الخلفية
المواد الجسيمية (PM) ليست ملوثًا واحدًا، بل هي خليط من جسيمات ذات أحجام وتركيبات ومصادر مختلفة. يحدد حجم هذه الجسيمات المدة التي تبقى فيها معلقة في الهواء ومدى عمق اختراقها للجهاز التنفسي البشري.
لأغراض المراقبة التنظيمية والبيئية، يُعد جزءان ذا أهمية خاصة:
- PM2.5: جسيمات يقل قطرها عن 2.5 ميكرومتر، وترتبط عادةً بعمليات الاحتراق.
- PM10: جسيمات يقل قطرها عن 10 ميكرومتر، والتي تشمل الجسيمات الدقيقة (PM2.5) والجسيمات الخشنة (PM2.5–10).
يُعد التمييز الصحيح بين الجسيمات الدقيقة (PM2.5) والجسيمات الخشنة (PM2.5-10) أمرًا ضروريًا، حيث تنشأ هذه الأجزاء من مصادر مختلفة، ولها آليات نقل متميزة، وتُظهر آثارًا صحية وبيئية مختلفة بشكل ملحوظ.
على وجه الخصوص، يرتبط وجود الجسيمات الخشنة بشكل كبير بالعمليات الميكانيكية، مثل اضطراب التربة، ومناولة المواد، والحركة المرورية على الأسطح غير المعبدة، والتعدين، وأنشطة الموانئ، والعمليات الزراعية، أو أعمال البناء والهدم. يمكن أن تنتج هذه البيئات تركيزات عالية من الجسيمات في نطاق 2.5–10 ميكرومتر، مما يجعل قياس PM10 الدقيق أمرًا صعبًا بشكل خاص.
أنواع مستشعرات PM منخفضة التكلفة
في السنوات الأخيرة، أصبحت مستشعرات PM منخفضة التكلفة مستخدمة على نطاق واسع. ومع ذلك، لا تقيس جميع المستشعرات PM10 بنفس الطريقة.
ابتكارات في مجال جودة الهواء بنقرة واحدة
ابقَ على اطلاع على الهواء الذي تتنفسه!
اشترك في نشرتنا الإخبارية لتتلقى آخر المستجدات في مجال تكنولوجيا مراقبة البيئة، والدراسات المتعلقة بجودة الهواء، والمزيد.
بشكل عام، يوجد نهجان تقنيان:
مستشعرات تُقدر PM10 من PM2.5
بعض المستشعرات الضوئية مُحسّنة بشكل أساسي للكشف عن الجسيمات الدقيقة. تطبق هذه المستشعرات نسب حجم جسيمات ثابتة لاستقراء PM10 من قيم PM2.5 المقاسة. في مثل هذه المستشعرات، لا يتم قياس PM10 مباشرة، بل يتم استنتاجه بناءً على توزيعات الجسيمات المفترضة.
يمكن أن يعمل هذا النهج بشكل جيد إلى حد ما في البيئات الحضرية التي تهيمن عليها الجسيمات الدقيقة، لكنه قد يُدخل تحيزًا كبيرًا في البيئات التي تسود فيها الجسيمات الخشنة.
مستشعرات تعتمد على تقنية عداد الجسيمات الضوئي (OPC)
تستخدم تقنية عداد الجسيمات الضوئي (OPC)، مثل تلك المدمجة في Kunak AIR Pro، تشتت ضوء الليزر للكشف عن الجسيمات وتحديد حجمها بشكل فردي عبر نطاقات قطر متعددة.
الميزات الرئيسية لمستشعر OPC:
- يقيس عبر نطاق حجم ممتد (يتجاوز 10 ميكرومتر)
- يتضمن قنوات حجم كافية لحل توزيعات الجسيمات.
يتيح ذلك التمييز الحقيقي لحجم الجسيمات، والكشف عن الجزء الخشن، وحساب PM10 المباشر دون الاعتماد على نسب مفترضة.
في بيئات الجسيمات الخشنة، يُعد هذا التمييز أمرًا بالغ الأهمية.
هدف هذه الدراسة
يعرض هذا المقال نتائج التحقق الميداني لمستشعر PM في Kunak AIR Pro في ظل ظروف ذات تركيزات مرتفعة من الجسيمات الخشنة.
تُظهر النتائج أن المستشعر يحافظ على دقة قوية وتوافق مع الأجهزة المكافئة في قياس PM10، حتى في البيئات التي تهيمن فيها الجسيمات الخشنة.
تؤكد هذه النتائج ملاءمة مستشعر PM من Kunak للتطبيقات التنظيمية والصناعية والحضرية والمهنية حيث تُعد بيانات PM10 الموثوقة ضرورية للامتثال البيئي والتحكم التشغيلي وحماية الصحة العامة.
Kunak AIR Pro – مستشعر PM
يعتمد مستشعر PM من Kunak على تقنية تشتت ضوء الليزر وهو معتمد بموجب MCERTS Certified Products: Indicative Ambient Particulate Monitors لـ PM10 و PM2.5. كما يحمل شهادة KOTITI من الدرجة الأولى لـ PM2.5، مما يؤكد أداءه وموثوقية قياسه.
تدمج محطات Kunak AIR Pro عداد جسيمات ضوئي (OPC) قادر على قياس الجسيمات من 0.3 ميكرومتر حتى 40 ميكرومتر بفضل 24 قناة.
يتم حساب PM1 و PM2.5 و PM4 و PM10 والجسيمات المعلقة الكلية (TSP) وعداد الجسيمات الكلي (TPC) بافتراض ملف كثافة الجسيمات.
أظهرت دراسات التموضع المشترك الميدانية أداءً ميدانيًا مماثلاً للأجهزة المكافئة بناءً على نفس التقنية، حتى في مراقبة الجسيمات الخشنة.
يتم تصحيح تأثير الرطوبة بشكل مثالي باستخدام الخوارزمية المدمجة لتحقيق دقة عالية في أي ظروف بيئية، باستثناء الأيام الضبابية أو التكثيف، حيث يتم إبطال البيانات تلقائيًا بواسطة برنامج Kunak AIR Cloud لمنع تشويش البيانات.
بالإضافة إلى ذلك، تتيح لك أداة المعايرة عن بُعد من Kunak ضبط عامل التصحيح للموقع المحدد الذي يتم فيه تثبيت الجهاز.

Kunak AIR Pro – مستشعر PM احترافي لقياس PM1 و PM2.5 و PM4 و PM10 والجسيمات المعلقة الكلية (TSP) وعداد الجسيمات الكلي (TPC)

صورة مُعالجة لعداد الجسيمات الضوئي (OPC) الخاص بـ Kunak AIR Pro
المواصفات الفنية لمستشعر PM من النوع A (لـ Kunak AIR Pro فقط)
| النوع | عداد جسيمات ضوئي | القابلية للتكرار (9) | 2 ميكروغرام/م3 (PM1) 3 ميكروغرام/م3 (PM2.5) 3 ميكروغرام/م3 (PM4) 5 ميكروغرام/م3 (PM10) 6 ميكروغرام/م3 (TSP) |
| وحدة القياس | ميكروغرام/م3 | حد الكشف (LOD) (8) | 0.5 ميكروغرام/م3 (PM1) 0.5 ميكروغرام/م3 (PM2.5) 0.5 ميكروغرام/م3 (PM4) 1 ميكروغرام/م3 (PM10) 1 ميكروغرام/م3 (TSP) |
| نطاق القياس (1) | 0 – 1,000 ميكروغرام/م3 (PM1) 0 – 2,000 ميكروغرام/م3 (PM2.5) 0 – 2,000 ميكروغرام/م3 (PM4) 0 – 10,000 ميكروغرام/م3 (PM10) 0 – 15,000 ميكروغرام/م3 (TSP) 0 – 8,000 عدد/سم3 (TPC) | الدقة النموذجية (12) | ± 2 ميكروغرام/م3 (PM1) ± 3 ميكروغرام/م3 (PM2.5) ± 3 ميكروغرام/م3 (PM4) ± 4 ميكروغرام/م3 (PM10) ± 6 ميكروغرام/م3 (TSP) |
| الدقة (2) | 1 ميكروغرام/م3 1 عدد/سم3 (TPC) | الدقة النموذجية – R2 (11) | > 0.9 (PM1) > 0.8 (PM2.5) > 0.8 (PM4) > 0.7 (PM10) > 0.7 (TSP) > 0.8 (TPC) |
| نطاق درجة حرارة التشغيل (3) | -20 إلى 50 درجة مئوية -40 إلى 50 درجة مئوية مع السخان ** | الميل النموذجي (11) | 0.85 – 1.18 |
| نطاق الرطوبة النسبية للتشغيل (4) | 0 إلى 99 % رطوبة نسبية | التقاطع النموذجي (a) (11) | -1.8 ميكروغرام/م3 ≤ a ≤ +1.8 ميكروغرام/م3 (PM1) -2 ميكروغرام/م3 ≤ a ≤ +2 ميكروغرام/م3 (PM2.5) -2 ميكروغرام/م3 ≤ a ≤ +2 ميكروغرام/م3 (PM4) -3 ميكروغرام/م3 ≤ a ≤ +3 ميكروغرام/م3 (PM10) -4 ميكروغرام/م3 ≤ a ≤ +4 ميكروغرام/م3 (TSP) |
| نطاق الرطوبة النسبية الموصى به (5) | 0 إلى 95 % رطوبة نسبية | DQO – U(exp) النموذجي (13) | < 50 % (PM1 – PM4 – PM10 – TSP) < 35 % (PM2.5) |
| عمر التشغيل (6) | > 24 شهرًا | التباين النموذجي داخل النموذج (14) | < 2 ميكروغرام/م3 |
| وقت الاستجابة (10) | < 10 ثوانٍ | ||
| 1. نطاق القياس: نطاق التركيز الذي يقيسه المستشعر. 2. الدقة: أصغر وحدة قياس يمكن أن يشير إليها المستشعر. 3. نطاق درجة حرارة التشغيل: الفترة الحرارية التي يُصنف فيها المستشعر للعمل بأمان وتوفير القياسات. (**) في مستشعر PM من النوع A: -40 إلى 50 درجة مئوية مع السخان (مزيد من المعلومات حول هذا الإصدار عند الطلب). 4. نطاق الرطوبة النسبية للتشغيل: فترة الرطوبة التي يُصنف فيها المستشعر للعمل بأمان وتوفير القياسات. 5. نطاق الرطوبة النسبية الموصى به: نطاق الرطوبة النسبية الموصى به للأداء الأمثل للمستشعر. قد يؤدي التعرض المستمر خارج النطاق الموصى به إلى إتلاف الخرطوشة. 6. عمر التشغيل: الفترة الزمنية التي يمكن للمستشعر خلالها العمل بفعالية ودقة في ظل الظروف العادية. 7. نطاق الضمان: نطاق التركيز الذي يغطيه ضمان Kunak. 8. LOD (حد الكشف): يُقاس في ظروف المختبر عند 20 درجة مئوية و 50 % رطوبة نسبية. حد الكشف هو الحد الأدنى من التركيز الذي يمكن اكتشافه على أنه مختلف بشكل كبير عند تركيز الغاز الصفري، ويُحسب وفقًا للمواصفة الفنية CEN/TS 17660. 9. القابلية للتكرار: يُقاس في ظروف المختبر عند 20 درجة مئوية و 50 % رطوبة نسبية. قرب الاتفاق بين نتائج القياسات المتتالية لنفس القياس المنفذة في نفس ظروف القياس، ويُحسب وفقًا للمواصفة الفنية CEN/TS 17660. 10. وقت الاستجابة: الوقت اللازم للمستشعر للوصول إلى 90 % من القيمة المستقرة النهائية. 11. الدقة النموذجية – R2: الإحصائيات التي تم الحصول عليها بين القياسات الساعية للجهاز والأجهزة المرجعية في الاختبار الميداني بين -10 إلى +30 درجة مئوية في مواقع مختلفة. (*) بالنسبة لمستشعر PM من النوع B، يكون الخطأ المتوقع لـ PM 10 أعلى في وجود الجسيمات الخشنة. 12. الدقة النموذجية: بالنسبة للملوثات المعيارية، هو متوسط الخطأ المطلق (MAE) الذي تم الحصول عليه بين القياسات الساعية للجهاز والأجهزة المرجعية لاختبار ميداني من شهر إلى 8 أشهر بين -10 إلى +30 درجة مئوية في بلدان مختلفة. بالنسبة للملوثات الأخرى، هو الخطأ المتوقع للقياس عند القراءة. 13. DQO-Typical U(exp): هدف جودة البيانات المعبر عنه كعدم اليقين الموسع في القيمة الحدية الذي تم الحصول عليه بين القياسات الساعية للجهاز والأجهزة المرجعية لاختبار ميداني من شهر إلى 8 أشهر بين -10 إلى +30 درجة مئوية في بلدان مختلفة، ويُحسب وفقًا لتوجيه جودة الهواءيشير جودة الهواء إلى حالة الهواء الذي نتنفسه وتركيبه من حيث الملوثات الموجودة في الغلاف الجوي. وتُعد جيدة عندما تكون مستويات الملوثات منخفضة ولا تشكل خطرًا... قراءة المزيد الأوروبي 2024/2881 ومن المواصفة الفنية CEN/TS 17660. (*) بالنسبة لمستشعر PM من النوع B، يكون الخطأ المتوقع لـ PM 10 أعلى في وجود الجسيمات الخشنة. 14. التباين النموذجي داخل النموذج: يُحسب كانحراف معياري لمتوسطات المستشعرات الثلاثة في اختبار ميداني من شهر إلى 8 أشهر بين -10 إلى +30 درجة مئوية في بلدان مختلفة. |
|||
بالإضافة إلى ذلك، تتوفر مخططات توزيع حجم الجسيمات في Kunak AIR Cloud.

الشكل 1.
أداة توزيع وتحليل حجم PM
إثبات الدقة لقياسات PM10
إجراء التحليل والتوصيف
يتم تقييم المقاييس والمخططات التالية لتقييم أداء مستشعر PM في الاختبار الميداني.
- الدقة: يتم الحصول عليها كمتوسط الخطأ المطلق (MAE) بين قياسات KUNAKAIR والأجهزة المرجعية.
- فترة الثقة 90 %: 90 % من القياسات أقل من هذا الخطأ. كما يُظهر الخطأ النسبي للخطأ الأقصى في 90 % من القياسات.
- تتضمن النتائج أيضًا متوسط التركيز (AVG. GC) خلال الاختبارات بأكملها.
- تُستخدم المخططات الزمنية ومخططات التشتت والتباين الزمني للمتوسط لتحليل نتائج الاختبار.
1. الاختبار الميداني: هلسنكي (فنلندا)
- الموقع: Teollisuuskatu، هلسنكي (فنلندا)
- فترة الاختبار: 20 فبراير – 28 أبريل 2025
الجدول 1. الظروف البيئية للاختبار الميداني
الجدول 2. إحصائيات PM2.5 و PM10 المقاسة بواسطة محطة مراقبة جودة الهواء (المرجع)
يوضح الشكل 2 كيف أن تركيز PM10 أعلى من PM2.5، مما يدل على التركيز العالي للجسيمات الخشنة (PM10 – PM2.5) التي تم رصدها خلال الاختبار الميداني.

الشكل 2.
مخطط زمني لـ PM2.5 و PM10 المرجعي.
يوضح الشكل التالي (الشكل 3) المخطط الزمني الذي يظهر القياسات التي رصدتها المحطة المرجعية وجهازي Kunak. كما لوحظ، هناك عدة ذروات تتجاوز حد 190 ميكروغرام/م3. بالإضافة إلى ذلك، يلاحظ كيف تتوافق قياسات Kunak PM10 مع قياسات PM10 التي رصدها محلل الجسيمات. يظهر الارتباط الجيد بين أجهزة Kunak والبيانات المرجعية في الشكل 3، حيث يظهر مخطط الانتشار والارتباط (R2) والمعادلة الخطية. يظهر كلا الجهازين ارتباطًا مثاليًا، يتجاوز 0.80، وله ميل قريب من 1 وإزاحة صغيرة (أقل من 2 ميكروغرام/م3).
10 المرجعية (الأخضر)، وقياسات Kunak PM10: الجهازان K-A3 RENT 1 (الأرجواني) و K-A3 RENT 4 (الأزرق). يظهر الخط الأحمر حد تركيز PM10 190 ميكروغرام/م3.” width=”1132″ height=”405″> الشكل 3. مخطط زمني لبيانات PM10 المرجعية (الأخضر)، وقياسات Kunak PM10: الجهازان K-A3 RENT 1 (الأرجواني) و K-A3 RENT 4 (الأزرق). يظهر الخط الأحمر حد تركيز PM10 190 ميكروغرام/م3.
يوضح الشكل 4 مخطط التباين الزمني، حيث يلاحظ كيف تتبع مستشعرات Kunak PM من كلا الجهازين بشكل مثالي اتجاهات قياس PM10 بواسطة الجهاز المكافئ.

الشكل 4.
مخطط الانتشار لأجهزة Kunak (المحور السيني) مقابل البيانات المرجعية (المحور الصادي)، ونطاق الرطوبة (المحور الزيني). يوضح المخطط الارتباط والمعادلة الخطية.
يوضح الشكل 5 كيف أن تركيز PM10 أعلى من PM2.5، مما يدل على التركيز العالي للجسيمات الخشنة (PM10 – PM2.5) التي تم رصدها خلال الاختبار الميداني.
10 المرجعي (الأحمر) وقياسات Kunak PM10 (الأخضر والأزرق).” width=”1648″ height=”746″> الشكل 5. التباين الزمني لـ PM10 المرجعي (الأحمر) وقياسات Kunak PM10 (الأخضر والأزرق).
يوضح الجدول أدناه (الجدول 3) مقاييس التحليل الموضحة في قسم إجراء التحليل والتوصيف. يلاحظ ليس فقط الارتباط الجيد الذي تم الحصول عليه في الاختبار الميداني، ولكن أيضًا انخفاض MAE وفترة الثقة الجيدة بنسبة 90٪. بالإضافة إلى ذلك، يلاحظ كيف أن متوسط التركيز الذي رصدته الأجهزة المرجعية وأجهزة Kunak AIR Pro (DUT: الجهاز قيد الاختبار) متشابه جدًا.
الجدول 3. مقاييس التحليل
تُظهر جميع هذه المخططات والإحصائيات الأداء الجيد لمستشعر PM في مراقبة التركيز العالي لـ PM10 بوجود جسيمات خشنة.
2. الاختبار الميداني: أكرا (غانا)
- الموقع: أكرا، (غانا)
- فترة الاختبار: 8 يناير – 18 فبراير 2024
الجدول 4. الظروف البيئية للاختبار الميداني
الجدول 5. إحصائيات PM2.5 و PM10 المقاسة بواسطة محطة مراقبة جودة الهواء (المرجع)
يوضح الشكل التالي (الشكل 6) المخطط الزمني الذي يظهر القياسات التي رصدتها المحطة المرجعية وأجهزة Kunak AIR Pro الثلاثة. كما لوحظ، هناك حوالي أسبوعين كانت فيها التركيزات تتجاوز حد 190 ميكروغرام/م3 معظم الوقت. يوضح المخطط كيف تتوافق قياسات Kunak PM10 مع قياسات PM10 التي رصدها محلل الجسيمات.

الشكل 6.
مخطط زمني لـ PM2.5 و PM10 المرجعي.
يظهر الارتباط الجيد بين أجهزة Kunak AIR Pro والبيانات المرجعية في الشكل 7، حيث يظهر مخطط الانتشار والارتباط (R2) والمعادلة الخطية. تُظهر أنظمة مستشعرات Kunak AIR Pro الثلاثة ارتباطًا ممتازًا، يتجاوز 0.87، مع ميل قريب من 1. في هذه الحالة، نظرًا للتركيز العالي جدًا، تكون الإزاحة أعلى قليلاً (حوالي 26-40 ميكروغرام/م3). بالنظر إلى التركيز الذي يزيد عن 250 ميكروغرام/م3، يمكن اعتبار هذه الإزاحة ضئيلة.

الشكل 7.
مخطط زمني لبيانات PM10 المرجعية (الأزرق)، وقياسات Kunak PM10: الأجهزة K-A3 GHANA 1 (الأصفر)، K-A3 GHANA 2 (الأخضر) و K-A3 GHANA 3 (البرتقالي). يظهر الخط الأحمر حد تركيز PM10 190 ميكروغرام/م3.
يوضح الشكل 8 مخطط التباين الزمني، حيث يلاحظ كيف تتبع مستشعرات Kunak PM من الأجهزة الثلاثة بشكل مثالي اتجاهات قياس PM10 بواسطة المحلل المرجعي.

الشكل 8.
مخطط الانتشار لأجهزة Kunak (المحور السيني) مقابل البيانات المرجعية (المحور الصادي)، ونطاق الرطوبة (المحور الزيني). يوضح المخطط الارتباط والمعادلة الخطية.

الشكل 9.
التباين الزمني للمرجع (الأرجواني) وقياسات Kunak PM10 الثلاثة (الأحمر والأخضر والأزرق)
أخيرًا، يوضح الجدول 6 مقاييس التحليل الموضحة في قسم إجراء التحليل والتوصيف حيث يظهر الارتباط الممتاز الذي تم الحصول عليه في الاختبار الميداني.
كما ذكرنا سابقًا، نظرًا للتركيزات العالية جدًا، فإن MAE وفترة الثقة بنسبة 90٪ أعلى مما كانت عليه في اختبار هلسنكي الميداني. وهذا أمر متوقع حيث يتراوح نطاق التركيز من 32.35 إلى 1493.94 ميكروغرام/م3.
أخيرًا، يوضح الجدول متوسط التركيز الذي رصدته الأجهزة المرجعية وأجهزة DUT (الجهاز قيد الاختبار)، مما يظهر متوسط تركيز متشابه جدًا تم رصده ضمن التقنيات المختلفة.
الجدول 6. مقاييس التحليل.
تُظهر جميع هذه المخططات والإحصائيات الأداء الجيد لمستشعر PM في مراقبة التركيز العالي لـ PM10 بوجود جسيمات خشنة.
الاستنتاجات
تُظهر الاختبارات الميدانية التي أُجريت في هلسنكي (فنلندا) وأكرا (غانا) أن مستشعر PM المدمج في Kunak AIR Pro يقدم أداءً قويًا ومتسقًا، حتى في ظل ظروف التركيزات العالية للجسيمات الخشنة.
في كلا الموقعين، أظهرت أجهزة Kunak AIR Pro أداءً قويًا مع المحللات المرجعية، بقيم ارتباط (R2) تزيد عن 0.80 في هلسنكي وأكثر من 0.87 في أكرا، مما يؤكد قدرتها على إعادة إنتاج اتجاهات PM10 و مستويات التركيز المطلقة بدقة.
تشير النتائج إلى أن المستشعر يحافظ على سلوك مستقر عبر نطاق واسع من درجات الحرارة ومستويات الرطوبة وأحمال الجسيمات، مع الحفاظ على دقة عالية في كل من الظروف المعتدلة وحالات التلوث الشديد. على الرغم من أن MAE وفترات الثقة بنسبة 90٪ تزداد تحت التركيزات العالية للغاية، كما هو متوقع بسبب نطاق التشغيل الأوسع الموجود في أكرا، فإن التوافق الوثيق بين أجهزة Kunak AIR Pro وأجهزة PM المكافئة يؤكد متانة النظام.
إن قدرته على تتبّع التغيرات الزمنية بدقة، ورصد ذُرى التركيز، والحفاظ على توافق قوي مع المعدات المرجعية عالية الدقة تجعله مناسبًا تمامًا للمراقبة الصناعية والحضرية والتشغيلية في سيناريوهات البناء والهدم، حيث تُعد بيانات جودة الهواء الموثوقة ضرورية لاتخاذ القرارات والإدارة البيئية.









