Uudenlainen menetelmä aerosolisensoreiden kalibrointiin
Aerosolisensoreilla odotetaan olevan entistä merkittävämpi rooli tulevaisuuden ilmanlaadun seurannassa. Nykyiset mittausmenetelmät ovat tarkkoja ja luotettavia, mutta suurten instrumenttikustannusten vuoksi mittausten aluellinen kattavuus jää melko pieneksi. Ilmatieteen laitoksella on selvitetty, missä määrin edullisempia aerosolisensoreita voitaisiin hyödyntää ilmanlaadun seurannassa, jotta alueellista kattavuutta voitaisiin parantaa kustannustehokkaammin. Kattavuuden laajentumisesta hyötyisi erityisesti Ilmatieteen laitoksella kehitetty simulaatiomalli, jolla voidaan tehdä ennusteita tulevasta ilmanlaadusta.
Uudessa kalibrointimenetelmässä käytettävät instrumentit ovat vanhoja ja hyvin tunnettuja; vain niiden käyttömenetelmät ovat muuttuneet. Värähtelevän aerosoligeneraattorin (engl. Vibrating Orifice Aerosol Generator, VOAG) toiminta perustuu ohuen nestepatsaan hajottamiseen värähtelyllä. Kun hajonnut nestepatsas pisaroituu, pisaroissa oleva liuotinaine haihtuu ja jäljelle jää nesteen haihtumaton osa, hiukkanen. Hiukkasen kokoa voidaan vaihdella muuttamalla nesteessä olevan haihtuvan ja haihtumattoman osan suhdetta; mitä suurempi osa nesteestä on haihtumatonta ainesta, sitä suurempi jäljelle jäävä hiukkanen on, ja päinvastoin. Haihtumaton aine voi olla esimerkiksi suolaa tai öljyä. Haihtuva puolestaan alkoholia, kuten isopropanolia. Perinteisesti mittalaitteita on kalibroitu käyttämällä useita eri vahvuuksisia liuoksia ja testaamalla mittalaitteen vaste erikseen jokaiselle liuokselle. Uudessa menetelmässä sen sijaan käytetetään vain kahta liuosta; vahvaa ja laimeaa. Kun molemmat liuokset syötetään peräkkäin sekä keskeytyksettä VOAGille, saadaan portaattomasti kooltaan muuttuvia hiukkasia. Näin minkä tahansa mittalaitteen kalibrointi laajalle hiukkaskokojakaumalle onnistuu entistä nopeammin.
Uutta kalibrointimenetelmää hyödynnettiin Ilmatieteen laitoksen tutkimuksessa, jossa arvioitiin kahden kaupallisen aerosolisensorin suorituskykyä sekä laboratorio- että ulkoilmamittauksissa. Tulosten perusteella kyseessä olleet edulliset aerosolisensorit olivat suorituskyvyltään lupaavia, vaikkakin kehitettävää vielä oli. Tutkimukset suoritettiin vuoden 2017 kevään ja kesän aikana Kumpulassa Ilmatieteen laitoksen laboratoriossa sekä SMEARIII-ulkoilmamittausasemalla. Tutkimus oli osa HAQT-projektia (Helsinki metropolitan Air Quality Testbed), jota suoritetaan Uudenmaan liiton myöntämällä Alueelliset innovaatiot ja kokeilut (AIKO) –rahoituksella (projekti HAQT, AIKO014) sekä osa TEKESin rahoittamaa INKA-ILMA/EAKR-projektia (Innovatiiviset kaupungit, TEKES nro: 4588/31/2015).
Lisätietoja:
Tutkija Joel Kuula, puh. 044 722 7718, joel.kuula@fmi.fi
Kuula, J., Mäkelä, T., Hillamo, R. & Timonen, H. (2017). Response characterization of an inexpensive aerosol sensor. Sensors, 17(12), 2915; doi: 10.3390/s17122915.
