Diffusione ottica per il particolato

La diffusione ottica per il particolato misura la concentrazione di polveri sospese nell’aria sfruttando la luce che le particelle diffondono quando attraversano un fascio luminoso. Il principio si basa su un fenomeno ottico: quando un fascio di luce incontra una particella sospesa, parte della luce viene diffusa in tutte le direzioni. Facendo passare l’aria da analizzare attraverso un fascio e misurando con un fotosensore la quantità di luce diffusa lateralmente, si ottiene un segnale legato alla quantità di particelle presenti: più particelle ci sono, più luce viene diffusa. Da questo si stima la concentrazione di particolato. È il metodo più usato negli strumenti portatili e continui per misurare le polveri sottili, perché è rapido, non consuma il campione e permette misure in tempo reale. Capire come la luce diffusa rivela le particelle e quali sono i limiti del metodo aiuta a impiegarlo correttamente.

Questa pagina spiega il principio della diffusione della luce, i vantaggi della misura in tempo reale, e i limiti rispetto al metodo gravimetrico. È una guida per il tecnico di qualità dell’aria e ambiente.

La luce diffusa dalle particelle

Quando un fascio di luce attraversa un volume d’aria contenente particelle sospese, ogni particella intercetta parte della luce e la ridiffonde in varie direzioni, come si vede quando un raggio di sole rivela il pulviscolo in una stanza. Lo strumento sfrutta questo: fa passare in modo controllato l’aria da analizzare attraverso una piccola camera illuminata da una sorgente luminosa, spesso un laser o un LED, e pone un fotosensore a un angolo tale da raccogliere la luce diffusa dalle particelle, senza ricevere direttamente il fascio. La quantità di luce diffusa che il sensore rileva dipende da quante particelle attraversano il fascio e dalla loro dimensione: più particelle ci sono, più luce diffusa arriva al sensore. Da questo segnale lo strumento stima la concentrazione di particolato nell’aria. Alcuni strumenti più sofisticati contano le singole particelle e ne stimano la dimensione dall’intensità della luce che ciascuna diffonde, permettendo di distinguere le diverse frazioni di polveri, come quelle più fini e quelle più grossolane. La misura è ottica, quindi rapida, continua e non distruttiva: l’aria attraversa lo strumento senza essere consumata, e la lettura è immediata.

Il vantaggio della misura in tempo reale

Il grande pregio della diffusione ottica è la misura in tempo reale. A differenza del metodo gravimetrico, che raccoglie le polveri su un filtro e le pesa dopo un lungo campionamento, la misura ottica dà un valore immediato e continuo, permettendo di seguire l’andamento del particolato nel tempo, di individuare rapidamente le sorgenti e di mappare un ambiente muovendosi con lo strumento. Non consuma il campione e non richiede pesate di laboratorio, quindi è pratica e adatta a strumenti portatili e a reti di monitoraggio continuo. Il suo limite principale è che si tratta di una misura indiretta: la luce diffusa dipende non solo dal numero di particelle ma anche dalla loro dimensione, forma, colore e materiale, che influenzano quanta luce diffondono. Per questo la relazione tra luce diffusa e massa di polveri non è universale, ma dipende dal tipo di particolato. Gli strumenti ottici sono tarati su un particolato di riferimento, e la loro lettura in massa è una stima che può discostarsi dal valore reale se il particolato è molto diverso da quello di taratura. L’umidità elevata può inoltre far crescere le particelle e alterare la misura. Per questo, dove serve un valore di massa certificato, la diffusione ottica si affianca o si confronta col metodo gravimetrico, mentre per il monitoraggio in tempo reale e la valutazione degli andamenti è la soluzione più pratica ed efficace.

Aspetto	Caratteristica
Misura in tempo reale	Immediata e continua
Non distruttiva	Non consuma il campione
Misura indiretta	Dipende dal tipo di particolato

Dove si usa

La diffusione ottica si usa dove serve misurare le polveri sospese in tempo reale. Nel monitoraggio della qualità dell’aria, interna ed esterna, misura le frazioni di particolato fine, indicatori importanti per la salute. Negli ambienti di lavoro valuta l’esposizione dei lavoratori alle polveri, individuando le lavorazioni e i punti più critici. Nel controllo di processo e nella verifica di filtri e impianti di abbattimento rileva rapidamente variazioni e perdite. Nelle reti di monitoraggio ambientale fornisce dati continui sul particolato. La sua rapidità e portabilità la rendono ideale per le indagini sul campo e per il monitoraggio continuo, dove la misura immediata è più utile di un valore medio ottenuto dopo giorni. Va usata sapendo che fornisce una stima della concentrazione, legata alla taratura, e che dove serve un valore di massa certificato ci si affianca al metodo gravimetrico di riferimento. Gli strumenti che contano e classificano le particelle per dimensione aggiungono informazioni sulle diverse frazioni. Grazie alla misura ottica in tempo reale, la diffusione ottica è la tecnologia più diffusa per il monitoraggio del particolato negli strumenti portatili e continui.

• Le particelle diffondono la luce di un fascio.
• La luce diffusa stima la concentrazione di polveri.
• Misura rapida, continua e non distruttiva.
• È una stima legata al tipo di particolato.
• Si affianca al gravimetrico per valori certificati.

Affidabilità della misura

Per misure affidabili contano la consapevolezza che la misura è indiretta e legata alla taratura, la pulizia dell’ottica, e il controllo dell’umidità. Va tenuto presente che la lettura in massa è una stima tarata su un particolato di riferimento, e può discostarsi se il particolato reale è molto diverso: dove serve un valore certificato, ci si confronta col metodo gravimetrico. L’ottica e la camera vanno tenute pulite, perché i depositi falsano la misura. L’umidità elevata va tenuta in conto o corretta, perché fa crescere le particelle e altera la lettura. Va scelto lo strumento adatto alle frazioni di particolato da misurare, e usata una taratura appropriata. Documentare tipo di strumento, taratura e condizioni rende le misure tracciabili. Grazie alla luce diffusa dalle particelle e alla misura in tempo reale, la diffusione ottica offre un monitoraggio rapido e continuo del particolato, ed è la tecnologia di riferimento per gli strumenti portatili e le reti di monitoraggio delle polveri sospese.

Dalla tecnologia allo strumento: cosa serve in pratica

Questo tema appartiene all’area Tecnologie per gas e fluidi del ramo Tecnologie e principi di misura, ed è collegato al campionamento e condizionamento del gas. Per la strumentazione il riferimento è il Catalogo prodotti.

Nel catalogo i misuratori di polveri fanno capo ai misuratori di particolato e polveri, nella famiglia aria, clima, gas ed emissioni. Se devi misurare le polveri sospese, il modulo di richiesta consente di ricevere un’indicazione mirata.