Depuis 2014, le réseau national pour la surveillance de la qualité de l’air s’est équipé d’ACSM (Aerosol Chemical Speciation Monitor).[1],[2] Ces instruments permettent de mesurer en continu la composition chimique des particules (nitrate, ammonium, sulfate, chlore et matière organique) contenu dans la fraction PM1.
Depuis, plusieurs années, des travaux sont menés par le constructeur afin de mettre au point des ACSM permettant de mesurer la fraction PM2.5. Ces travaux visent notamment à modifier les lentilles aérodynamiques qui permettent l’échantillonnage des particules dans l’instrument, permettant une comparaison plus directe avec les mesures réglementaires de particules fines.
L’Ineris, en tant que membre de l’ACMCC (Aerosol Chemical Monitor Calibration Centre), organise les CIL du réseau européen ACTRIS. Dans ce cadre, et dans le cadre du programme CARA, le LCSQA-Ineris a pu réaliser des tests sur deux ACSM équipés de lentilles aérodynamiques PM2,5, mis à disposition par le LSCE (Laboratoire des Science du Climat et de l’Environnement) et le EPA (Environmental Protection Agency, Irlande), afin de mieux appréhender les performances de ces instruments.
Ce rapport reporte deux études menées par le LCSQA-INERIS pour évaluer les performances de deux ACSM équipés de lentilles aérodynamique PM2,5.
La première a consisté à mesurer l’efficacité de transmission des lentilles PM2,5 entre 60 et 300nm pour les comparer à celle des lentilles PM1. Un autre test a consisté à comparer les mesures de l’air ambiant obtenues par deux Q-ACSM PM2,5 et d’un Q-ACSM PM1 colocalisés.
Les résultats obtenus avec l’ACSM PM2,5 équipé d’un vaporiseur standard semblent confirmer les préconisations du constructeur, à savoir que l’utilisation de lentille PM2,5 doit absolument être couplée à l’utilisation d’un « capture vaporiser ». Les résultats obtenus avec l’ACSM équipé d’une lentille PM2,5 et d’un « capture vaporiser » sont cohérents avec ceux obtenus par l’ACSM PM1 et les mesures PM FIDAS, dans un contexte ou la majorité de la masse de particules étaient réparties dans les gammes de tailles les plus petites entre 100 et 500 nm et ou le rapport PM1/PM2,5 est proche de 1. Associés aux mesures de la transmission des lentilles aérodynamique en dessous de 300nm, ce résultat indique que les pertes dans ces gammes de tailles semblent négligeables. Néanmoins, à ce jour, il reste nécessaire de conduire d’autres études, notamment dans un contexte de plus forte concentration de PM2,5, avant de pouvoir conclure sur l’intérêt de ce type de configuration d’ACSM au sein du dispositif national de surveillance de la qualité de l’air.
[1] Rapport LCSQA 2011 : Méthodologies de détermination de la composition chimique des particules submicroniques en temps réel , O. Favez.
[2] Rapport LCSQA 2014 : Description du Programme CARA, O.Favez et E.Leoz-Garziandia
Evaluation of two Q-ACSM equiped with a PM2,5 aerdodynamical lense
Since 2014, some French regional air quality monitoring networks have been equipped with ACSM (Aerosol Chemical Speciation Monitor). These instruments allow continuous measurement of the chemical composition of the particles (nitrate, ammonium, sulphate, chlorine and organic matter) contained in the PM1 fraction.
Using ACSM to measure the PM2,5 fraction would allow better comparison of ACSM measurements with regulatory ones. For several years, work has been carried out by the manufacturer in order to develop ACSMs allowing this fraction to be measured. This work aims in particular to modify the aerodynamic lenses system which allow the sampling of particles in the instrument.
Ineris, as a member of ACMCC (Aerosol Chemical Monitor Calibration Centre), has been organising ACSM Inter-Laboratory Comparisons (ILCs) for the European ACTRIS program. In this context, and within the framework of the CARA program, the LCSQA-INERIS was able to test two ACSMs equipped with PM2,5 aerodynamic lenses, made available by the LSCE (Laboratoire des Science du Climat et de l’Environnement) and the EPA (Environmental Protection Agency, Ireland), in order to better understand the performance of these instruments.
The first test aims to compare the PM2.5 lenses transmission efficiencies between 60 and 300 nm to those of PM1 lenses. Another test consisted of comparing the ambient air measurements obtained by two collocated Q-ACSM PM2.5 and a Q-ACSM PM1.
Results obtained with ACSM PM2.5 equipped with a standard vaporizer seem to confirm recommendations given by the manufacturer, namely that the use of PM2.5 lenses shall be coupled with the use of a "capture vaporizer". The results obtained with the ACSM equipped with a PM2.5 lens and a "capture vaporizer" are consistent with those obtained by ACSM PM1 and PM FIDAS measurements, in an environment where the majority of the mass of particles were distributed in the smallest size ranges between 100 and 500 nm and the PM1/PM2.5 ratio is closed to 1. Combined with measurements of the aerodynamic lens transmission below 300nm, this result indicates that the losses in these size ranges seem negligible. However, it remains necessary to conduct further studies, especially with higher medium size particle (1-2,5µm) concentrations, in order to conclude on the possible interest of this type of ACSM configuration within regional air quality monitoring networks.