่่้้้้้้

      โอโซนในความเข้าใจโดยทั่วไปนั้นจะแบ่งเป็น 2 ความหมาย

   ความหมายที่ 1   เป็นโอโซนตามธรรมชาติในบรรยากาศสูงๆซึ่งทำหน้าที่ป้องกันอันตรายจากรังสีอุลตร้าไวโอเลตซึ่งไม่เป็นพิษ

   ความหมายที่ 2 เป็นโอโซนที่เป็นพิษในอากาศที่เราหายใจระดับล่างจัดว่าเป็นโอโซนประเภทไม่ดีซึ่งจะมีผลกระทบ โดยตรงต่อมนุษย์

      โอโซน  ที่มีระดับสูงกว่าพื้นดินมากกว่า 40 กิโลเมตรขึ้นไป  จะเป็น  โอโซนที่ดี  ส่วนโอโซนที่ระดับ
สูงกว่าพื้นดินไม่เกิน 2 กิโลเมตรจะเป็น  โอโซนที่ไม่ดี  สิ่งที่ก่อให้เกิดโอโซนในระดับต่ำได้แก่ควันของ
รถยนต์  เป็นต้น


    การใช้เครื่องผลิตโอโซน  จะเป็นการสร้างโอโซนในระดับต่ำ  หรือ  โอโซนที่ไม่ดี ดังนั้นในการใช้เครื่อง
ผลิตโอโซนควรที่จะเปิดในขณะที่เราไม่อยู่ในห้องและควรจะปิดเครื่องก่อนที่เราจะเข้าสู่ห้องนั้นเป็นระยะเวลา
ประมาณครึ่งชั่วโมง

       โอโซน ตามธรรมชาติ (Good Ozone)

            โอโซนเป็นก๊าซที่เกิดจากโมเลกุลออกซิเจน (O2) ในชั้นสตราโตสเฟียร์ซึ่งอยู่ห่างจากพื้นผิวโลก
ประมาณ 10 - 60 กม. ก๊าซโอโซนถูกค้นพบโดย C.F. Schonbein ใน ค.ศ. 1839 และในปี ค.ศ. 1920 
G.M.B.Dobson นักวิทยาศาสตร์ ชาวอังกฤษ แห่งมหาวิทยาลัย ออกซ์ฟอร์ด ได้ทำการวัดปริมาณโอโซนขึ้น
โดยประดิษฐ์เครื่องมือวัด ชื่อว่า ด็อบสันสเปคโตรโฟโตมิเตอร์ (Dobson Spectrophotometer) ซึ่งต่อมา
กลายเป็นเครื่องมือที่ใช้วัดปริมาณโอโซนกันในทั่วโลกจนถึงปัจจุบัน รวมทั้งหน่วยที่ใช้วัดปริมาณโอโซน
มีชื่อว่า Dobson Unit(DU) กันทั่วโลก

             โอโซนในชั้นดังกล่าวนี้ทำหน้าที่กั้นไม่ให้รังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet, UV) ส่องมายังโลก
ในปริมาณที่มากเกินไป โดยทั่วไปรังสีอัลตราไวโอเลตชนิดซี (UVC) ที่มีความยาวคลื่นในช่วง 200-80 นาโนเมตร (nm) จะทำให้เกิดโอโซนในบรรยากาศและรังสีอัลตราไวโอเลตชนิดบี (UVB) ความยาวคลื่นในช่วง
280 -320 นาโนเมตร (nm) จะถูกกั้นโดยชั้นบรรยากาศโอโซนเพื่อไม่ให้เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต ส่วนรังสี
อัลตราไวโอเลต ชนิดเอ (UVA)ที่มีความยาวคลื่น มากกว่า 320 นาโนเมตรนี้เป็นประโยชน์ต่อคนเรา  เนื่องจากช่วยในการสร้างวิตามินดีเมื่อออกซิเจนในบรรยากาศ ได้รับรังสีอุลตราไวโอเลตทำให้โมเลกุลแตกเป็นอะตอมอิสระ O + O ซึ่งจะรวมตัวกับออกซิเจนตัวต่อไปเป็น ก๊าซโอโซน O3

                                                       

  uv light ( < 242 nm)  

                O2 + O O
                O2 + O O3


                                                                                                      

            ปฏิกิริยาในธรรมชาติเกิดเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่โดยมีรังสีอุลตราไวโอเลตเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งเรียกว่า
ปฏิกิริยาโฟโตเคมี ( photochemical reaction) โอโซนในชั้นสตราโทสเฟียร์จะช่วยรักษาสมดุลของรังสีจาก
ดวงอาทิตย์(UVB) nm ไม่ให้ลงมาบนพื้นโลกมากเกินไปจนเป็นอันตรายต่อมนุษย์เนื่องจากมีผลทำให้เกิดมะเร็งผิวหนัง  เป็นอันตรายต่อ สัตว์และพืช รวมทั้งยังทำให้วัสดุและอุปกรณ์ประเภทพลาสติกพีวีซี (PVC) ยาง มีอายุ การใช้งานลดลงด้วยก๊าซ 2 กลุ่มในชั้นบรรยากาศที่มีบทบาทสำคัญมากในการทำลายโอโซนได้คือสารประกอบ
คลอรีนออกไซด์(Chlorine Oxides; ClOx) และไนโตรเจนออกไซด์(Nitrogen Oxides; Nox)  โดยไนโตรเจน
ออกไซด์มาจากไนตรัสออกไซด์(Nitrous Oxides ; N2O) ซึ่งมีจุดกำเนิดตามธรรมชาติจากกระบวนการ 
denitrication ของจุลินทรีย์และ เกิดจากฟ้าแลบฟ้าร้อง  นอกจากนี้ยังมาจากการเผาไหม้จากเชื้อเพลิงและพวกเครื่องบินที่บินเร็วเหนือเสียง(supersonic transport, SST) ที่บินเหนือชั้นอากาศที่เราหายใจแต่จะบินอยู่ในชั้นที่มีโอโซน ซึ่งปล่อยไนตริกออกไซด์ (NO)และสารพวกฮาโลเจน (Halogen) โดยเฉพาะพวกก๊าซโบรมีน(Br) ที่สามารถสลายโอโซนทำให้เกิดภาวะ รูโอโซนในชั้นบรรยากาศขึ้น แสง UVส่องมายังพื้นโลกมากขึ้น
ทำให้เกิดอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต

       การทำลายชั้นโอโซนโดยอะตอมของ ของคลอรีน ไนตริกออกไซด์ ไฮโดรเจนออกไซด์ โบรมีน และ
ไฮโดรเจน  เกิดขึ้นโดยที่สารเหล่านี้จะทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการสลายตัวของโอโซนและอะตอมของสาร
ทำลายโอโซนวนเวียนเป็นวงจร ดังนี้

                         uv light  
         O3                O2 + O
         NO + O3       NO2 + O2
         NO2 + O       NO2 + O2

         Net  :   2 O3    3 O2


                          uv light
         O3                O2 + O
         Cl+O3           ClO+O2
         ClO + O        Cl+O2

         Net   : 2 O3   3 O2

  

 

        ความเข้มข้นของ O3 ลดลงถ้ามีอะตอมของสารเข้าไปซึ่งจะรบกวนสมดุลระหว่าง O3 , O2 ทำให้เกิด O2
มากขึ้น  หรือO3 ลดลงนั่นเอง

       การค้นคว้าศึกษาในปฎิกิริยาดังกล่าวของการทำลายชั้นโอโซนโดยผ่านทางสมการเคมีของสารประกอบของกลุ่ม Cl, Br ทำให้นักวิทยาศาสตร์ทั้ง 3 คนได้แก่ Paul Crutzen, Mario Molinaและ F. Sherwood Rowlandได้รับรางวัลโนเบลทางเคมีปี 1995

 

 

 
Paul Crutzen
Max Planck Institute for Chemistry
Mainz, Germany
Mario Molina
Dept. of Earth Atmospheric & Planetary
Sciences & Dept. of Chemistry, MIT 		Sherwood Rowland
Dept. of Chemistry, Univ. of California
Irvine, USA

 

The Nobel Prize in Chemistry 1995

 

        แหล่งกำเนิดของสารคลอรีนมาจากสารกลุ่มซีเอฟซี (CFCs) ซึ่งเรียกโดยทั่วไปว่าฟรีออนซึ่งเป็นสารที่ใช้
เพื่อทำความเย็น เช่น  ในตู้เย็น สารกลุ่มนี้จะคงตัวได้นาน  เมื่อกระจายสู่บรรยากาศจะแตกตัวให้อะตอมอิสระ
ของคลอรีน (Cl) เข้าทำปฏิกิริยากับโอโซนทันทีทำให้เกิดเป็นสารประกอบโมโนออกไซด์ขึ้น (ClO) ข้อมูล
จากการสำรวจจากเครื่องบิน บอลลูนและดาวเทียม และข้อมูลจากนาซ่า และ National Oceanic Atmospheric
Administration (NOAA) ในปลายปี ค.ศ. 1970แสดงให้เห็นว่า   บริเวณโอโซนในอวกาศมีปริมาณลดลง
เรื่อยมา ในปี ค.ศ. 1986 นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการสำรวจโอโซนในช่วงฤดูใบไม้ผลิซีกโลกใต้ เหนือทวีป
แอนตาร์กติก (Antarctica) พบว่าปริมาณโอโซนลดลงเหลือเพียง 88 DU เท่านั้น และพบว่ามีสารประกอบของ
คลอรีนโมโนออกไซด์ (ClO)ปริมาณสูงมากสารกลุ่มนี้จะเป็นตัวทำลาย ชั้นโอโซน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า
รูโอโซน ซึ่งเป็นบริเวณที่มีปริมาณโอโซนในบรรยากาศต่ำกว่ามาตรฐานที่กำหนดคือ 220 Dobson

 

  

 

รูปที่ 2.9 รูโอโซน

 

ทำไมรูรั่วโอโซนเกิดขึ้นเหนือทวีปแอนตาร์กติกในซีกโลกใต้มากกว่าซีกโลกเหนือ

         บริเวณซีกโลกใต้ ส่วนใหญ่เป็นมหาสมุทร ในฤดูหนาวมีอากาศหนาวมากอุณหภูมิต่ำถึง -112 องศา
ฟาเรนไฮต์ ทำให้เกิดเมฆใน ชั้นสตราโตสเฟียร์ในชั้นสตราโตสเฟียร์ (polar stratospheric clouds) เมฆนี้
จะทำให้สารประกอบคลอรีนและโบรมีนอยู่ในรูปที่ไม่ ทำลายชั้นโอโซน เมื่อเปลี่ยนฤดูไปเป็นฤดูใบไม้ผลิต
อุณหภมิที่เปลี่ยนไปนี้ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่เปลี่ยนรูปคลอรีนให้อยู่ในรูปที่ทำลายโอโซนได้คือ สารประกอบ
กลุ่มคลอรีน โมโนออกไซด์ (ClO) และโบรมีนโมโนออกไซด์ (BrO) เพิ่มขึ้นสูงปฏิกิริยานี้ก็เกิดที่ขั้วโลกเหนือด้วย แต่อุณหภูมิจะเย็นน้อยกว่าและเกิดเมฆน้อยกว่าจึงเกิดสารประกอบที่ทำลาย ชั้น โอโซน น้อยกว่านั่นเอง  

โอโซนระดับพื้นดิน 

      ในความหมายที่ 2 หมายถึง โอโซนระดับพื้นดินซึ่งจัดว่าเป็นโอโซนประเภทไม่ดี  นอกจากอาจเกิดขึ้น
ตามธรรมชาติ โดยมีแสงสว่างเป็นตัวเร่งแล้ว   ยังอาจเกิดจากปัจจัยอื่นๆ เช่น แสงแดดที่มากเกินไป การขนส่ง
หรือกระบวนการผลิตจากแหล่งอุตสาหกรรม และอุปกรณ์ที่มนุษย์สร้างขึ้น เพื่อผลิตโอโซน โอโซนที่อยู่รอบตัว
ของมนุษย์ในปัจจุบันนั้นไม่ใช่ในชั้นบรรยากาศโอโซน   ถือว่ามีความหมายในเชิงลบเพราะว่าจากสาเหตุสำคัญ
ในการเกิดปฏิกิริยา photochemical smog

ภาพ ก.

ภาพ ข.

รูปที่ 2.10   บรรยากาศที่มี smog ภาพ ข. เทียบกับ ภาพ ก.

         จากปัญหามลพิษทางอากาศที่ปล่อย NOx ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากการเผาไหม้ของเครื่องยนต์ที่อุณหภูมิสูง
ิเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เครื่องทำความร้อน และจากกระบวนการผลิตต่างๆ ในอุตสาหกรรม ( สารในกลุ่ม NOx เช่น
NO2, NO) ซึ่งจะสลายตัวเป็น Nitric oxide (NO) และ อนุมูลอิสระของออกซิเจน ที่มีความว่องไวในการทำ
ปฏิกิริยามากจะเกิดการทำ ปฏิกิริยาต่อไปซึ่ง ก๊าซโอโซนนี้เองถือเป็นสาเหตุสำคัญในการเกิดปฏิกิริยา photochemical smog ดังสมการ

          sunlight
                  N O2(g)      NO(g) + O(g)

 

 

            ออกซิเจนอะตอม จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนโมเลกุล ( O2)     เกิดเป็นโอโซน ( O3) :

 

O +   ( O2)               O3   

          O3               O2  + O

          O + H2O        2HO 

 

          ซึ่งอนุมูลอิสระของออกซิเจน  เรดิคัลที่เกิดขึ้นนี้จะวนเวียนเข้าทำปฏิกิริยาเคมีต่อๆไปเกิดเป็นมลพิษ
ทางอากาศและโอโซนนี้เองเป็นสาเหตุที่สำคัญจะเข้าทำปฏิกิริยากับ ไนตริคออกไซด์ เกิดเป็น ไนโตรเจนได
ออกไซด์ (NO2) ต่อไป ยิ่งถ้าในอากาศมี NOมาก O3 จะยิ่งเป็นตัวทำให้เกิด photochemical smog มากขึ้นซึ่ง
ไนโตรเจนไดออกไซด์นี้เองเป็นก๊าซสีน้ำตาลอ่อน มีกลิ่นฉุนเล็กน้อยคล้ายกลิ่นคลอรีน มีฤทธิ์ละคายเคือง
ต่อระบบทางเดินหายใจ  ทำให้เกิดอาการแสบคอ แสบจมูก นอกจากนี้ ไนโตรเจนไดออกไซด์ สัมผัสกับไอน้ำ
ในอากาศจะเกิดเป็นฝนกรด (nitric acid, HNO3) ซึ่งเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม

NO (g) + O3 (g)       NO2 (g) + O2 (g)

 

      นอกเหนือไปจากนี้แล้ว ไนโตรเจนไดออกไซด์ ยังเป็นสาเหตุทำให้เกิด  Peroxyacetylnitrate (PAN)
ซึ่งเป็นสารมลพิษทางอากาศอีกตัวหนึ่งที่ทำให้เกิดการระคายเคืองและเป็นพิษต่อพืชด้วย โดยไนโตรเจน
ไดออกไซด์ จะทำปฏิกิริยากับสารไฮโดรคาร์บอน ( hydrocarbons) โดยเฉพาะสารในกลุ่มของสารอินทรีย์ที่
ระเหยง่าย ( volatile organic compounds, VOCs) ซึ่งมาจากแหล่งต่างๆ เช่นน้ำมัน รถยนต์ และกระบวนการ
ผลิตทางอุตสาหกรรม สารประกอบที่มีออกซิเจนในโมเลกุลมีสูตรเคมี ROx จะเข้าทำปฏิกิริยากับสารไนตริค
ออกไซด์ เกิดเป็นก๊าซ ไนโตรเจนออกไซด์ ซึ่งเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมอีกทำให้เกิด photochemical smog
reaction วนเวียนกันไปเรื่อยๆ และส่งผลให้มีสารมลพิษทางอากาศในปริมาณสูงด้วย
  

            NO2 + R         PAN

            NO + ROx       NO2 + other products

 

        จะเห็นได้ว่าปฏิกิริยาที่กลุ่มสาร VOCs เข้าทำปฏิกิริยานี้ต้องอาศัยก๊าซ nitric oxide ซึ่งอาจส่งผล
ต่อเนื่อง ทำให้เกิดปฏิกิริยากับก๊าซ O3 เกิดมากขึ้นด้วยทำให้เกิด photochemical smog และมีมลพิษ
ทางอากาศเพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณ

     Peroxyacetylnitrate (PAN )

         เกิดจากปฏิกิริยาที่มี (nitrogen dioxide (NO2)  , oxygen ( O2)  และสารกลุ่ม hydrocarbons
ทำปฏิกิริยากันโดยมีแสงแดดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา  จะได้สารประกอบของ peroxyacetylnitrate
(CH3CO-OO-O2) ซึ่งเป็นสารพิษมีฤทธิ์ระคายเคือง

 

           sunlight
NO (g) + O2(g) + hydrocarbons     CH3CO-OO-NO2(g)

 

 

 

รูปที่ 2.11 แผนภาพแสดงการเกิดโอโซนในระดับพื้นดินที่เป็นมลพิษทางอากาศ

 

 ความเข้าใจผิดเกี่ยวกับโอโซน     

             หลายคนเข้าใจว่าโอโซนเป็นอากาศที่บริสุทธิ์จึงนำมาประยุกต์ใช้ทำเครื่องผลิตโอโซนในสำนักงาน
แต่หารู้ไม่ว่าจะก่อให้เกิดผลเสียเนื่องจากโอโซนจะทำปฏิกิริยาต่อๆไป  เกิดเป็นอนุมูลอิสระที่ว่องไวสำหรับ
ปฏิกิริยาอื่นๆ เช่น photochemical smog  การเกิดฝนกรดและยังทำลายเซลล์ของสิ่งมีชีวิตอีกด้วย

             ความเข้าใจที่ผิดที่ว่าโอโซนเป็นก๊าซที่ดีหายใจเข้าไปมากๆแล้วจะรู้สึกสดชื่นจึงนำมาทำเป็น
เครื่องผลิตโอโซนเพื่อเป็นเครื่องฟอกอากาศ แต่โดยทั่วไปในการใช้งาน  มักจะไม่ไล่อากาศภายในห้องให้
หมดก่อน   หรือไม่ก็เครื่องทำงานในขณะที่มีคนอยู่ในห้องซึ่งในทางที่ถูกต้องคนไม่ควรอยู่ในห้องขณะที่เครื่อง
กำลังทำงานอยู่  โอโซนที่ผลิตขึ้นจึงทำปฏิกิริยา กับก๊าซในอากาศเกิดปฏิกิริยาเคมีที่เป็นพิษมากกว่า  เช่น  
photochemical  smog   เกิดก๊าซพิษเช่นฟอร์มาลีนซึ่งจะกัดกร่อนและระคายเคืองต่อระบบหายใจ   เนื่องจาก
โอโซนมีความว่องไวต่อปฏิกิริยาเคมีมากและมีความสามารถทำปฏิกิริยาออกซิไดซ์ ได้ดีกว่าคลอรีนหลายเท่า
จึงนำมาใช้ทำฆ่าเชื้อโรคในน้ำดื่มและอุปกรณ์เครื่องใช้ต่างๆ

            แต่โดยทั่วไปเครื่องผลิตโอโซนในสำนักงาน  มักจะผลิตโอโซนได้ในความเข้มข้นที่ไม่สูงมากพอที่จะ
ฆ่าเชื้อโรคได้ เพียงแต่กำจัดกลิ่นและควันมากกว่า  แต่ถ้าความเข้มข้นที่สูงมากพอก็จะสามารถฆ่าเชื้อโรค
เชื้อราตายได้ แต่นั่นก็หมายถึง มันก็สามารถทำอันตรายแก่สิ่งมีชีวิตได้เช่น อาจเสียชีวิตได้ถ้ามีการสูดดม
เข้าในปริมาณมาก

รูปที่ 2.12 เครื่องกำเนิดโอโซน สำหรับอุตสาหกรรม สระว่ายน้ำโอโซนฆ่าเชื้อโรค


ข้อควรปฏิบัติในการใช้เครื่องผลิตโอโซน

             - ไล่อากาศภายในห้องออกให้หมดก่อน
             -  เปิดเครื่องทำงานในขณะที่ไม่มีคนอยู่ในห้อง

 ผลเสียของโอโซน

               โอโซนในระดับความเข้มข้น 0.25 ppm  ขึ้นไปก่อให้เกิดความระคายเคืองต่อ ตา จมูก และจะ
ทำลายเนื้อเยื่อปอด เกิดความระคายเคืองเมื่อหายใจเข้าไป ถ้าได้รับในปริมาณมากจะทำให้ตายได้ ดังนั้น
การนำมาใช้ควรระมัดระวัง เพื่อให้เกิดความปลอดภัย

       สูดโอโซนแล้วสดชื่นจริงหรือไม่

        หลายคนคงเคยได้ยินคำกล่าว “สูดโอโซนแล้วทำให้สดชื่น”คำกล่าวนี้คงทำให้หลายคนเข้าใจผิด
คิดว่า โอโซน มีประโยชน์ซึ่งแท้จริงแล้วโอโซน ไม่ใช่อากาศที่มนุษย์เราใช้ในการหายใจเลย  โอโซนเป็นก๊าซ
ไม่มีสีแต่มีกลิ่นเหม็นคาว ซึ่งเป็นพิษต่อระบบหายใจของสิ่งมีชีวิต  โอโซนมีความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยา
จึงมักจะเกิดปฏิกิริยากับสารอื่นๆในสิ่งแวดล้อม  ความรู้สึกที่ว่าโอโซนดับกลิ่นทำให้ อากาศสดชื่นนั้นความจริง
เกิดจากการที่โอโซนเข้าทำปฏิกิริยากับโมเลกุลของสารที่มีกลิ่นให้กลายเป็นอีกโมเลกุลซึ่งไม่มีกลิ่น ทำให้เรา
รู้สึกสดชื่นนั่นเองไม่ใช่เป็นเพราะโอโซนอย่างที่เราเข้าใจกันนั่นเอง

สรุป สารมลพิษในอากาศที่สำคัญประกอบด้วย
ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (Carbon monoxide : CO)
ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon dioxide : CO2)
ก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ (Nitrogendioxide : NO2)
โอโซน (Ozone : O3 )
ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ( Sulfurdioxide : SO2)
ฝุ่นละออง (Suspended Particulate Matter : SPM)