石燃料燃燒與木材燃燒產(chǎn)生的黑碳量，以便研究人員和政策制定者能夠?qū)@些來源進行三角測量。”

確定了便攜式傳感器的準確性和區(qū)域相關性后，研究人員正在測量鹽湖谷周圍的黑碳水平，包括測試學校建筑內(nèi)的黑碳濃度。

“首先，你需要獲得讀數(shù)。在某些社區(qū)，你可以查看空氣質(zhì)量濃度，然后查看該社區(qū)的癌癥或其他疾病發(fā)生率，”門多薩說，他也是猶他健康大學肺科的兼職助理教授。“通過高精度測量，現(xiàn)在我們可以真正考慮健康和政策途徑，以真正保護每個人的肺部健康。”