Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5974:1995 Không khí xung quanh - Xác định chỉ số khói đen

• Số hiệu: TCVN5974:1995
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 1995

Độ phản xạ, R, %	a ^1) x 10 ^-5	Các giới hạn tin cậy
		∆ b	%b
95 80 70 60 50 40 36	0,65 2,83 4,52 6,47 8,78 11,61 12,94	0,13 0,16 0,18 0,21 0,25 0,31 0,35	20,3 5,8 4,0 2,3 2,9 2,7 2,7
1) Với A = 5,07.10^-4 m^2 và V = 2m^3

7. Báo cáo kết quả

Trong báo cáo kết quả cần có các thông tin sau:

a) đề cập đến tiêu chuẩn này;

b) nhận dạng đầy đủ mẫu khí, gồm cả ngày tháng, thời gian và địa điểm lấy mẫu;

c) loại giấy lọc và phản xạ kế được sử dụng;

d) các kết quả nhận được bao gồm thể tích mẫu khí, thời gian lấy mẫu, lưu lượng và độ phản xạ (hoặc độ hấp thụ) đo được;

e) mọi diễn biến không bình thường ghi nhận được trong quá trình xác định; f) mọi thao tác đã thực hiện mà không được quy định trong tiêu chuẩn này; g) mọi nguồn khói đen gần nơi lấy mẫu có thể làm tăng các kết quả đo;

h) những thông tin khác có liên quan tới phương pháp này.

...

...

...

Chuyển đổi hệ số hấp thụ thành đơn vị đo chỉ số khói đen thông thường

A.1. Lý thuyết cơ bản

Đối với các chất tinh khiết, định luật Lambert đã đưa ra mối quan hệ giữa mức độ hấp thụ ánh sáng với chiều sâu hoặc chiều dày của chất hấp thụ. định luật đó phát biểu rằng những phần bằng nhau của tia tới bị hấp thụ bởi những lớp liên tiếp có chiều dày bằng nhau của chất hấp thụ ánh sáng, và được biểu diễn bởi phương trình sau:

l = l _o . ℓ ^-at                     (A.1)

trong đó:

I_o là cường độ ánh sáng tới;

I là cường độ ánh sáng sau khi đi qua 1cm chất đã cho;

a là hệ số hấp thụ, nó đặc trưng cho từng chất riêng biệt;

ℓ  là chiều dày của chất hấp thụ.

...

...

...

A.2. Lý thuyết đo độ phản xạ

Trong quá trình lấy mẫu, không khí được hút qua một màng lọc và các hạt tụ lại thành một vết đen trên bề mặt giấy lọc. Rõ ràng hầu hết các vật liệu lọc chính là lớp chắn đối với bức xạ, do đó ánh sáng không thể truyền qua và cần phải đo độ phản xạ. Như vậy, để áp dụng định luật Lambert (xem phương trình (A.1), cần giả thiết rằng bề mặt của vật liệu lọc nằm dưới lớp muội lắng đọng tác dụng như một chiếc gương hoàn hảo, và do đó bức xạ xuyên qua lớp hấp thụ hai lần. Cường độ nhuộm đen của các hạt trên bề mặt được đo bằng cách so sánh bề mặt đã bị đen với bề mặt còn nguyên chưa bị nhuộm đen. Cường độ của tia tới I_o và của tia sau khi truyền qua I có thể được thay bởi R_o và R, thì giả thiết rằng độ phản xạ R_o của vật liệu lọc sạch ban đầu là tương tự như tia tới, mà thực tế không đo được.

Thực ra, sự khác biệt giữa tia tới và tia phản xạ là do tán xạ. Sự tán xạ này có thể được cho là như nhau đối với cả hai tờ giấy lọc sạch và đã bị đen và do đó nó được bỏ qua trong phép đo phản xạ.

Chiều dày của lớn hấp thụ có thể tính được từ phương trình:

trong đó:

               (A.2)

trong đó:

V là thể tích khí đã lấy (m^3);

A là diện tích vết đen (m^2) trên màng lọc;

...

...

...

                    (A.3)

trong đó a là hệ số hấp thụ (m^-1).

Từ phương trình (A.3), có được:

                          (A.4)

Dựa trên nguyên lý này, có thể đo được độ phản xạ dưới những điều kiện nhất định được kiểm soát một cách cẩn thận.

A.3. đo độ phản xạ và chỉ số khói đen

Khái niệm khói đen đã được sử dụng nhiều năm là kết quả của phương pháp “tiêu chuẩn” do Tổ chức Hợp tác và phát triển Kinh tế công bố vào năm 1963 (Organization for Economic Co-operation and Development – OECD). Một “đường cong chuẩn” đã được đưa ra để chuyển đổi số đo độ phản xạ thành microgram/cm^2 khói đen, sau đó có thể đổi thành nồng độ khói đen. Vì mối quan hệ giữa độ phản xạ và các đơn vị nồng độ khối lượng có thể thay đổi từ nơi này sang nơi khác và theo thời gian ở bất kỳ vị trí nào nên rõ ràng là không thể đưa ra được một quan hệ vạn năng có ý nghĩa. Hơn nữa, việc dùng các đơn vị khối lượng dẫn tới sự lẫn lộn đáng kể của phép đo chỉ số khói đen với các kết quả thu được theo phương pháp khối lượng, phương pháp đo khối lượng hạt lơ lửng trong một đơn vị thể tích không khí. Vì vậy chỉ số khói đen là một số đo độ bẩn hay khả năng làm biến đổi mẫu khí quyển.

Phương pháp đối chứng xác định khói đen của EEC và phương pháp của OECD đã dùng giấy lọc Whatman No1 và phản xạ kế vết ố khói EEL. Phản xạ kế EEL sử dụng ánh sáng trắng và hiệu quả của giấy lọc Whatman No1 là tương đối thấp. Như vậy, mối quan hệ giữa độ phản xạ và hệ số hấp thụ sẽ sai lệch so với trạng thái lý tưởng được biểu diễn bởi phương trình (A.4).

Trạng thái lý tưởng chỉ tồn tại khi

...

...

...

b) hạt tụ lại chỉ trên bề mặt môi trường lọc.

Khi dùng giấy lọc Whatman No1, các hạt sẽ thấm sâu vào giấy và một số hạt có thể chui qua giấy. Trong những điều kiện như vậy, phương trình (A.4) gần đúng là

               (A.5)

Như vậy, hệ số hấp thụ lý thuyết a (phương trình A.4) được xác định trong phương pháp tiêu chuẩn có quan hệ với hệ số hấp thụ cải biến a₁ (phương trình A.5) như sau:

a₁ = 2a              (A.6)

Việc chuyển đổi hệ số hấp thụ thành chỉ số khói đen chỉ là quy ước và được tiến hành nhờ các bảng hoặc các biểu đồ. Bản thân hệ số hấp thụ là một chỉ số thích hợp của khói đen, và việc chuyển đổi nó thành “nồng độ khói đen” thông thường có thể thực hiện nhờ đường cong chuẩn trên Hình A.1, và các số liệu chi tiết cho việc chuyển đổi này ở trong Bảng A.1. Các số liệu liên quan đến phép đo tiến hành khi dùng giấy lọc Whatman No1^1 và phản xạ kế vết ố khói EEL kiểu 43. Có thể dùng các tổ hợp giấy lọc và phản xạ kế khác, nhưng khi đó không thể còn có quan hệ trực tiếp với số liệu OECD và EC khi sử dụng đường cong chuẩn trên Hình A.1.

1) Giấy lọc Whatman No1 và phản xạ kế EEL 43 là những ví dụ về các sản phẩm thích hợp đã có trên thị trường. Thông tin này là để thuận lợi cho người sử dụng tiêu chuẩn này chứ không phải là một sự xác nhận chất lượng đối với các sản phẩm ấy.

Hình A.1 – đường cong chuẩn khói đen

...

...

...

a x 10^-5 (m^-1 )

Chỉ số khói đen, I

a x 10 ^-5 (m ^-1 )

Chỉ số khói đen, I

1,28

1,41

1,55

1,68

...

...

...

1,95

2,08

2,22

2,36

2,50

2,63

2,91

3,05

3,20

...

...

...

3,48

3,63

3,77

3,92

4,06

4,21

4,36

4,51

4,66

...

...

...

4,96

5,11

5,27

5,42

5,58

5,74

5,89

6,05

6,21

...

...

...

6,53

6,70

6,86

7,03

7,19

7,36

7,53

7,70

7,87

...

...

...

8,21

8,39

8,56

8,74

8,92

9,10

9,28

9,46

9,64

...

...

...

10,00

10,20

10,39

10,58

10,77

6,2

6,9

7,6

8,4

...

...

...

10,0

10,8

11,7

12,5

13,4

14,3

15,2

16,1

17,1

...

...

...

19,0

20,0

21,0

22,0

23,1

24,2

25,3

26,4

27,5

...

...

...

29,8

31,0

32,2

33,4

34,7

36,0

37,3

38,6

39,9

...

...

...

42,7

44,1

45,5

47,0

48,5

50,0

51,5

53,1

54,7

...

...

...

58,0

59,7

61,5

63,2

65,0

66,9

68,7

70,6

72,6

...

...

...

76,6

78,7

80,8

82,9

85,1

87,4

10,96

11,16

...

...

...

11,55

11,75

11,95

12,15

12,36

12,56

12,77

12,98

13,19

...

...

...

13,62

13,83

14,05

14,27

14,50

14,72

14,95

15,17

15,40

...

...

...

15,87

16,11

16,35

16,59

16,83

17,08

17,33

17,58

17,83

...

...

...

18,35

18,61

18,88

19,14

19,41

19,69

19,96

20,24

20,52

...

...

...

21,10

21,39

21,69

21,99

22,29

22,60

22,91

23,22

23,54

...

...

...

24,19

24,52

24,86

25,20

25,54

25,89

26,25

89,7

92,0

...

...

...

96,8

99,3

101,9

104,5

107,1

109,8

112,6

115,5

118,3

...

...

...

124,3

127,4

130,6

133,8

137,1

140,5

143,9

147,4

150,1

...

...

...

158,5

162,3

166,2

170,2

147,3

175,5

182,8

187,2

191,6

...

...

...

200,9

205,6

210,5

215,5

220,6

225,8

231,1

236,5

242,0

...

...

...

253,5

259,4

265,4

271,5

277,8

284,2

290,8

297,5

304,2

...

...

...

319,2

327,0

335,3

344,0

353,0

362,3

372,1