Burning brimstone: the why and how of measuring sulfur dioxide


Factory smokestacks Image courtesy of Reuters

Carbon dioxide gets a lot of press as a human-generated atmospheric pollutant, but while we have not yet even doubled its concentration in the atmosphere over the past three hundred years of industrial activity we have managed close to a hundred-fold increase in sulfur dioxide during this same period. Some sulfur dioxide gets produced deliberately with such activities as the manufacture of sulfuric acid, but the bulk of it is a byproduct of burning oil and coal or in refining some metals from their ore.  In short, it is the industrial output gas.  It is also the source of acid rain as atmospheric sulfur dioxide from industrial centers reacts with water vapor to produce sulfuric acid.  In the concentrations often found in urban environments near industrial activity it can cause elevated rates of asthma and other respiratory illness.
Density of ground-based sulfur dioxide emissions in the continental United States.

Our interest then has been to find sensors for measuring sulfur dioxide which can fulfill the following criteria: 1. Detection of concentrations down to the parts per billion (ppb) range.  Long term exposure above even 30 ppb is thought to trigger adverse health effects. 2. Corrosion resistant.  Sulfur dioxide will quickly corrode, even over a few months, many types of sensor elements. 3. Stable.  With any gas we want to monitor we’re always aiming for reproducible data on the absolute concentration.  Many sensor types, such as those used in alarm systems, will give reliable readings for the change in gas concentration but have a drifting value for the absolute concentration. With these criteria in mind we have recently chosen to incorporate the sulfur dioxide sensors from Alphasense into our latest round of air quality monitor prototypes.  More updates to come on data collected in the field with these sensors incorporated into our monitors.


ロイター提供による工場噴煙の写真

人為的公害について報道される際、二酸化炭素が取り上げられる事が常だが、実は過去300年の大気汚染量は 倍にもなっていない。 ところが亜硫酸ガスの排出量は何と100倍になっている。 亜硫酸ガスは主に石炭や石油の燃焼の副産物として、また、硫酸を生産する過程で排出される工業産出のガスである。そして亜硫酸ガスは水蒸気などの存在下で酸化され硫酸となり、酸性雨となる。 つまり、これこそが産業廃棄ガスなのだ。 それは、工業施設で生成された大気中の亜硫酸ガスが水蒸気に反応して硫酸を生み出すことで、酸性雨の原因ともなる。呼吸器を刺激することで喘息や他の呼吸器官系疾病の症例が増加しているということが、都市近郊の工業地帯に集中して多く見られる。
米国本土に於ける亜硫酸ガスの地面排出量密度について

そこで私たちは以下の基準を満たす亜硫酸ガスの測定器(センサー)を探すことにした。
1)10億分の1の単位(1ppb)までも測定可能。何故なら0.03ppm以上の長期に渡る曝露による健康被害が報告されているので。
2)耐腐食性。亜硫酸は数ヶ月で測定器の部品を腐食させる。
3)安定性。多種多様なガスを測定する際に再現性の高い、信頼性のあるデータの収集を目指している。警報器システムなどに使われる多くのセンサーは、濃度変化に関しては問題ないが濃度の絶対値ではデータにばらつきがある。これらの基準を念頭に私たちは Alphasense社の亜硫酸ガスセンサー を大気測定装置として導入する事にした。これにより更なる最新データを共有出来ることを期待している。
(翻訳: Mikka Chen)