3台の低コストPMモニターの1年間の評価

One Year Evaluation of Three Low-Cost PM Monitors.

• Misti Levy Zamora
• Jessica Rice
• Kirsten Koehler

抄録

センシング技術の進歩、都市汚染に対する意識の高まり、市民科学の台頭により、家庭での使用を目的として販売されている低価格モニターの入手可能性は、ここ数年で急速に高まっている。しかし、市場に出回っている多くのモニターについては、厳密な科学的評価が行われておらず、データの妥当性に不確実性が生じている。さらに、これまでのセンサー研究の多くは比較的短期間に行われたものであり、この種の機器が経年変化（センサーの経年変化として知られています）を捉えきれていない可能性があります。私たちは、センサー、内蔵キャリブレーション、および長期的な展開のための高精度を達成するための追加データの必要性を評価するために、占有された禁煙住宅で12ヶ月間にわたって3つのモニター（AirVisual Pro、Speck、およびAirThinx）を評価しました。ユニット間の精度を評価するために各タイプのモニターを2台ずつ評価し、経時的な精度を評価するために、フィルター付きの個人用DataRAM（pDR-1200）をサンプリング期間の約20％（例えば、毎月1週間程度）の間、家庭内に設置しました。pDRとのコロケーション期間からの平均PM質量濃度は、重量補正したpDR（以下、pDR補正）で5.31μg/m、AirVisual Proで5.11と5.03μg/m、Speckで13.58と22.68μg/m、AirThinxで7.56と7.57μg/mであった。AirVisual Prosはフィルターと比較して最も優れた精度を示し、約86%で、フィルター重量（84%）と比較してpDRのネフェロメトリック成分よりもわずかに優れています。Speck（-174％と-405％）とAirThinx（42％と40％）のモニターの精度ははるかに低かった。1分間の平均PM質量濃度を大気質指標（AQI）で分類すると、pDRで補正したものは、AirVisual Pro、Speck、AirThinxとそれぞれ97％、40％、87％の確率で一致しました。ユニットペアと pDR 間のピアソン相関係数（R）は、AirVisual Pro、Speck、AirThinx の各ユニットでそれぞれ 0.90/0.90、0.50/0.27、0.92/0.93 でした。同じタイプのユニット間の R は、AirVisual Pro、Speck、AirThinx でそれぞれ 0.99、0.17、1.00 でした。すべてのモニターは、メーカーの補正ルーチンに加えて、既知のバイアスを補正するためのフィルター補正とポスト処理を追加することで、より高い精度を達成することができました。月1回の校正で最も高い精度が得られましたが、Air Visual ProとAirThinxでは、多くのアプリケーションで1回または2回の校正を行うだけで、ほぼ同等の精度を達成することができました。一般的に、この種の新しい低コストのモニターは、科学研究への応用に大きな可能性を秘めています。しかし、3つのモニターのうち1つだけが、後処理や追加測定なしで高精度（真の質量濃度の20％以内）を示したため、データを使用して住宅暴露を自信を持って評価できるようになる前に、各モニターの評価が不可欠です。

The availability of low-cost monitors marketed for use in homes has increased rapidly over the past few years due to the advancement of sensing technologies, increased awareness of urban pollution, and the rise of citizen science. The user-friendly packages can make them appealing for use in research grade indoor exposure assessments, but a rigorous scientific evaluation has not been conducted for many monitors on the open market, which leads to uncertainty about the validity of the data. Furthermore, many previous sensor studies were conducted for a relatively short period of time, which may not capture the changes this type of instrument may exhibit over time (known as sensor aging). We evaluated three monitors (AirVisual Pro, Speck, and AirThinx) in an occupied, non-smoking residence over a 12-month period in order to assess the sensors, the built-in calibrations, and the need for additional data to achieve high accuracy for long deployments. Two units of each type of monitor were evaluated in order to assess the precision between units, and a personal DataRAM (pDR-1200) with a filter was placed in the home for about 20% of the sampling period (e.g., about a week each month) to evaluate the accuracy over time. The average PM mass concentration from the periods of colocation with the pDR were 5.31 μg/m for the gravimetric-corrected pDR (hereafter pDR-corrected), 5.11 and 5.03 μg/m for the AirVisual Pro units, 13.58 and 22.68 μg/m for the Speck units, and 7.56 and 7.57 μg/m for the AirThinx units. The AirVisual Pros exhibited the best accuracy compared to the filter at about 86%, which was slightly better than the nephelometric component of the pDR compared to the filter weight (84%). The accuracies of the Speck (-174 and -405%) and AirThinx (42 and 40%) monitors were much lower. When the 1-minute averaged PM mass concentrations were categorized by air quality index (AQI), the pDR-corrected matched the AirVisual Pro, Speck, and AirThinx bins about 97, 40, and 87% of the time, respectively. The Pearson correlation coefficients (R) between the unit pairs and the pDR were 0.90/0.90, 0.50/0.27, and 0.92/0.93 for the AirVisual Pro, Speck, and AirThinx units, respectively. The R between units of the same type were 0.99, 0.17, and 1.00 for the AirVisual Pro, Speck, and AirThinx, respectively. All of the monitors could achieve better accuracy by adding filter corrections and post-processing to correct for known biases in addition to the manufacturer's correction routine. Monthly calibrations yielded the highest accuracies, but nearly as high of accuracies could be achieved with only one or two calibrations for the Air Visual Pro and the AirThinx for many applications. In general, this type of new low-cost monitor shows exciting potential for use in scientific research. However, only one of the three monitors exhibited high accuracy (within 20% of the true mass concentration) without any post processing or additional measurements, so an evaluation of each monitor is essential before the data can be used to confidently evaluate residential exposures.