El objetivo general de este proyecto es producir materia orgánica particular en la cámara ambiental y caracterizar sus propiedades químicas y físicas. La Cámara Ambiental de Harvard fue construida para estudiar la formación de partículas orgánicas y la reacción de componentes de fase de gas en condiciones ambientales cercanas a las ambientales. Este es el décimo aniversario de las operaciones de cámara.
La parte única de esta cámara es que se opera como un reactor de flujo completamente mixto que proporciona la oportunidad de hacer un funcionamiento de estado estable a través de los días. Para garantizar el funcionamiento del estado estacionario, la cámara utiliza un sistema de retroalimentación para controlar los parámetros importantes de la cámara y mantenerlos estables. Podemos realizar varias mediciones en línea y fuera de línea que requieren días para terminar porque las concentraciones de las especies de fase de gas y partículas permanecen estables indefinidamente.
La Cámara Ambiental de Harvard, consta de tres partes. La primera parte son las áreas de semillas de generaciones y el sistema de generación de compuestos orgánicos volátiles. La segunda parte es la propia cámara ambiental, y la tercera parte es el instrumento que analiza este sistema.
El uso de partículas de semillas, en las reacciones en la Cámara Ambiental de Harvard, es una técnica crítica, que permite una generación estable, de materiales orgánicos de fase de partículas. Elegimos específicamente sales inorgánicas como partículas de semillas y en las reacciones se recubrirán con materiales orgánicos. Más tarde realizamos análisis de datos sobre los materiales orgánicos, y como elegimos sales inorgánicas, la interferencia de las partículas de semillas se puede minimizar.
Uno de los instrumentos que utilizamos aquí en nuestro laboratorio, es un tiempo de alta resolución de vuelo Espectrómetro de Masa Aerosol, o para el corto AMS. Es un instrumento comercializado por Aerodyne Research, y hoy en día es ampliamente utilizado tanto en estudios de laboratorio como de campo, incluyendo despliegues de naves aéreas. El AMS proporciona mediciones en tiempo real de la composición química de partículas no refractarias, y también se puede operar en un modo que proporciona información sobre el tamaño de las partículas midiendo el tiempo de partículas del vuelo.
Por lo tanto, al combinar información sobre el tamaño y la información de la composición química de los Espectros de Masa, podemos obtener distribuciones de ionómeros de masa para los iones medidos. Los parámetros ambientales medidos clave incluyen ozono, NO y NO2, humedad relativa, temperatura y la presión diferencial entre la bolsa y la cámara. Establezca los parámetros físicos de la cámara ambiental por el sistema de retroalimentación.
Ajuste la presión diferencial a cuatro Pascal o 30 mini Torr. Encienda el generador de ozono para generar flujo de ozono pasando el aire seco a través de una lámpara ultravioleta. Ajuste el caudal a 0,1 litros estándar por minuto.
Establezca la humedad relativa de la bolsa en los valores designados. Ajuste la temperatura de la cámara a 25 más o menos 0,1 grados centígrados. Conecte las entradas de instrumentos a la cámara ambiental.
Inicie el software autodesarrollo haciendo clic en el botón Inicio. Compruebe los datos en tiempo real que se muestran en el software autodesarrollado que integra el control de retroalimentación. Encienda todos los instrumentos y espere a que se calienten por completo.
Disolver el sulfato de amonio en agua de alta pureza en vidrio volumétrico de 100 mililitros para preparar una solución de sulfato de amonio. Utilice un atomizador para producir partículas de sulfato de amonio a un caudal de tres litros estándar por minuto. Pasar el flujo de aerosol a través de un secador de difusión para reducir la humedad relativa al 10% Pasar el flujo de aerosol a través de un cargador bipolar y un analizador de movilidad diferencial para seleccionar el tamaño de las partículas y preparar una distribución cuasi monodispurada por movilidad eléctrica.
Utilice una jeringa para retirar un mililitro de solución de isopreno. Enjuague la jeringa tres veces con la solución antes de la retirada final. Coloque la jeringa en un inyector de jeringa.
Inserte la punta de la aguja a través de un sello de goma en un matraz con fondo redondo. Precalentar el matraz a 90 más o menos 1 grado Celsius por cinta de calentamiento. Encienda la inyección de la jeringa y establézcala en un valor adecuado.
La concentración de la fase gaseosa del precursor se ajusta para diferentes experimentos mediante el control de la tasa de inyección de la jeringa. Para experimentos largos, actualice la jeringa según sea necesario. Introducir un flujo de dos litros estándar por minuto de aire purificado para vaporizar y llevar isopreno inyectado en el matraz de fondo redondo.
El flujo del aire es lo suficientemente grande como para que la gota sésil en la punta de la jeringa se vaporice en lugar de gotear en el matraz. La combinación de isopreno y luz UV conduce a la producción de material orgánico secundario. Inicie el software de medición de aerosoles y cree un nuevo archivo haciendo clic en Crear un nuevo archivo.
Cada parámetro se establece como se muestra. Registre las distribuciones de diámetro numérico de las partículas que salen de la bolsa haciendo clic en el botón Aceptar. Mida el flujo de aerosol utilizando un tiempo de alta resolución del espectrómetro de masas de aerosol de vuelo.
Inicie el software de adquisición de datos pulsando el botón Adquirir en la parte inferior izquierda del panel. Los espectros de masa de alta resolución del PM orgánico se registran durante el curso de tiempo de los experimentos. También se obtiene la concentración de masa orgánica total.
Abra el valor de muestreo de un tubo de teflón PTFE dentro de la bolsa. El flujo muestreado es guía para un tiempo de reacción de transferencia de protones del espectrómetro de masas de vuelo. Los ajustes de parámetros de la fuente iónica del tiempo de reacción de transferencia de protones del espectrómetro de masa de vuelo se muestran en este vídeo.
Inicie la adquisición de datos accediendo al menú desplegable Adquisición, en la cubierta superior de su software y luego presionando Iniciar. Grabe la serie temporal de cada ion a través de este software. Detenga la inyección de los precursores de la fase gaseosa y las partículas de semillas de aerosol.
Durante varios días, inyecte continuamente aire puro a 40 litros por minuto en la bolsa. Encienda todas las luces ultravioletas. Establezca la concentración de ozono en 600 partes por mil millones y ajuste la temperatura a 40 grados centígrados.
De esta manera, se mantiene un ambiente de oxidación agresivo durante varios días para fregar la bolsa. Los datos adquiridos del espectrómetro de masas en aerosol se registran y procesan. Las condiciones experimentales son 490 PPB de isopreno con luces UV encendidas para proporcionar OH radical como oxidante.
La concentración masiva de materiales orgánicos secundarios estaba aumentando al comienzo del experimento y después de unas cuatro horas alcanzó un estado estable. La parcela sugiere que la cámara ambiental es capaz de producir SOM a partir de los precursores de gases. La evolución de los compuestos orgánicos de fase gaseosa dentro de la cámara se puede estudiar utilizando el PTRTOFMS.
Se llevó a cabo un ejemplo de experimento sobre la oxidación de la foto de isopreno con aproximadamente 16 PPB de isopreno que se colocan en la cámara continuamente. La figura muestra la serie temporal del C4H6O+ion uno de los principales productos de oxidación de isopreno medidos por el PTRTOFMS. Al principio del experimento, no había luz UV dentro de la cámara.
A los ocho minutos, la luz UV se encendió y hubo una tendencia clara del aumento del C4H8O+ion. Después de unos 50 minutos, la reacción alcanza el estado estacionario. Los estudios de cámara de laboratorio son muy importantes en el campo de la ciencia de aerosoles o más ampliamente, las ciencias atmosféricas y eso es porque nos permiten simular e investigar, de manera controlada, los complejos fenómenos químicos y físicos que ocurren en la atmósfera.
Los estudios de cámara han ayudado en gran medida a desarrollar nuestra comprensión de la formación y evolución de aerosoles orgánicos secundarios, por ejemplo, SOA, que son un componente dominante de la materia particulada a nivel mundial. Por lo tanto, los datos procedentes de estos estudios de cámara, que examinan cuestiones relacionadas con el SOA, se han utilizado para guiar el desarrollo de mecanismos químicos y también se han utilizado en parametrizaciones para la formación y evolución de SOA en modelos.
