Determinación de NO_x en los gases de escape de los automóviles mediante espectroscopia UV-VIS

Fuente: Laboratorios de Margaret obrero y Kimberly Frye - Universidad de Depaul

En la troposfera, ozono se forma naturalmente cuando la luz del sol divide el dióxido de nitrógeno (NO₂):

NO₂ + luz solar → NO + O

Oh + O₂ → O₃

Ozono (O₃) puede pasar al reaccionar con el óxido nítrico (NO) para formar dióxido de nitrógeno (NO₂) y oxígeno:

NO + O₃ → NO₂ + O₂

El resultado no hay ganancia neta de ozono (O₃). Sin embargo, con la producción antropogénica de ozono formando precursores (NO, NO₂y compuestos orgánicos volátiles) a través de la combustión de combustibles fósiles, se han encontrado niveles elevados de ozono en la troposfera. Escape del vehículo de motor es una fuente significativa de estos precursores de formación de ozono: NO, NO₂y compuestos orgánicos volátiles (COV). Por ejemplo, fuentes móviles constituyen casi el 60% de las emisiones de NO + NO₂ .

En las altas temperaturas encontradas la cámara de combustión de un automóvil, nitrógeno y oxígeno del aire reaccionan para formar óxido nítrico (NO) y dióxido de nitrógeno (NO₂):

N_2.g + O_{2 (g)}→ 2 NO_(g)

2 NO_(g) + O_2.g→ 2 NO_2.g

El óxido nítrico (NO) emitido en los gases de escape del coche poco a poco se oxida a dióxido de nitrógeno (NO₂) en el aire ambiente. Esta mezcla de NO y NO₂ se refiere a menudo como NO_x. Cuando NO_x reacciona con compuestos orgánicos volátiles en la atmósfera en presencia de luz solar, formas de ozono troposférico, como se ve en este habían simplificado de reacción química:

NO_x + COV + luz solar → oh₃ + otros productos

Esta mezcla nociva de la contaminación atmosférica, que puede incluir aldehídos, peroxyacetyl nitratos, ozono, compuestos orgánicos volátiles y NO_x, se llama smog fotoquímico. El ozono es el mayor componente del smog fotoquímico. Esta contaminación se encuentra en todas las ciudades modernas, pero se encuentra sobre todo en ciudades con climas soleados, calientes, seco y gran cantidad de vehículos de motor. El color amarillo-marrón de smog en el aire es debido en parte al dióxido de nitrógeno presente, ya que este gas absorbe luz visible cerca de 400 nm (figura 1).

A corto plazo que no₂ exposición (30 minutos a 1 día) conduce a efectos respiratorios adversos en personas sanas y el aumento de los síntomas respiratorios en las personas con asma. NO_x reacciona con el amoníaco y otros compuestos a las partículas de la forma. Estas pequeñas partículas pueden penetrar en los pulmones y causar problemas respiratorios, incluyendo bronquitis y el enfisema. Personas que pasan mucho tiempo en la carretera o que viven cerca de un camino de experiencia exposición considerablemente mayor a₂.

Debido al impacto que tiene sobre la salud humana y el medio ambiente, la Agencia de protección ambiental de Estados Unidos (EPA) ha clasificado NO₂ como un contaminante criterio y ha establecido el estándar primario a 100 ppb (percentil 98 de las concentraciones máximas diarias 1-h, un promedio de más de 3 años) y 53 ppb (media anual). Teniendo en cuenta que en carretera vehículos representan aproximadamente 1/3 de ninguna emisión de_x en los Estados Unidos, las emisiones de automóviles se regulan por lo tanto a través de la ley de aire limpio. La EPA establece normas de emisión que fabricantes de automóviles deben seguir cuando se producen los coches. En la actualidad, normas de emisiones Tier 2 establece que los fabricantes no deben tener media flota_x las emisiones de no más de 0,07 g/milla.

Fabricantes de una manera de cumplir con esta norma es mediante el uso de convertidores catalíticos en sus coches. Este dispositivo se coloca entre el motor y el tubo de escape. La corriente de escape pasa por el convertidor catalítico y se expone a un catalizador. Un catalizador de reducción de platino y el rodio se usa para reducir la concentración de_x NO en el escape. Cuando una molécula de₂ NO o NO en los gases de escape en contacto con el catalizador, el átomo del nitrógeno se agarró de la molécula y mantuvieron por el catalizador. El oxígeno se libera y forma O₂. El átomo del nitrógeno en el catalizador se une con otro átomo de nitrógeno en el catalizador a forma N₂.

Convertidores catalíticos han reducido grandemente las emisiones de NO_x de escape coche – hasta 80% de reducción, cuando se realiza correctamente. Sin embargo, sólo funcionan cuando han alcanzado una temperatura bastante alta. Por lo tanto, al realizar un arranque en frío de un vehículo, del convertidor catalítico está quitando prácticamente no NO_x. No es hasta el convertidor catalítico alcanza mayores temperaturas que elimina eficazmente el NO_x de la corriente de escape. Convertidores catalíticos no funcionan en los coches de pasajeros diesel debido a las magras condiciones bajo las cuales operan. Además, el sulfuro en combustible diesel también desactiva el catalizador. NO_x en motores diesel se reducen principalmente a través de la válvula de recirculación (EGR) de gas de escape que enfría la temperatura de los gases de combustión. Como resultado, los coches diesel emiten generalmente más NO_x que los coches de gasolina.

Figura 1. Coloración característica de smog en California en la nube beige banco detrás del puente Golden Gate. La coloración marrón es debido al NO_x en el smog fotoquímico.

1. preparación de solución madre de nitrito (NO₂^–)

1. Pesa 1,500 g NaNO₂ y agregar a un matraz aforado de 1 L.
2. Diluir hasta la marca usando el nanopure agua. (Compruebe el agua destilada del grifo – puede contener suficiente nitrito para interferir con las mediciones). Esto no produce una 1.000 μg solución₂^–/ml.
3. Para hacer un 5.0 μg₂^–/ml solución, no tomar 1 mL de los 1.000 μg_{2 -}/mL solución y diluir a 200

La tabla 2 proporciona un ejemplo de resultados adecuados. Utilizando las mediciones de absorbancia de las soluciones estándar, una parcela de absorbancia vs concentración de NO₂^– es posible (figura 4). Entonces, se puede determinar la mejor línea de ajuste de los datos. Utilizando la línea de mejor ajuste de la curva estándar, se puede calcular la concentración de NO₂^– en cada solución desconocida (μg/mL). Este valor puede ser conv...

La medición de nitrito utilizando la reacción de Saltzman modificada es muy común y útil en muchos campos diferentes. Como se ha descrito, el método puede utilizarse para no medir las concentraciones de_x en muestras de aire, escape de coches, salas de laboratorio, la calidad del aire de las ciudades, etcetera. Además, este método puede utilizarse para supervisar ninguna_x en el humo del cigarrillo. El procedimiento sería muy similar a este experimento, excepto en el lugar de escape de coche d...