Das übergeordnete Ziel dieses Projektes ist es, organische Sonderstoffe in der Umweltkammer herzustellen und deren chemische und physikalische Eigenschaften zu charakterisieren. Die Harvard Environmental Chamber wurde gebaut, um die Bildung organischer Partikel und die Reaktion von Gasphasenkomponenten bei nahezu Umgebungsbedingungen zu untersuchen. Dies ist das zehnjährige Bestehen des Kammerbetriebs.
Der einzigartige Teil dieser Kammer ist, dass sie als vollständig gemischter Durchflussreaktor betrieben wird, der die Möglichkeit bietet, den stationären Betrieb über Tage hinweg durchzuführen. Um den stationären Betrieb zu gewährleisten, verwendet die Kammer ein Rückmeldesystem, um wichtige Kammerparameter zu steuern und stabil zu halten. Wir können verschiedene Online- und Offline-Messungen durchführen, die Tage benötigen, um fertig zu werden, da die Konzentrationen der Gas- und Partikelphasenarten auf unbestimmte Zeit stabil bleiben.
Die Harvard Environmental Chamber besteht aus drei Teilen. Der erste Teil sind die Saatgutbereiche von Generationen und das Erzeugungssystem für flüchtige organische Verbindungen. Der zweite Teil ist die Umweltkammer selbst, und der dritte Teil ist das Instrument, das dieses System analysiert.
Die Verwendung von Samenpartikeln in den Reaktionen in der Harvard Environmental Chamber ist eine kritische Technik, die eine stabile Erzeugung von organischen Partikelphasenmaterialien ermöglicht. Wir wählen speziell anorganische Salze als Samenpartikel und werden in Reaktionen mit organischen Materialien beschichtet. Später machen wir Datenanalysen zu den organischen Materialien, und da wir anorganische Salze wählen, können die Interferenzen von Samenpartikeln minimiert werden.
Eines der Instrumente, die wir hier in unserem Labor verwenden, ist eine hochauflösende Zeit des Fluges Aerosol Mass Spectrometer, oder kurz AMS. Es ist ein Instrument, das von Aerodyne Research mercelized, und heute ist es weit verbreitet sowohl in Labor-und Feldstudien, einschließlich Luftwaffen-Einsätze. Das AMS liefert Echtzeitmessungen der nicht feuerfesten Partikelchemischen Zusammensetzung und kann auch in einem Modus betrieben werden, der Informationen über die Partikelgröße liefert, indem es die Partikelzeit des Fluges misst.
Durch die Kombination von Informationen über Größe und Informationen der chemischen Zusammensetzung aus dem Massenspektren können wir masseniomerische Verteilungen für die gemessenen Ionen erhalten. Zu den gemessenen Umgebungsparametern gehören Ozon, NO und NO2, relative Luftfeuchtigkeit, Temperatur und der Differenzdruck zwischen dem Beutel und der Kammer. Stellen Sie die physikalischen Parameter der Umgebungskammer durch das Rückkopplungssystem ein.
Stellen Sie den Differenzdruck auf vier Pascal oder 30 Mini Torr ein. Schalten Sie den Ozongenerator ein, um Ozonfluss zu erzeugen, indem Sie die trockene Luft durch eine UV-Lampe passieren. Stellen Sie den Durchfluss auf 0,1 Standardliter pro Minute ein.
Legen Sie die relative Luftfeuchtigkeit des Beutels auf die angegebenen Werte fest. Stellen Sie die Temperatur der Kammer auf 25 plus oder minus 0,1 Grad Celsius ein. Verbinden Sie Geräteeinlässe mit der Umweltkammer.
Starten Sie die selbst entwickelte Software, indem Sie auf die Schaltfläche Start klicken. Überprüfen Sie die Echtzeitdaten, die auf der selbst entwickelten Software angezeigt werden, die die Feedback-Steuerung integriert. Schalten Sie alle Instrumente ein und warten Sie, bis sie sich vollständig aufwärmen.
Ammoniumsulfat in hochreinem Wasser in 100 Milliliter Volumetglas auflösen, um eine Ammoniumsulfatlösung vorzubereiten. Verwenden Sie einen Zerstäuber, um Ammoniumsulfatpartikel mit einer Durchflussrate von drei Standardlitern pro Minute zu produzieren. Passieren Sie den Aerosolstrom durch einen Diffusionstrockner, um die relative Luftfeuchtigkeit auf 10 % zu senken, und passieren Sie den Aerosolfluss durch ein bipolares Ladegerät und einen Differenzmobilitätsanalysator, um die Partikel zu vergrößern und eine quasi-monodisierte Verteilung durch Elektromobilität vorzubereiten.
Verwenden Sie eine Spritze, um einen Milliliter Isoprenlösung zurückzuziehen. Spülen Sie die Spritze dreimal mit der Lösung vor dem endgültigen Entzug. Legen Sie die Spritze in einen Spritzeninjektor.
Setzen Sie die Nadelspitze durch eine Gummidichtung in einen runden Kolben mit Boden ein. Den Kolben mit Heizband auf 90 plus oder minus 1 Grad Celsius vorheizen. Schalten Sie die Spritzeninjektion ein und stellen Sie sie auf einen angemessenen Wert ein.
Die Gasphasenkonzentration des Vorläufers wird für verschiedene Experimente angepasst, indem die Spritzeninjektionsrate gesteuert wird. Für lange Experimente, aktualisieren Sie die Spritze nach Bedarf. Führen Sie einen Durchfluss von zwei Standardliter pro Minute gereinigter Luft ein, um Isopren zu verdampfen und wegzutragen, das in den runden Kolben eingespritzt wird.
Der Luftstrom ist so groß, dass der sessile Tröpfchen an der Spritzespitze verdampft, anstatt in den Kolben zu tropfen. Die Kombination von Isopren und UV-Licht führt zur Herstellung von sekundärem organischem Material. Starten Sie die Aerosol-Messsoftware und erstellen Sie eine neue Datei, indem Sie auf Neue Datei erstellen klicken.
Jeder Parameter wird wie gezeigt festgelegt. Zeichnen Sie die Verteilungen des Anteils der Partikel auf, die den Beutel verlassen, indem Sie auf die Schaltfläche Okay klicken. Messen Sie den Aerosolfluss mit hilfe einer hochauflösenden Zeit des Flugaerosol-Massenspektrometers.
Starten Sie die Datenerfassungssoftware, indem Sie die Acquire-Taste unten links im Bedienfeld drücken. Im Laufe der Experimente werden hochauflösende Massenspektren des organischen PM aufgezeichnet. Die gesamte organische Massenkonzentration wird ebenfalls ermittelt.
Öffnen Sie den Abtastwert eines PTFE-Teflonrohrs im Beutel. Der abgetastete Durchfluss ist Richtschnur für eine Protonentransferreaktionszeit des Flugmassenspektrometers. In diesem Video werden Parametereinstellungen der Ionenquelle der Protonentransferreaktionszeit des Flugmassenspektrometers gezeigt.
Starten Sie die Datenerfassung, indem Sie auf das Dropdown-Menü "Akquisition" im oberen Deck Ihrer Software zugreifen und dann auf Start drücken. Zeichnen Sie die Zeitreihen jedes Ionen durch diese Software auf. Stoppen Sie die Injektion der Gasphasenvorläufer und der Aerosolkernpartikel.
Für mehrere Tage, kontinuierlich injizieren reine Luft bei 40 Liter pro Minute in den Beutel. Schalten Sie alle ultravioletten Lichter ein. Stellen Sie die Ozonkonzentration auf 600 Teile pro Milliarde und die Temperatur auf 40 Grad Celsius.
Auf diese Weise wird eine aggressive Oxidationsumgebung für mehrere Tage aufrechterhalten, um den Beutel zu schrubben. Die aus dem Aerosol-Massenspektrometer gewonnenen Daten werden aufgezeichnet und verarbeitet. Die experimentellen Bedingungen sind 490 PPB Isopren mit UV-Leuchten eingeschaltet OH-Radikal als Oxidationsmittel zur Verfügung zu stellen.
Die Massenkonzentration von sekundären organischen Materialien nahm zu Beginn des Experiments zu und erreichte nach etwa vier Stunden einen stabilen Zustand. Die Parzelle legt nahe, dass die Umweltkammer in der Lage ist, SOM aus den Gasvorstufen zu produzieren. Die Entwicklung der organischen Gasphasenverbindungen innerhalb der Kammer kann mit dem PTRTOFMS untersucht werden.
Ein Beispielexperiment zur Isoprenphotooxidation wurde durchgeführt, wobei ca. 16 PPB Isopren kontinuierlich in die Kammer gebracht wurden. Die Abbildung zeigt die Zeitreihen des C4H6O+ion, eines der wichtigsten Oxidationsprodukte von Isopren, gemessen mit dem PTRTOFMS. Zu Beginn des Experiments gab es kein UV-Licht in der Kammer.
Nach etwa acht Minuten wurde das UV-Licht eingeschaltet und es gab einen klaren Trend des steigenden C4H8O+ion. Nach ca. 50 Minuten erreicht die Reaktion einen stabilen Zustand. Laborkammerstudien sind wirklich wichtig auf dem Gebiet der Aerosolwissenschaft oder allgemeiner, atmosphärischer Wissenschaften, und das liegt daran, dass sie es uns ermöglichen, die komplexen chemischen und physikalischen Phänomene, die in der Atmosphäre auftreten, kontrolliert zu simulieren und zu untersuchen.
Kammerstudien haben wesentlich dazu beigetragen, unser Verständnis der Bildung und Evolution von sekundären organischen Aerosolen zu entwickeln, z. B. SOA, die weltweit eine dominante Komponente der Partikel darstellen. Daher wurden Daten aus diesen Kammerstudien, die sich mit Fragen im Zusammenhang mit SOA befassten, zur Steuerung der Entwicklung chemischer Mechanismen verwendet und auch in Parametrisierungen für die SOA-Bildung und -Entwicklung in Modellen verwendet.
