Tecnologías de medición de la calidad del aire: técnicas innovadoras, tendencias y desarrollos futuros

Medición de la calidad del aire mediante sensores ópticos

Los sensores ópticos se utilizan a menudo en los medidores de aire para detectar determinados gases o partículas en el aire. Esto se logra mediante medición por infrarrojos o mediante medición por fluorescencia.

Estos valores medidos pueden determinarse, entre otros, mediante sensores ópticos: partículas finas (PM₁ – PM₂,₅ – PM₁₀), dióxido de carbono (CO₂), oxígeno (O₂), metano (CH₄), óxido nitroso (N₂O).

Análisis del aire mediante medición por infrarrojos

En la medición por infrarrojos se utilizan un LED infrarrojo y un detector, separados en el medidor de aire por una pared y que, por tanto, nunca se "ven" directamente. El sensor infrarrojo (también llamado sensor IR) utiliza luz infrarroja, que se encuentra fuera del espectro de luz visible, para detectar cambios en su entorno. 

Cuando aparece una partícula en la luz del LED, el detector percibe un destello y reacciona a los rayos emitidos por el emisor (LED infrarrojo). El detector mide la cantidad de luz infrarroja reflejada o emitida. La base de esto es la absorción infrarroja. Algunas moléculas absorben determinadas longitudes de onda de la radiación infrarroja. A continuación, el detector determina cuánta luz se absorbió en las longitudes de onda específicas.

El sensor cuenta, por tanto, la frecuencia de los destellos de luz. Para lograr la máxima precisión, un segundo haz de medición (sensor de reflexión) puede vigilar la intensidad del LED infrarrojo, es decir, su brillo. El detector mide aquí la radiación reflejada. Cuanto más claros son los destellos, mayores son las partículas correspondientes. Cuanto más oscuros parecen los destellos, más pequeñas son las partículas. Los cambios en la intensidad reflejada indican, por tanto, la presencia o las propiedades de los componentes del aire.

Análisis de contaminantes atmosféricos mediante fluorescencia

Algunas sustancias pueden fluorescer al ser irradiadas con luz de una longitud de onda determinada, es decir, emiten luz de otra longitud de onda. Al medir la intensidad de la fluorescencia, el sensor óptico puede deducir la concentración de estas sustancias. La fluorescencia medida puede utilizarse para diversas aplicaciones, incluida la detección de moléculas, biomarcadores, contaminantes ambientales u otras sustancias. La intensidad, longitud de onda y duración de la fluorescencia proporcionan información sobre la cantidad, concentración o cinética de reacción de las sustancias analizadas.

Sensores electroquímicos

Mediante sensores resistivos se pueden detectar y cuantificar diversos gases. Para ello, el sensor electroquímico consta típicamente de tres componentes principales: un electrodo de trabajo, un electrodo de referencia y un contraelectrodo. Los electrodos de trabajo y de referencia están integrados en un electrolito que favorece la conductividad iónica. Cuando las partículas del gas llegan al sensor, se produce allí una reacción electroquímica específica para el gas a detectar. Esta reacción modifica la concentración de iones en el electrolito en las proximidades inmediatas de los electrodos de trabajo y de referencia. Cada vez que se "adhieren" las partículas correspondientes a la superficie del sensor, las sustancias provocan una pequeña corriente en el sensor: una señal eléctrica medible.

La ventaja de este tipo de sensores es la calibración individual de sensibilidad: diferentes sensores electroquímicos son, por tanto, específicos para diferentes gases, ya que las reacciones electroquímicas dependen del gas. Por ello, se utilizan sensores especiales para la detección de monóxido de carbono, dióxido de azufre, metano y otros gases. La desventaja de los sensores electroquímicos es una posible sensibilidad cruzada con otros gases. Así, los respectivos sensores también pueden reaccionar a otros gases y activarse en su presencia.

Estos valores medidos pueden determinarse, entre otros, mediante sensores electroquímicos: dióxido de azufre (SO₂), compuestos orgánicos volátiles (COV), amoníaco (NH₃), cloro / gas cloro (Cl₂), dióxido de nitrógeno (NO₂), monóxido de carbono (CO), ozono (O₃), formaldehído (CH₂O), sulfuro de hidrógeno (H₂S), hidrógeno (H₂).

Moho y polen: futuras mediciones del aire con IA 

Hasta ahora, las esporas de moho o el polen no pueden detectarse directamente con ayuda de un medidor de aire, ya que apenas se distinguen claramente de otras partículas como el polvo. Por el momento, solo pueden determinarse las condiciones que favorecen el desarrollo de moho, como una humedad del aire demasiado elevada y un intercambio de aire insuficiente. En el futuro, queremos cambiar esto mediante el uso de tecnología innovadora. Junto con la TU Chemnitz, air-Q investiga por ello una forma de medir el moho y el polen. Para ello, seguimos desarrollando nuestros sensores y buscamos soluciones basadas en IA para distinguir las partículas según su tipo y tamaño. La inteligencia artificial debe permitir un procesamiento y análisis eficientes de grandes cantidades de datos procedentes de diferentes sensores y fuentes. Mediante el uso de machine learning y algoritmos de análisis de datos, aspiramos a identificar patrones y relaciones complejas en los datos de calidad del aire, y esperamos así lograr predicciones más precisas, tiempos de reacción más rápidos y una precisión mejorada en la detección de contaminantes atmosféricos.