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Determinação do factor equivalência entre método

referência e automático PM10

Estação de Referência do Ambiente

Alfragide 2008

Amadora

2008

»2 Intercomparação PM10 | Alfragide 2008

Intercomparação PM10 | Alfragide 2008 »3

Ficha técnica:

Título: Determinação do factor equivalência entre método referência e automático PM10

Estação de Referência do Ambiente 2008

Autoria: Agência Portuguesa do Ambiente Laboratório de Referência do Ambiente Coordenação: João Matos Realização: Paula Quintino Execução da campanha: Álvaro Bandeira Marques Nuno Silva Joana Brantes Edição: Agência Portuguesa do Ambiente Data de edição: Dezembro de2008 Local de edição: Amadora Tiragem: 4 exemplares


Índice Geral

1 Resumo 7 2 Introdução 8 3 Metodologia 9 3.1 Local de Amostragem 9 3.2 Equipamento Utilizado 10 4 Resultados 13 5 Conclusões 15 Anexos 17 Bibliografia 21


Índice de Figuras

Figura 1 Estação da Qualidade do Ar de Alfragide 10

Figura 2 Amostrador gravimétrico de referência Hi-Vol - Estação da Qualidade do Ar de Alfragide 11

Figura 3 Analisador automático Environnement, modelo MP 101 M - Estação móvel da Qualidade do Ar 12

Figura 4 Estação móvel da Qualidade do Ar 12

Figura 5 Valores obtidos pelos equipamentos participantes na intercomparação 13

Figura 6 Regressão linear obtida com base nos valores recolhidos durante a intercomparação 13


Índice de Quadros

Quadro 1 Resultados obtidos durante a intercomparação de Verão de 2008 14

Quadro 2 Resultados obtidos durante a intercomparação de Inverno de 2007 14


1 Resumo

Tendo como objectivo o cumprimento da Directiva 1999/30/CE, realizou-se entre Junho e Setembro de 2008, na

Estação da Qualidade do Ar de Alfragide, da Agência Portuguesa do Ambiente, um exercício de intercomparação entre

o método de referência gravimétrico (High-Vol) e um método automático contínuo de medição de partículas

atmosféricas PM10. Este método de medição em contínuo tem como princípio de funcionamento a medição da

atenuação de radiação β, produzida por uma fonte radioactiva de carbono 14, quando na presença de partículas

atmosféricas amostradas durante um determinado intervalo de tempo. Os resultados obtidos estabeleceram uma

relação de equivalência entre o método de referência e o método automático e permitiram a determinação do factor

de equivalência a aplicar para o período de Verão K=1,20.


2 Introdução

Actualmente, existem diversos instrumentos que permitem determinar a concentração de partículas no ar ambiente.

Estes equipamentos, podem ser divididos em dois tipos, os amostradores manuais ou gravimétricos, considerados de

referência de acordo com a norma EN 12341, e os equipamentos automáticos, entre os quais se encontra o método de

atenuação de radiação β.

A Directiva 1999/30/CE considera válida a utilização por parte dos estados membros de qualquer método automático,

desde que se demonstre que os resultados obtidos deste modo, são equivalentes aos resultados provenientes do

método de referência.

O método de referência para a determinação de partículas baseia-se na Norma Europeia 12341, que tem por base o

documento CEN/TC264/WG6 “Evaluation of the CEN field test procedure to demonstrate equivalency of samplig

methods for the PM 10 fraction of suspended particulate matter with a reference sampling of methods for the PM 10”.

Aqui são definidos critérios para a determinação da equivalência entre o método de referência gravimétrico e os

métodos automáticos contínuos, de forma a determinar o factor de equivalência a aplicar aos resultados obtidos com

os métodos contínuos.

A determinação da concentração de partículas atmosféricas pelo método de referência é mais dispendiosa e requer

mais tempo do que o resultante dos métodos automáticos. A utilização de métodos automáticos permite a

disponibilização da informação diária ao público em tempo útil, no entanto atendendo aos diferentes princípios de

funcionamento, características e propriedades dos equipamentos, os resultados obtidos em contínuo apresentam

diferenças face ao método de referência. Estas diferenças têm que ser avaliadas através de exercícios de

intercomparação e podem ser corrigidas aplicando os factores de correcção determinados. Estas intercomparações

devem ser realizadas no período de Verão e de Inverno de forma a serem avaliadas as influências sazonais dos

resultados obtidos pelos equipamentos em estudo.

Tendo como objectivo complementar a informação já obtida no período de Inverno de 2007, realizou-se entre 24 de

Junho e 10 de Setembro, na Estação da Qualidade do Ar de Alfragide, uma intercomparação entre o método

gravimétrico de referência e o método automático por atenuação de radiação β que se encontrava instalado na estação móvel da qualidade do Ar do Laboratório de Referência do Ambiente.


3 Metodologia

Para a demonstração de equivalência entre o método de referência gravimétrico para a determinação de partículas

atmosféricas PM10, e os métodos contínuos automáticos, os Estados membros recorrem à metodologia descrita no

guia, “Guidance to Member States on PM10 Monitoring and Intercomparasions with the Reference Method”.

Nesta metodologia, é estabelecido que o número mínimo de valores validados para que possa ser estudada a

equivalência de métodos é 30. Define também que a equivalência entre os métodos só se verifica se a regressão linear

estabelecida entre os pares de valores obtidos apresentar um coeficiente de correlação R2 ≥ 0,8 e um valor de

ordenada na origem deverá ser | b | ≤ 5 µg/m3.

Os documentos que serviram de base a este ensaio de intercomparação não são muito restritivos quanto à

metodologia a utilizar na determinação de factores de correcção (K), sugerindo que a sua determinação tanto se pode

basear em equações do tipo y=ax+b; y=ax, como na relação entre a média das concentrações do instrumento de

referência e candidato durante o período de estudo.

3.1 Local de Amostragem

A intercomparação realizou-se na estação de medição da qualidade do ar da Agência Portuguesa do Ambiente, situada

no Bairro do Zambujal em Alfragide, concelho da Amadora, cujas coordenadas são 38º 44´ 21´´ N e 9º 12´ 18´´W.

A estação encontra-se localizada na região limítrofe da cidade de Lisboa, numa zona ampla e livre de obstáculos

físicos, perto do Parque Natural de Monsanto e na proximidade de duas vias com grande intensidade de tráfego diário,

o IC 19 (Lisboa/Sintra) e a CRIL (via rápida de ligação da auto-estrada A5-Cascais/Lisboa à 2ª Circular). De acordo

com as suas características e localização, esta estação foi classificada segundo o critério da EUROAIRNET como uma

Estação Urbana de Fundo.

A figura seguinte mostra uma panorâmica geral da estação da qualidade do ar de Alfragide bem como o local

particular onde se encontra colocado o amostrador de referência Hi-Vol envolvido neste estudo de intercomparação.


Figura 1

Estação da Qualidade do Ar de Alfragide.

3.2 Equipamento Utilizado

Método de Referencia High-Volume com cabeça de amostragem de PM10

No presente estudo de intercomparação foi utilizado um amostrador gravimétrico de referência de alto volume (Hi-Vol)

marca Greaseby Andersen, propriedade do Laboratório de Referência do Ambiente (LRA). Este equipamento tem uma

cabeça de amostragem de PM10 com uma configuração normalizada. O ar amostrado passa através de um filtro de

fibra de vidro de dimensão 203 mm x 254 mm onde se depositam as partículas. A morfologia da cabeça de

amostragem permite apenas a entrada de partículas de diâmetro inferior a 10 µm. A massa de partículas depositadas

é determinada pela diferença de massa referente às pesagens do filtro após e antes da amostragem. Antes das

pesagens, os filtros são sujeitos a um condicionamento prévio durante um período de 48 h, garantindo-se assim que


as pesagens são efectuadas sempre nas mesmas condições de humidade relativa, cerca 50%. O caudal de

amostragem debitado por este equipamento é cerca de 68 m3 /hora. A figura 2 mostra o amostrador de referência Hi-

Vol, durante a amostragem

Figura 2

Amostrador gravimétrico de referência Hi-Vol - Estação da Qualidade do Ar de Alfragide

Analisador candidato – Analisadores em contínuo por atenuação de radiação β

O analisador automático, de marca Environnement, modelo MP 101 M, mede em contínuo a concentração de matéria

partículada em suspensão PM10, usando o princípio da absorção da radiação beta (β) pelas partículas atmosféricas. O

equipamento dispõe de uma fonte de C14; a concentração de partículas depositada no filtro é proporcional à

atenuação de radiação β emitida por esta fonte e é detectada por um contador Geiger. O ar amostrado, é aquecido

acima da temperatura ambiente garantindo-se assim que a humidade relativa se mantém constante, e inferior a 60%

na câmara de medida. O controlo da humidade é importante neste processo no entanto o aquecimento a que a

amostra é sujeita pode conduzir a perdas dos compostos mais voláteis. A figura 3 mostra este analisador automático.


Figura 3

Analisador automático Environnement, modelo MP 101 M - Estação móvel da Qualidade do Ar

Este analisador encontrava-se instalado na estação móvel da qualidade do ar da Agência Portuguesa do Ambiente, ao

lado do local onde se encontrava ao amostrador de referência Greaseby Andersen, envolvido neste estudo de

intercomparação A figura 4 mostra a estação móvel da qualidade do Ar durante a intercomparação.

Figura 4

Estação móvel da Qualidade do Ar


4 Resultados

Ao longo do período do exercício foram recolhidos os dados referentes a ambos os equipamentos, tendo sido

considerados todos os pares de valores que se encontram listados no Anexo I. A figura seguinte mostra os resultados

obtidos para ambos os equipamentos.

Figura 5

Valores obtidos pelos equipamentos participantes na intercomparação

0

10

20

30

40

50

21-06-20

08

01-07-20

08

11-07-20

08

21-07-20

08

31-07-20

08

10-08-20

08

20-08-20

08

30-08-20

08

09-09-20

08

19-09-20

08

Tempo

Con

cent

raçã

o P

M10

(ug/

m3)

Hi-Vol Greaseby Andersen Atenuação ß

Com base neste conjunto de valores foi demonstrada a equivalência do equipamento automático em relação ao

método de referência; como já foi referido para que o método por atenuação β seja considerado equivalente ao método de referencia é necessário que os parâmetros da regressão linear sejam tais que: R2 ≥0,8 e |b|≤5µg/m3

A regressão linear obtida com base nestes valores está representada na figura seguinte.

Figura 6

Regressão linear obtida com base nos valores recolhidos durante a intercomparação

y = 0,8384x - 0,1826

R2 = 0,8113

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50

C PM10 (ug/m3) Hi-Vol Graseby

C P

M10

(ug

/m3)

Ate

nuaç

ão ß


Com base nestes valores pode então ser determinado o factor de correcção a aplicar. À semelhança de estudos

anteriores optou-se pela determinação do factor de correcção K tendo por base os valores médios obtidos para

ambos os equipamentos ao longo do período de intercomparação:

)(

)(

10

10

BetaC

VolHiCK

PM

PM −=

)(10 VolHiC PM − - Média das concentrações obtidas para o equipamento de referência gravimétrico Hi- Vol ao

longo do período de intercomparação

)(10 BetaC PM - Média das concentrações obtidas para o equipamento candidato por atenuação β ao longo do

período de intercomparação

Na Quadro 1 apresentam-se os resultados obtidos:

Quadro 1 – Resultados obtidos durante a intercomparação de Verão de 2008

Local

Período de

medição

Dimensão da

amostra

)(10 VolHiC PM −

)/( 3mgµ

)(10 BetaC PM

)/( 3mgµ

K

Alfragide

24 Jun – 10 Set

2008

36

25,3

21,1

1,20

Durante o período de Inverno de 2007 foi realizada uma intercomparação entre os mesmos equipamentos, tendo-se

obtido os resultados que se resumem na Quadro seguinte:

Quadro 2 – Resultados obtidos durante a intercomparação de Inverno de 2007

Local

Período de

medição

Dimensão da

amostra

)(10 VolHiC PM −

)/( 3mgµ

)(10 BetaC PM

)/( 3mgµ

K

Alfragide

30 Jan – 2 Abr

2007

28

29,8

25,4

1,17

Verifica-se que os factores de correcção K encontrados para os períodos de Verão e Inverno são ligeiramente

diferentes. Aplicaram-se ambos os factores de correcção aos valores de média diária e determinou-se a diferença

relativa entre eles tendo-se encontrado um valor de 2,5%, conforme se apresenta no ANEXO II


5 Conclusões

Avaliando os resultados obtidos nesta intercomparação, durante o período de Verão, de Junho a Setembro de 2008,

pode verificar-se que os valores referentes ao instrumento candidato são mais baixos que os valores obtidos pelo

método de referência, tal como se esperava, devido à evaporação dos compostos mais voláteis resultante do

aquecimento da cabeça de amostragem com vista a controlar o teor de humidade.

Analisando os parâmetros da regressão linear obtidos na presente intercomparação, conclui-se que os resultados

obtidos pelo método automático por atenuação de radiação β são equivalentes aos resultados obtidos pelo método de

referência.

O factor de correcção encontrado nesta intercomparação, K=1,20, é ligeiramente diferente do encontrado na

intercomparação realizada no período de Inverno de 2007, K=1,17. Contudo e de acordo com o documento “Guidance

to Member States on PM10 Monitoring and Intercomparasions with the Reference Method”, se os factores de

equivalência sazonais encontrados conduzirem a uma diferença contida no intervalo ± 10%; os valores encontrados

podem ser considerados iguais e é válida a utilização de um único factor ao longo do ano. A diferença encontrada

entre os valores de média diárias corrigidas com estes dois factores é da ordem de 2,5%, podendo assim considerar-

se estes valores como iguais, ou seja esta diferença encontra-se contida no intervalo associado à incerteza de medição

de 25% estabelecida no anexo VIII da Directiva 1999/30/CE. Considera-se assim ser adequado a utilização de um

factor médio ao longo de todo o ano: K=1,18


Anexos


ANEXO I

Concentrações médias diárias de PM10 obtidas durante a intercomparação

Data C (PM10) Hi-Vol C (PM10) Atenuação β (mg/m3) (mg/m3)

24-06-2008 17,2 15,5

25-06-2008 33,8 28,2

26-06-2008 32,5 29,6

30-06-2008 30,5 23,6

01-07-2008 18,6 18,3

02-07-2008 24,7 16,6

03-07-2008 21,6 16,9

07-07-2008 19,1 16,5

08-07-2008 13,5 9,2

09-07-2008 17,2 17,4

10-07-2008 16,0 14,3

14-07-2008 38,4 27,9

15-07-2008 39,8 35,9

16-07-2008 47,3 38,5

17-07-2008 41,7 35,7

22-07-2008 39,1 34,4

23-07-2008 28,8 24,1

24-07-2008 19,8 14,6

30-07-2008 23,4 15,6

06-08-2008 13,9 14,0

07-08-2008 22,5 21,0

11-08-2008 12,8 12,8

12-08-2008 22,6 20,8

13-08-2008 24,1 25,6

18-08-2008 19,1 15,6

19-08-2008 22,5 23,2

26-08-2008 27,2 30,1

27-08-2008 28,2 24,2

28-08-2008 40,3 36,3

01-09-2008 25,6 13,0

02-09-2008 20,9 15,9

03-09-2008 15,1 10,8

04-09-2008 21,6 9,8

08-09-2008 29,6 18,0

09-09-2008 22,8 22,5

10-09-2008 20,0 12,0


ANEXO II

Concentrações médias diárias de PM10 corrigidas e erro relativo

Data C (PM10) Atenuação β C (PM10) Atenuação β C (PM10) Atenuação β Diferença Relativa

(mg/m3) K=1,20 (mg/m3) K=1,17 (mg/m3) %

24-06-2008 15,5 18,6 18,1 2,5

25-06-2008 28,2 33,8 33,0 2,5

26-06-2008 29,6 35,5 34,6 2,5

30-06-2008 23,6 28,3 27,6 2,5

01-07-2008 18,3 21,9 21,4 2,5

02-07-2008 16,6 19,9 19,4 2,5

03-07-2008 16,9 20,3 19,8 2,5

07-07-2008 16,5 19,8 19,3 2,5

08-07-2008 9,2 11,0 10,7 2,5

09-07-2008 17,4 20,9 20,4 2,5

10-07-2008 14,3 17,1 16,7 2,5

14-07-2008 27,9 33,5 32,7 2,5

15-07-2008 35,9 43,1 42,0 2,5

16-07-2008 38,5 46,2 45,0 2,5

17-07-2008 35,7 42,8 41,7 2,5

22-07-2008 34,4 41,3 40,3 2,5

23-07-2008 24,1 28,9 28,2 2,5

24-07-2008 14,6 17,5 17,1 2,5

30-07-2008 15,6 18,7 18,2 2,5

06-08-2008 14,0 16,8 16,4 2,5

07-08-2008 21,0 25,2 24,6 2,5

11-08-2008 12,8 15,4 15,0 2,5

12-08-2008 20,8 25,0 24,4 2,5

13-08-2008 25,6 30,7 29,9 2,5

18-08-2008 15,6 18,7 18,2 2,5

19-08-2008 23,2 27,8 27,1 2,5

26-08-2008 30,1 36,1 35,2 2,5

27-08-2008 24,2 29,0 28,3 2,5

28-08-2008 36,3 43,5 42,4 2,5

01-09-2008 13,0 15,6 15,2 2,5

02-09-2008 15,9 19,1 18,6 2,5

03-09-2008 10,8 12,9 12,6 2,5

04-09-2008 9,8 11,7 11,4 2,5

08-09-2008 18,0 21,6 21,1 2,5

09-09-2008 22,5 27,0 26,3 2,5

10-09-2008 12,0 14,4 14,0 2,5


Bibliografia


EN 12341 – Air Quality. Determination of the PM 10 fraction of suspended particulate matter. Reference method and

field test procedure to demonstrate reference equivalence of measurement methods

Directiva 1999/30/CE do Conselho de 22 de Abril de 1999;

Decreto Lei 111/2002 a 16 de Abril em 2002;

EC Working Group on Particulate Matter, “Guidance to Member States on PM10 Monitoring and Intercomparasions with

the Reference Method”, 2002

Guia

Matos J., Brantes J., Silva N., Marques A., Brigido A., Intercomparação de PM10 - Alfragide 2007, Agência Portuguesa

do Ambiente, 2007

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