4° Presentazione del Workshop Finale del Progetto IPA/BC-Monitor Il progetto IPA/BC-Monitor ha sviluppato un sistema innovativo, compatto e standalone, per la misura online di due componenti chiave del particolato atmosferico, IPA e BC. Sito web del progetto: www.ipabcmonitor.it

1. Test di interconfronto del modulo BC con sistemi automatici
alternativi per la misura di black carbon; utilizzo di piattaforme di
misura (fisse, mobile) per trial su campo del modulo BC - IPA/BC
Angelo Lupi (1), Maurizio Busetto (1,2,3)
(1)ISAC-CNR (2) Environmental physics, Bologna (3) Len srl, Chiavari (GE)

2. IPABC 2
Outline:
• Principio di Funzionamento
• Lo strumento sviluppato
• Le misure con il modulo MBC:
• Campagna ISAC di Bologna di inter-confront
• MBC e la variazione spettrale dei segnali
• Campagna City-Tree di Modena
• Campagna Pollution-Free di Roma

3. IPABC 3
Nell'ambito del progetto IPA/BC Monitor si è reso necessario lo sviluppo di un apposito
modulo (MBC) per la misura del quantitativo di black carbon (BC) presente in atmosfera che
possa essere utilizzato in concomitanza con il modulo per la misura IPA.
Il BC viene calcolato moltiplicando la misura del coefficiente di assorbimento (Kab) del
particolato atmosferico per la sezione d'urto della sua parte assorbente ( sab ).
Il coefficiente di assorbimento rappresenta la capacità del particolato atmosferico di assorbire
luce ad una specifica lunghezza d'onda, ed è definito in base alla legge di Beer-Lambert:
dove I0 e I rappresentano rispettivamente la luce incidente ed uscente da uno stato di
atmosfera in cui la radiazione emessa dalla sorgente ha percorso la distanza l
BC= σab
λ
Kab
λ
I = I0 exp
(− l Kab)

4. IPABC 4
Principio di funzionamento: misura della trasmittanza.
La tecnica di misura del coefficiente di assorbimento tramite utilizzo di filtro si basa
sulla variazione nel tempo della trasmittanza del filtro a seguito del deposito su di esso
del particolato atmosferico. Essendo il MBC dotato di tecnologia dual-beam
la trasmittanza T viene definita, per ogni lunghezza d'onda, come il rapporto
fra l'intensità luminosa registrata nella cella di misura (Im) rispetto a quella misurata
nella cella di riferimento (Ir), e viene normalizzata ad 1 all'inizio
del ciclo di misura (t=0) quando il filtro è pulito in tutte e due le camere.
La misura della trasmittanza viene utilizzata sia per la gestione del sistema di cambio
del filtro che per il calcolo del coefficiente di assorbimento.
La relazione che, per ogni lunghezza d'onda, lega la trasmittanza
al coefficiente di assorbimento Kab è la seguente:
Dove A è l’area del particolato depositato su filtro, Q è il flusso dell’aria e dt l’intervallo
di tempo prescelto (nei nostro caso dt = 1 minuto)
Kab=
A
Qdt
ln(
T(t− dt)
T(t)
)
T(t)
=
I m
(t)
/ I r
(t)
I m
(0)
/ I r
(0)

5. IPABC 5
Descrizione dello strumento
vista frontale e posteriore del MBC con indicate le principali componenti.
1) Camera ottica
2) filtro a nastro (motore capstan)
3) fibre ottiche
4) tubo di Venturi
5) motore avanzamento filtro
6) scheda led
7) controllo avanzamento filtro.

6. IPABC 6
Tre lunghezze d’onda: 470, 520 e 625 nm
I LED La camera ottica
Perchè due celle?
Quando si “sposta il filtro”?

7. IPABC 7
Le misure con il modulo MBC
Confronto tra MBC, MAAP e PSAP
A dispetto del nome MBC, verranno mostrati i risultati dei confronti di misure del coefficiente
di assorbimento: ciò è legato all’utilizzo del PSAP;
per permettere il confronto tra tutti i tre strumenti, è stato deciso di calcolare il valore
del Kab del MAAP a 670 nm, e da qui riportare secondo la legge di Angstrom
il valore del Kabs a 520 con l’assunzione del parametro alfa equivalente ad 1.
Va da sé che per trasformare i dati di Kab presenti in questo report si dovrà effettuare un
trasformazione da 520 a 670 nm e da qui moltiplicare per il fattore 6.6
g/m3 cosi’ come presente nel MAAP
(N.B. La letteratura non presenta un valore unanime per il valore della sezione d’urto: ad
esempio l’Aethalometer ha valori decisamente differenti).
Nelle figure che seguono, il Kab, se non diversamente espresso, ha valori dell’inverso del
metro, e la lunghezza d’onda utilizzata per il confronto strumentale è quella del verde
pertanto comune ai tre strumenti)

8. IPABC 8
Time series e scatter plot: I tre strumenti a confronto

9. IPABC 9
Time series e scatter plot: i due strumenti a confronto
Statistiche sui residui: la distribuzione degli errori ed eventuali derive temporali

10. IPABC 10
Esempio di Climatologia :
Variazioni giornaliere

11. IPABC 11
MBC ed il parametro alfa:
Il parametro alfa a di assorbimento, o absorption Ångström exponent (AAE),
è un proprietà del materiale particolato che descrive la variazione spettrale del coefficiente di
assorbimento;
poiché il coefficiente di assorbimento normalmente decresce all’aumentare
della lunghezza d’onda (in particolare nel visibile e nel vicino infrarosso)
l’AAE è descritto da una relazione del tipo (denominata anche legge di Angstrom).
ln (Kab (λ)) = ln (K0 ) − a ln (λ)
Il parametro a descrive la variazione della assorbanza con la lunghezza d’onda,
ed è fortemente dipendente dalla taglia delle materiale particolato, dalle forma
e dalla composizione chimica dello stesso.
Tale valore del parametro a permette di ottenere una classificazione del materiale particolato:
valori di a vicino ad 1 indicano la presenza di BlackCarbon,
mentre valori più elevati (2-4) aerosol organici e dust.

12. IPABC 12
Concentrandosi sul MBC, ecco presentate le serie temporale dei 3 coefficienti di assorbimento
Valutati dalle tre coppie di lunghezze d’onda, ed il valore dell’esponente a (pendenza) ricavato
con la regressione log-log : le curva spesse continue rappresentano lo smoothing

13. IPABC 13
Campagna City-Tree di Modena
Durante il periodo fine marzo/aprile 2018 il modulo MBC è stato installato presso Modena in
sinergia con il progetto City-Tree (https://greencitysolutions.de/): .

14. IPABC 14
Campagna City-Tree di Modena:
Differenze tra dati al minuto e medie orarie

15. IPABC 15
Trial applicativo (confindustria)
Istituto Scolastico
Comprensivo «Giovanni
Bagnera» - Roma
 Modulo BC (Black Carbon) in test accanto a
dispositivi APA - Air Pollution Abatement all’interno
del comprensorio dell’Istituto Bagnera (Progetto
Smog-free Schools)

16. IPABC 16
Campagna di Roma
Durante giugno 2018 il modulo MBC è stato installato presso Roma in sinergia con il progetto
”Pollution-free School”