Hiukkasten lukumäärän ja

keuhkodeposoituvan pinta-

alan mittaukset erilaisissa

ympäristöissä

Ilmanlaadun mittaajatapaaminen, Tampere

11.4.2018

Harri Portin

Yleistä hiukkasten

lukumääräpitoisuudesta ja

keuhkodeposoituvasta

pinta-alasta

2

Keuhkodeposoituva pinta-ala eli LDSA

• LDSA = lung deposited surface area

• Keuhkoihin päätyvien hiukkasten haitallisuutta arvioitaessa niiden

kokonaispinta-ala saattaa olla jopa tärkeämpi tekijä kuin vaikkapa

lukumäärä- tai massapitoisuus

• LDSA saadaan laskettua hiukkasten pinta-alajakaumasta ottamalla

huomioon erikokoisten hiukkasten todennäköisyys deposoitua

hengityselimistöön

• Yleensä LDSA lasketaan alveolaariselle eli keuhkorakkuloissa

tapahtuvalle depositiolle

3

Miten LDSA:ta mitataan?

• Periaatteessa hiukkasten lukumääräkokojakauman mittaaminen

riittää, siitä voi sitten laskea LDSA:n

• LDSA-mittalaitteitakin on jo olemassa, esim. Pegasor AQ Urban -

sensori, joita meilläkin on jo käytössä

• Aikaisemmin mm. TTY on mitannut LDSA:ta HSY:n asemilla ja

muualla pääkaupunkiseudulla (Kuuluvainen et al 2016), he

mittasivat kokojakauman ELPI:llä ja laskivat siitä LDSA:n

– Parin viikon mittausjaksojen keskimääräiset pitoisuudet

vaihtelivat 94 µm2/cm3 (Töölöntulli, katukuilu) ja 12 µm2/cm3

(Hietaniemi, kaupunkitausta) välillä

4

Hiukkaskokojakaumien mittaus

• HSY mittaa hiukkasten lukumääräkokojakaumia katukuilussa

Mäkelänkadun supermittausasemalla

• DMPS (differential mobility particle sizer), kokoalue 6-800 nm

• Samalla saadaan selville myös hiukkasten

kokonaislukumääräpitoisuus

• Helsingin yliopistolla on toinen vastaava laite Kumpulan

kaupunkitausta-asemalla

5

LDSA:n laskeminen DMPS:llä mitatuista

kokojakaumista

• Mäkelänkadulla on myös

Pegasor joten sen

havaintoihin voi suoraan

verrata

• Laskettiin LDSA-

tuntikeskiarvot väliltä 13.3.

- 3.9.2017 molemmille

laitteille

• Hyvin kalibroitu ja

ylläpidetty DMPS-laitteisto

sopii LDSA-pitoisuuden

mittaamiseen, ja sitä

voidaan käyttää myös

Pegasorin sensoritulosten

laadunvarmennuksessa

6

0 20 40 60 80 100 120 1400

20

40

60

80

100

120

140

LDSA, DMPS

LD

SA

, P

ega

sor

y = 1.0768*x + 1.2808R = 0.95

Otetaan vielä Kumpulan tausta-aseman DMPS

mukaan vertailuun

7

2015 2016 2017 20180

2

4

6x 10

5

Lu

ku

määrä

pitois

uus (

#/c

m3)

Kokonaispitoisuudet

Mäkelänkatu

Kumpula

2015 2016 2017 20180

200

400

600

LD

SA

(µ

m2/c

m3)

Kokonais-LDSA

Keskiarvot 2015-2017:

Mäkelänkatu 15400 #/cm3

Kumpula 4800 #/cm3

Keskiarvot 2015-2017:

Mäkelänkatu 21.5 µm2/cm3

Kumpula 11.6 µm2/cm3

Kumpulan data: Helsingin yliopisto/Pasi Aalto

Kokojakaumia Mäkelänkadulta ja Kumpulasta,

keskiarvoistettu 3/2016 – 2/2017

8

Keskimääräiset vuorokausisyklit 3/2016 – 2/2017

9

Vuodenaikojen vaikutus LDSA:han, Mäkelänkatu,

kevät 2016 – talvi 2017

10

Viikonpäivien vaikutus LDSA:han, Mäkelänkatu

11

Anssi Julkunen

LDSA mittaukset

pääkaupunkiseudulla

12

Pegasor AQTM Urban hiukkassensori

• Mittausmenetelmä perustuu hiukkasten

sähköiseen varautumiseen (diffusion charger)

• Mittaa hiukkasten aktiivista pinta-ala (LDSA)

(µm2/cm3), indikatiivisesti myös lukumäärä- ja

massapitoisuutta

• Havaitsee hiukkasia, joiden halkaisija on noin

10 - 400 nm (PM0.4)

• Indikoi polttoperäisistä, lähilähteistä peräisin

olevia pienhiukkasia (liikenne, pienpoltto)

• Keskiarvoistusaika: 1-360 s (60 s HSY)

• Tiedonsiirto: Modbus over Ethernet;

kytkettävissä langallisesti tai langattomasti

Envidas Ultimate tiedonkeruujärjestelmään tai

pilvipalveluun

2 km

Vilkkaat kadut

Pientaloalueet

Mittausasemat

Satama

Pääväylät

Sensoripaikat

Pientaloalueet

Tausta-alueet

© Taustakartta: Helsinki, Espoo Vantaa, Kauniainen, HSY, 2016

Vilkkaat kadut

Ilmanlaadun mittausasemat (12 kpl) ja HAQT-hankeen

sensoripaikat (15 kpl) pääkaupunkiseudulla vuonna 2018Vaisala AQT420

18 mittauspaikassa

2 km

Vilkkaat kadut

Pientaloalueet

Mittausasemat

Satama

Pääväylät

Sensoripaikat

Pientaloalueet

Tausta-alueet

© Taustakartta: Helsinki, Espoo Vantaa, Kauniainen, HSY, 2016

Vilkkaat kadut

Ilmanlaadun mittausasemat (12 kpl) ja HAQT-hankeen

sensoripaikat (15 kpl) pääkaupunkiseudulla vuonna 2018Pegasor AQTM Urban

10 mittauspaikassa

LDSA-pitoisuuksia HAQT-hankkeen mittauspisteissä

pääkaupunkiseudulla alkuvuonna 2018

16

• Korkeimmat pitoisuudet erittäin vilkasliikenteisissä ympäristöisä

• Pientaloalueilla korkeita pitoisuuksia erityisesti heikkotuulisina

pakkasiltoina, mutta suurta vaihtelua eri mittauspaikkojen välillä

LDSA

Eri komponenttien pitoisuusvaihtelu alkuvuonna 2018

17

LDSA ja BC-pitoisuuksien välinen korrelaatio Itä-Hakkilan

pientaloalueella alkuvuonna 2018

• LDSA- ja BC-pitoisuuksien välillä voimakas korrelaatio, koska molempien

päälähteenä puunpolton lähipäästöt (+ liikenne) talvi-iltoina Itä-Hakkilassa

• LDSA ja PM2,5 välillä vain heikko korrelaatio, koska PM2,5-massalla monia

lähteitä (erityisesti kaukokulkeuma ja alueellinen tausta)

18

LDSA ja BC-pitoisuuksienvälinen korrelaatio

pientaloalueella ja vilkkaassa liikenneympäristössä

Itä-Hakkila

Mäkelänkatu

19

y = 7.43x + 6.10R² = 0.82

0

30

60

90

120

150

0 3 6 9 12 15

LD

SA

(µ

m2/c

m3)

BC (µg/m3)

y = 1.02x + 5.51R² = 0.26

0

30

60

90

120

150

0 10 20 30 40 50

LD

SA

(µ

m2/c

m3)

PM2,5 (µg/m3)

y = 14.80x + 7.21R² = 0.69

0

30

60

90

120

150

0 3 6 9 12 15

LD

SA

(µ

m2/c

m3)

BC (µg/m3)

y = 1.54x + 7.37R² = 0.34

0

30

60

90

120

150

0 10 20 30 40 50

LD

SA

(µ

m2/c

m3)

PM2,5 (µg/m3)

LDSA pitoisuus Itä-Hakkila lauantai 20.1.2018

1

2

3

4

NOx ja mustahiili (BC) mittaukset parantavat LDSA

tulosten tulkintaa ja päästölähteiden arviointia

1

12

2

4

4

LSDA tulosten tulkintaa voidaan parantaa myös

yhdistelemällä sensorimittauksia

• LDSA pitoisuus vs. Vaisala AQT420 sensorilla mitattu CO pitoisuus

• CO pitoisuus indikoi epätäydellistä palamista (esim. puun pienpoltto)

2

4

Yhteenveto ja johtopäätöksiä

• Sensorilla mitatut LDSA pitoisuudet korreloivat hyvin DMPS tuloksista

johdettujen LDSA pitoisuuksien kanssa

• Korrelaatio muiden yhdisteiden kanssa vaihtelee lähteestä riippuen

• LDSA sensorimittaukset ovat kohtuullisen edullinen ja helppo tapa mitata

lähilähteistä peräisin olevia polttoperäisiä pienhiukkasia, mutta

mittaukset eivät yksinään kerro hiukkasten lähdettä

• Mittauspaikan valinnalla ja muiden yhdisteiden samanaikaisella

mittaamisella voidaan parantaa tulosten tulkintaa

• LDSA pitoisuuksien ajallisesta ja alueellisesta vaihtelusta tarvitaan vielä

lisää mittaus- ja tutkimustietoa, jota esim. HAQT projekti tuottaa

• Pitkäaikaiset mittaukset antavat tietoa polttoperäisten pienhiukkasten

päästöjen kehittymisestä ja paikallisten ilmasuojelutoimien vaikutuksista

ilmanlaatuun

• Paljonko on paljon? LDSA pitoisuuden ilmanlaatuindeksi?