PM2.5 или новая напасть из мира наноматериалов. Тестируем портативный измеритель Xiaomi SmartMi.

Xiaomi, сяоми, детектор, воздух, частицы

Портативный детектор концентрации частиц PM2.5 от Xiaomi

Экологическая обстановка на Земле меняется постоянно. На нее оказывает влияние огромное количество факторов, начиная от солнечной активности и заканчивая живыми организмами. Последние, кстати, могут оказать настолько серьезное влияние, что в прошлом нашей планеты происходили из-за них настоящие катаклизмы. Ярким примером массового вымирания из-за воздействия самих организмов можно смело назвать «Кислородную катастрофу». По мнению научного сообщества причиной массового вымирания организмов, произошедшего почти 2.5 миллиарда лет тому назад, стало излишнее накопление кислорода в атмосфере планеты. Вызвано оно было засильем расплодившихся растений (может быть даже не совсем растений, а бактерий), которые активно поглощали углекислоту с энергией от солнца и выделяли кислород. В результате почти все умерли, отравившись кислородом. Так что не только человек умеет загаживать и изменять окружающую среду.

Хотя, человек, из всех живых организмов научился изменять свою среду обитания максимально быстро. За всю техническую революцию, длящуюся чуть больше двух сотен лет, мы так существенно изменили экологию вокруг нас, что остро встал вопрос не только о ее активном восстановлении, но и о постоянном мониторинге ее состояния. В настоящее время мониторингом загрязнений занимаются не только государственные структуры или частные корпорации, но и простые граждане. После катастрофы в Чернобыле у населения Европы и Европейской части Советского Союза на руках начали образовываться дозиметры для бытового измерения радиации. Но, технологии идут вперед и некоторые страны, например, Китай столкнулись с куда более интересным врагом, чем банальная радиация.

Из-за бурного экономического роста, в первую очередь в промышленном секторе, и наплевательского отношения к экологии в Китае очень остро встал вопрос о возможности выживания людей в крупных городах. Уровень загрязнения воздуха в наиболее развитых центрах Китая может достигать такого уровня, что появляться на улице без респиратора просто небезопасно. Но помимо традиционных газов-загрязнителей, выбросов соседнего нефтеперерабатывающего завода или банальной пыли с пыльцой, Китайцы начали активно беспокоиться о содержании в воздухе частиц куда более мелких, чем обычная пыль.

Мелкодисперсные частицы

Для таких мелких частиц есть особо наименование – мелкодисперсные. В настоящий момент существует два основных типа обозначения для таких частиц: PM10 и PM2.5. PM в данном случае расшифровывается как Particular Matter (частичка вещества), а номер обозначает размер такой частицы. Так, для класса PM10 характерны частицы размерностью от 10 микрометров и до 2.5 микрометра (напомню, что микрометр — это одна миллионная доля метра, микрометр, ретрограды, застрявшие в 60-х годах прошлого века, также могут называть микроном). А частицы PM2.5 имеют размер менее 2.5 микрона. 10 или 2.5 микрометра это много или мало? Средний размер частички очень мелкого песка всего 90 микрометров, а толщина волоска среднего человека порядка 70 микрометров.

В чем суть опасности мелкодисперсных частичек? Проблема с PM10 и особенно с PM2.5 в том, что такие частички настолько мелкие и легкие, что практически не осаждаются под действием гравитации. На осаждение частицы PM10 в обычной комнате уйдут часы, а PM2.5 может летать в атмосфере неделями и прилипнет она к поверхности планеты только под действием дождя, тумана или пара. Любое неловкое перемещение воздуха, любое движение молекул газа имени Р. Брауна и все, частичка совершив пируэт, продолжает свой полет в новом направлении.

Вред от мелкодисперсных частиц

Ну летают они себе и летают, вред-то от них какой? А такой. Мелкодисперсные частицы настолько малы, что вдыхаются человеком, да и другими живыми существами, совершенно беспрепятственно. А дальше проникают в бронхи. Если у частичек PM10 еще есть шанс быть задержанными ресничками бронхов, то PM2.5 спокойно проникают в альвеолы и попадают непосредственно в зону газового обмена (там, где кислород обменивают на углекислый газ). И все. Инородная частичка проникла в организм. Беспрепятственно. А затем, путешествуя по кровеносной системе, она может попасть куда угодно. Хоть в сердце, хоть в мозг. И надо понимать, что если уж мелкодисперсными частицами озабочен Китай, то частицы эти явно не полезные, по крайней мере, в своем большинстве. Наносимый вред зависит, конечно, и от материала, из которого «сделана» летучая частица. А вот форма влияет не так сильно, ведь классу PM10 и PM2.5 относят частицы по их диаметру. Да тонкая, но длинная частица, скорее всего, не попадет так глубоко в легкие, чтобы нанести серьезный вред кровеносной системе. Однако, не следует забывать про ущерб, который могут наносить крупные частицы, но неприятной формы. К таким веществам относят некоторые виды асбеста. Его частицы, а точнее волокна, имеют соотношение длинны к толщине порядка 1 к 20, и их вдыхание может привести к множеству всяческих серьезных недомоганий.

Кстати, помимо размера, некоторое влияние оказывает и материал, из которого состоит мелкодисперсная частица. Некоторые материалы для человека не опасны, другие же грозят ему серьезными проблемами со здоровьем. Но, в общем и целом, не делается разделение на материал их которого состоит частица. Достаточно лишь того, что она просто очень и очень маленькая.

Откуда же появляются мелкодисперсные частицы в воздухе? Часть из них обуславливается естественными природными причинами, как то: вулканы, природные пожары, песчаные бури и прочие катаклизмы. А могут возникать и от совершенно безобидных явлений, например, морской прибой так же выбивает в атмосферу сонмы мелкодисперсных частиц. Правда, вдыхая свежий морской воздух, мы как-то не портимся, а вот от частиц из других источников нам может стать не по себе и очень сильно. К антропогенным мелкодисперсным частицам относят следующие объекты: сажа (в частности, от дизельного двигателя), табачный дым, смог различного происхождения, масляный дым, цементная пыль и прочие. Соответственно появляются они из печей, двигателей, особенно дизельных, различных предприятий и производств. В общем от всего того, что дала нам техническая революция. И вот уже точно, антропогенные частицы здоровья нам не приносят.

Специалисты предупреждают, что долговременное пребывание в атмосфере с повышенным содержанием мелкодисперсных частиц чревато проблемами со здоровьем. В первую очередь медики обеспокоены высоким риском развития рака легких, что и не странно, так как именно легкие и принимают первый удар, затем страдает кровеносная система, ну и в принципе далее везде, что так или иначе связано с легкими или кровеносной системой. Причем вред от более мелких частиц выше, чем от более крупных, даже если по совокупной массе более мелкие легче, чем более крупные. Оно и понятно, чем меньше частица, тем дальше и глубже она сможет пролезть.

Концентрации и озабоченность мировой общественности

Ситуация с вредом от мелкодисперсных частиц настолько серьезная, что ВОЗ и Международное агентство по изучению рака отнесли частицы к первой категории опасности наряду с такой заразой, как соединения никеля, арсенидом галлия и вирусом Эпштейна-Барра. Причем по уверению людей в белых халатах нет никакой предельно допустимой концентрации мелкодисперсных частиц. Чем выше концентрация, тем выше риск скорого посинения трупа. И чем мельче частицы, тем больше риск при прочих равных.

Тем не менее многие страны уже ввели свои ограничения по уровню загрязнения мелкодисперсными частицами воздуха, да и ВОЗ от них не отстал. В нормативах делается разделение на среднесуточный уровень загрязнения, среднегодовой уровень, а в некоторых случаях применяется показатель количества превышений установленных концентраций, а также разовые концентрации. Нормировка дается в микрограммах на метр кубический:

ПДК, мкг, м3, PM10, таблица, PM2.5

ПДК по PM2.5 и PM10 в разных странах

Кстати, не стоит полагать, что Россия находится где-то в отстающих. На самом деле вопросами мелкодисперсной дряни озаботились еще в СССР. Если как следует порыться в сети, то можно натолкнуться на нормативные акты той эпохи относящихся к началу 80-х прошлого века. В современной России на охране здоровья россиян стоит, например, Главный государственный санитарный врач, который совместно со своим аппаратом выпускает в свет соответствующие циркуляры. Например, данные в таблице выше взяты из документа с названием «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест». Только значения ПДК РФ пришлось перевести из ненормальных отечественных мг (миллиграммы) в системные мкг (микрограммы). Как видно, нормы в РФ не так уж и сильно отличаются от «среднемировых».

Ультрадисперсные частицы

Но научная мысль не стоит на месте и серьезные умы озабочены уже не мелкодисперсными частицами, а куда более крошечными. Ультрадисперсные частицы настолько малы, что могут состоять всего из нескольких атомов. Размер таких частиц настолько мал, что они не только свободно проникают в кровь, но и во все другие места организма вместе с током крови, в общем куда пожелают. Что, очевидно, еще более вредно для живых дышащих организмов. Только вот проблема в том, как эти частицы определять. Если PM10 и PM2.5 более-менее научились ловить как минимум при помощи лазерных методов, а вот с еще более мелкими частицами ситуация обстоит немного сложнее. Но, вполне вероятно, что в ближайшее время мы таки получим надежно работающие и доступные обывателям приборы для тестирования атмосферы на предмет концентрации ультрадисперсных частиц. А пока можно развлекаться с доступными устройствами по анализу PM10 и PM2.5, например, портативным решением от Xiaomi.

Xiaomi SmartMi PM2.5 Air Detector

Через четыре недели томительного ожидания SmartMi, наконец-то добрался до моих клейких лапок. SmartMi это не название одного прибора, это целый куст приборов сориентированных, по большей части, на чистоту воздуха: детекторы качества воздуха, многочисленные очистители воздуха, есть респираторы от PM2.5, а еще умный стульчак для унитаза. Как последний относится к устройствам для очистки воздуха я не очень разобрался. Ну да ладно. Нас больше интересует портативный детектор PM2.5 частиц. Обзывается он в разных местах по-разному, где-то это просто SmartMi PM2.5, а где-то Xiaomi Smartmi Air Detector. И тут стоит обратить внимание, что у Xiaomi есть как минимум два таких детектора. Один как раз портативный, второй стационарный. Далее речь пойдет о портативном.

PM2.5 детектор поставляется в невзрачной коробочке белого цвета с китайскими надписями. Внутри в картонном ложе удобно уместился сам детектор и кратенькая «простыня» на китайском языке. Детектор оснащен бортовым аккумулятором в примерно 0.95 А*ч и может подзаряжаться через Micro-USB порт. Может ли PM2.5 детектор сам выступать в качестве Power Bank-а мне не ведомо, но не удивлюсь, если такая функция в гаджете присутствует. На лицевой стороне прибора за черным стеклом уютненько разместился цветной сегментный дисплей, яркость которого регулируется единственной кнопкой. Оная же кнопка применяется для включения и выключения прибора.

На задней грани корпуса из белого шершавого пластика имеется множество технологических отверстий. Через которые и происходит прокачка воздуха для измерения. Внутри корпуса установлен воздушный насос и лазерный датчик, при помощи которых происходит измерение количества мелкодисперсных частиц. Звук работы насоса не слышен и только если поднести технологические отверстия вплотную к уху, при включенном устройстве, то будет слышен шум проходящего воздуха. Кстати, все подобные датчики недолговечны, так как рано или поздно они зарастают пылью как мелкодисперсной, так и обычной. Производители дают средний срок жизни для датчика работающего постоянно порядка двух лет. Портативный же прибор выключается спустя 30 минут после включения, да и пользуешься им только от случая к случаю. Посему стоит ожидать, что портативный детектор прослужит верой и правдой куда больший срок (там скорее подоспеют PM0.5, чем «устанет» PM2.5).

Внимательно изучив инструкцию к прибору из поставки, если слово «внимательно» можно применить к палочкам и черточкам неизвестного мне языка, я так и не смог найти место, где явно были бы указаны единицы измерения величин, отображаемых на дисплее. В сети такую информацию тоже найти оказалось невозможно. Тем не менее в рекламных проспектах утверждают, что значения до 75 соответствуют безопасному, зеленому уровню, до 150 – опасному уровню, когда зону лучше покинуть, и свыше 150 обозначает крайне опасную зону, в которой лучше не находиться в принципе. Собственно оные значения дополнительно дублируются еще и цветом: зеленый – можно заниматься любыми видами спорта, оранжевый – следует уже включать очистителя воздуха, красный – обязательно включать очиститель и принимать прочие меры безопасности.

PM2.5 уровни Xiaomi

Распределение уровней по величине загрязнения PM2.5

В общем, несмотря на то что Xiaomi не указывает размерность получаемых значений, хочется думать, что все же они даны в виде согласованной единицы мгк/м3. В пользу данного предположения играет сравнение результатов на приборе и измерениям доступным со станций экологического мониторинга. Но тут сразу же возникает вопрос. Почему, если ВОЗ рекомендует значение в 25 мкг/м3, а Главный государственный врач настаивает на значении не более 35, то в Xiaomi почему-то дают зеленый цвет всем значениям аж до 75. Вероятно производитель сделал корректировку на Китайские реалии, негоже все время показывать оранжевый или красный, иначе покупатель подумает, что прибор испорчен. Именно так я и подумал, когда в первый раз включил детектор дома.

На определение первой дозы ушло секунды четыре и на экранчике гордо засветилась цифра 5. Я не поверил глазам своим. Как так? В крупнейшем мегаполисе планеты, в квартире многоэтажного дома, да еще и с прикрытыми окнами, как может быть тут всего 5? Я ожидал куда большего значения загрязнения. Немного поразмыслив над ситуацией, пришел к выводу, что все же бризер Tion 3s дает какую-то очистку воздуха и нужно перепроверить значения в других помещениях квартиры. В соседней комнате, просто с открытым окном, SmartMi выдал всего 6 мгк/м3. Что вполне можно списать на погрешность измерения. Пришлось подумать еще немного и проанализировать полученные значения.

PM2.5 xiaomi

В машине, завелся, поехал

Измерения я проводил в феврале, т. е. зимой, неделю как прошел крупный снегопад, помещение, где происходит измерение находится более чем в 30 метрах над бугром, который доминирует над всей округой. Видимо, что тут что-то не так. Для проверки моей теории я решил спуститься на землю, в прямом смысле. Для чего воспользовался лифтом. В лифте прибор показал существенно увеличение загрязнение воздуха частицами PM2.5, насчитано оказалось аж 18 попугаев. Выбравшись из лифта, невызывающего доверия, я таки оказался под открытым небом во дворе. Прибор показал 16. Сел в автомобиль, на приборе опять 5. Завел его и немного постоял на месте давая тепло всем его агрегатам. Принудительная вентиляция натолкала в салон частиц до уровня 16 попугаев. Хорошо. Поехал, выехал на оживленную трассу. Попугаи упали до 11. Вернулся домой и проехался во втором лифте. Там ситуация оказалась еще хуже. 28 на дисплее.

PM2.5 xiaomi

В лифте 1, на улице, в лифте 2

Ситуация с лифтами оказалась до банальности простой. Некоторые жители моего подъезда любят покурить. И вот они чапают от станции метрополитена с сигареткой в зубах. Добираются до подъезда, выбрасывают сигаретку, выдыхают и заходят в лифт. Где и продолжают дышать, извергая не только табачные ароматы, но и множество мелкодисперсных частиц. Запах табака постепенно сходит на нет, а частицы продолжают свой полет хороводом в кабине. Не зря, ой не зря, ВОЗ приравнивает пассивное курение к 1-ой, наивысшей, категории риска. О том, что происходит внутри курильщиков, особенно сморщенных и заядлых, лучше даже и не думать. Сплошное насыщение PM2.5.

Я продолжил свои эксперименты и провел еще несколько измерений. На даче, в тридцати километрах от мегаполиса, прибор показал в помещении значение 3, а на улице 5. Уровень показаний меня вполне удовлетворил, и я завел двигатель своего ЕВРО-5 бензинового автомобиля. Прибор показал 28, а спустя две минуты, когда двигатель прогрелся, значения сползли до 18. И это рядом с выхлопными трубами! Настала череда проверки производственного помещения.

Помещение оснащено системой принудительной вентиляции, которая работает постоянно. В системе установлены фильтры с классом очистки Г4 (никакой пыли вообще), поскольку работы ведутся точные, лишняя пыль не нужна и даже вредна. Но меня удивил высокий уровень содержания частиц PM2.5. В производственных помещениях их уровень оказался примерно стабильным с концентрацией в районе 30. Что куда больше, чем в городе или рядом с оживленной трассой (в черте города в 3 метрах от 10 полосного шоссе у меня вышло 18, все ж горожане постепенно мигрируют на более экологичный вид транспорта). Но я пошел дальше и в одном помещении обнаружил уровень загрязнения аж в 170, а в подсобке с вентиляторами вентиляции уровень ушел за 300. Мои глаза полезли на лоб и ситуацию пришлось срочно решать. А как удалить невидимые частицы из воздуха? Проветрить помещение! Так и было сделано и спустя несколько часов уровень загрязнения PM2.5 снизился до значений в других помещениях. Пришлось опять думать, почему же уровень загрязнения в одном месте оказался настолько высоким. Идей было две: «сгорание кислорода» на тэнах системы воздушного отопления помещения и внешние факторы.

Первую я отмел сразу. Мифическое сгорание кислорода никак документально не подтверждено, даже знаменитые на весь мир ученые из Великобритании никак не отметились (сгорает там не кислород, а пыль, с выделением всего, что выделяется при сгорании пыли, конечно, для сгорания используется толика кислорода, но показатели настолько незначительные, что ими можно просто пренебречь). А вот версию внешних факторов пришлось проработать. После расследования с применением записей видеонаблюдения выяснилось, что невольными виновниками местного наночастичного апокалипсиса оказались клиенты соседей, занимающихся починкой грузовиков Volvo. В выходной день, пока парковка перед зданием пустовала, ее заняло несколько большегрузов с дизельными двигателями. Кто на починку, кто после нее. Естественно, на дизеле никто двигатель не глушит. Вот они и чадили своими душегубками впустую. А выхлоп, не мудрствуя лукаво, успешно залетал в систему вентиляции. За ночь дизельный запах выветрился, а частицы-то остались. И курсировали, не унимаясь по помещению, подталкиваемые воздушными потоками. Именно дизельные двигатели (как и курильщики) называются основными и самыми распространенными источниками вредных частиц. И именно по этой частице в Европе так ополчились на дизельные автомобили. В Германии даже дошло до того, что по некоторым улицам уже запрещено ездить на автомобилях с дизельным двигателем, на подходе целые города.

Кстати, провел еще один опыт. Как раз по «сжиганию кислорода». Я взял бытовой нагреватель воздуха с высокотемпературной, открытой спиралью. Замерил показания PM2.5. Врубил обогреватель на полную. Замерял показания во время работы нагревателя. Результат? Уровень PM2.5 никак не изменился. От слова совсем.

Update1. По многочисленным просьба я проверил еще несколько мест на предмет загрязнения воздуха мелкодисперсными частицами в различных местах и точках мира. Все измерения сделаны в феврале 2019 года. Результаты я свел в одну табличку.

PM2.5, Рим, Абу-Даби, аэрпорт

Результаты измерений качества воздуха по показателю загрязнения PM2.5

В принципе все как и ожидалось. В среднем по миру, в нормальных местах, воздух не так сильно загрязнен. А там где трудится больше двигателей, где сжигают топливо, отходы, не применяют системы фильтрации уровень загрязнения выше. Примечательно, что нулевое значение на борту Аэробуса за весь полет так и не изменилось. А вот в Боинге оно к концу путешествия опустилось до единицы. Видимо система фильтрации воздуха у Airbus лучше справляется с мелкодисперсными частицами, чем у Boing.

мак, макдональдс, Pm2.5

Загрязнение воздуха частицами PM2.5 в McDonals в Абу-Даби

Удивили результаты ресторанчика быстрого питания в Абу-Даби. По всей видимости воздух там загрязнен из-за не совсем качественной системы вентиляции, либо от работающего технического оборудования для обжарки продуктов.

pm2.4, airbus, zero

На борту Airbus чистота

PS. И да, в Китае очень активно взялись за экологические вопросы. И, как всегда, при избытке населения полетели головы нежелающих укреплять экологию.
PSS. Пока я тестировал PM2.5 и писал статью, на AliExpress обнаружились бытовые устройства, детектирующие не только PM2.5 и PM10, но и содержание формальдегидов, летучей органики и даже PM1.0. Но отзывы потребителей говорят о низкой точности и общем качестве измерителей. И если так уж хочется измерять PM1.0, то лучше уж подождать решения от Xiaomi.
PSSS. PM2.5 никак не говорит об общем качестве (чистоте или безопасности) воздуха. Измеряется только содержание конкретных частиц. Если хочется измерять или получать интегральное значение качества воздуха, то стоит посмотреть на приборы для измерения AQI.
PSSS. История про использование аэрозолей с "наночастицами" была поднята в истории про Наталью Веревочкину.
PSSSS. Кстати, деревенские жители запросто увеличивают себе уровень загрязнения мелкодисперсными частицами. Достаточно только затопить печь или баню. Концентрация увеличивается стремительно.

Полезные ссылки:
Карта на сайте МосЭкоМониторинга с актуальной информацией, в том числе и по PM10/PM2.5.
Nebo.Live проект небезразличных к своему здоровью красноярцев. По Красноярску установлены датчики загрязнения PM2.5 и ведется постоянный мониторинг. В отличие от «зеленой» Москвы, в Красноярске даже зимой уровень загрязнения какой-то запредельный.
Сайт компании IQAir (производитель систем очистки и мониторинга воздуха) с информацией по загрязнениям воздуха частицами PM2.5 по всему земному шару. Устройства компании не только могут очищать воздух или проверять его качество, но и отправлять сведения на централизованный сервер, где строятся карты, и информация доступна всем желающим. Кстати, обратите внимание, что на сайте предоставлены крупно значения AQI, а загрязнения по PM2.5 даны мелким шрифтом.
Особо интересующиеся могут установить себе приложение на смартфон, позволяющее просматривать AQI на текущий момент. Однако, следует учитывать, что чем меньше приборов от IQAir в этом регионе, тем меньше точность показаний.



PM2.5 или новая напасть из мира наноматериалов. Тестируем портативный измеритель Xiaomi SmartMi.: 2 комментария

    1. kvv Автор записи

      Я так полагаю, что воздух чистится влажными осадками. Сегодня шел обильный мокрый снег. Прибор показал 3, за день до показания были 28. Это в Подмосковье.
      Показания во время снегопада

Добавить комментарий