ייצור, מדידה של חלקיקים אורגניים בבית הבליעה סביבתיים הרווארד

המטרה הכוללת של פרויקט זה היא לייצר חומר אורגני מסוים בתא הסביבתי ולאפיין את תכונותיו הכימיות והפיזיות. הלשכה הסביבתית של הרווארד נבנתה כדי לחקור היווצרות של חומר חלקיקי אורגני ואת התגובה של רכיבי שלב הגז קרוב לתנאי הסביבה. זהו יום השנה העשירי לפעילות קאמרית.

החלק הייחודי של התא הזה הוא שהוא מופעל ככור זרימה מעורב לחלוטין המספק את ההזדמנות לבצע פעולה יציבה של המדינה לאורך ימים. כדי להבטיח את פעולת המצב היציב, התא משתמש במערכת משוב כדי לשלוט בפרמטרים חשובים בתא ולשמור עליהם יציבים. אנו יכולים לבצע מדידות מקוונות ולא מקוונות שונות הדורשות ימים כדי לסיים כי הריכוזים של מינים שלב גז וחלקיק להישאר יציב ללא הגבלת זמן.

הלשכה הסביבתית של הרווארד מורכבת משלושה חלקים. החלק הראשון הוא אזורי הזרעים של הדורות ומערכת ייצור התרכובות האורגניות הנדיפות. החלק השני הוא התא הסביבתי עצמו, והחלק השלישי הוא המכשיר המנתח מערכת זו.

שימוש בחלקיקי זרעים, בתגובות בתא הסביבתי של הרווארד, הוא טכניקה קריטית, המאפשרת דור יציב, של חומרים אורגניים בשלב החלקיקים. אנו בוחרים באופן ספציפי מלחים אורגניים כמו חלקיקי זרעים בתגובות הם יהיו מצופים בחומרים אורגניים. מאוחר יותר אנו עושים ניתוח נתונים על החומרים האורגניים, ומכיוון שאנו בוחרים מלחים אורגניים, ניתן למזער את ההפרעה מחלקיקי זרעים.

אחד המכשירים שאנו משתמשים כאן במעבדה שלנו, הוא זמן ברזולוציה גבוהה של ספקטרומטר מסה אירוסול טיסה, או עבור AMS קצר. זהו מכשיר שמרצדס על ידי Aerodyne Research, וכיום הוא נמצא בשימוש נרחב הן במחקרי מעבדה והן במחקרי שדה, כולל פריסות של כלי שיט אוויריים. ה- AMS מספק מדידות בזמן אמת של הרכב כימי של חלקיקים שאינם עקשנים, ו ניתן להפעיל אותו גם במצב המספק מידע על גודל החלקיק על ידי מדידת זמן הטיסה של החלקיק.

אז, על ידי שילוב מידע על גודל ומידע של הרכב כימי מהספקטרום ההמוני, אנחנו יכולים לקבל הפצות יונר מסה עבור היונים הנמדדים. הם פרמטרים סביבתיים נמדדים מפתח כוללים אוזון, NO ו- NO2, לחות יחסית, טמפרטורה, ואת הלחץ הדפרנציאלי בין התיק לתא. הגדר את הפרמטרים הפיזיים של התא הסביבתי על-ידי מערכת המשוב.

הגדר את הלחץ דיפרנציאלי לארבעה פסקל או 30 מיני טור. הפעל את מחולל האוזון כדי ליצור זרימת אוזון על ידי העברת האוויר היבש דרך מנורה אולטרה סגולה. הגדר את קצב הזרימה ל- 0.1 ליטר סטנדרטי לדקה.

הגדר את הלחות היחסית של השקית לערכים המיועדים. הגדר את הטמפרטורה של התא ל 25 פלוס או מינוס 0.1 מעלות צלזיוס. חבר משטפים של מכשירים לתא הסביבתי.

הפעל את התוכנה שפותחה עצמית על-ידי לחיצה על לחצן התחל. בדוק את הנתונים בזמן אמת המוצגים בתוכנה שפיתחה בעצמה ומשלבת את פקד המשוב. הפעל את כל המכשירים ולחכות להם להתחמם לחלוטין.

ממיסים אמוניום גופרתי במים בטוהר גבוה בזכוכית נפחית 100 מיליליטר להכנת תמיסת אמוניום סולפט. השתמש atomizer לייצר חלקיקי אמוניום סולפט בקצב זרימה של שלושה ליטר סטנדרטי לדקה. מעבירים את זרימת התרסיס דרך דיפוזיה יבשה יותר כדי להוריד את הלחות היחסית ל-10% מעבירים את זרימת התרסיס דרך מטען דו-קוטבי ומנתח ניידות דיפרנציאלי כדי לשנות את גודל החלקיקים ולהכין חלוקה מעין-מונודיספוריסטית על ידי ניידות חשמלית.

השתמש במזרק כדי למשוך מיליליטר אחד של פתרון isoprene. לשטוף את המזרק שלוש פעמים עם הפתרון לפני הנסיגה הסופית. מניחים את המזרק לתוך מזרק מזרק.

הכנס את קצה המחט דרך חותם גומי לתוך בקבוקון עגול עם תחתית. מחממים את הבקבוק ל 90 פלוס או מינוס 1 מעלות צלזיוס על ידי קלטת חימום. הפעל את הזרקת המזרק והגדר אותו לערך מתאים.

ריכוז שלב הגז של המבשר מותאם לניסויים שונים על ידי שליטה בקצב הזרקת המזרק. לניסויים ארוכים, רענן את המזרק לפי הצורך. הציגו זרימה של שני ליטרים סטנדרטיים לדקה של אוויר מטוהר כדי לאפות ולשאת את isoprene מוזרק בבקבוקון התחתון העגול.

זרימת האוויר גדולה מספיק כדי שהטיפה המהודרת בקצה המזרק תאפת במקום לטפטף לתוך הבקבוק. השילוב של אור isoprene ו- UV מוביל לייצור של חומר אורגני משני. הפעל את תוכנת מדידת אירוסול וליצור קובץ חדש על ידי לחיצה על צור קובץ חדש.

כל פרמטר מוגדר כמודר. רשום את התפלגות קוטר המספר של חלקיקים היוצאים מהתיק על ידי לחיצה על כפתור אוקיי. למדוד זרימת תרסיס באמצעות זמן ברזולוציה גבוהה של ספקטרומטר מסת תרסיס טיסה.

הפעל את תוכנת רכישת הנתונים על-ידי לחיצה על לחצן רכוש בפינה השמאלית התחתונה של החלונית. ספקטרום מסה ברזולוציה גבוהה של ראש הממשלה האורגני נרשם במהלך הזמן של הניסויים. ריכוז המסה האורגני הכולל מתקבל גם הוא.

פתח את ערך הדגימה של צינור טפלון PTFE בתוך התיק. הזרימה שנדגמה היא מדריך לזמן תגובת העברת פרוטון של ספקטרומטר מסת טיסה. הגדרות פרמטרים של מקור היון של זמן התגובה להעברת פרוטון של ספקטרומטר מסת טיסה מוצגות בסרטון זה.

התחל את רכישת הנתונים על-ידי גישה לתפריט הנפתח , רכישה, בסיפון העליון של התוכנה ולאחר מכן לחיצה על התחל. רשום את סידרת הזמנים של כל יון באמצעות תוכנה זו. לעצור את הזריקה של מבשרי שלב הגז וחלקיקי זרעי אירוסול.

במשך כמה ימים, ברציפות להזריק אוויר טהור ב 40 ליטר לדקה לתוך התיק. תדליק את כל האורות האולטרה סגולים. הגדר את ריכוז האוזון ל 600 חלקים למיליארד ולהגדיר את הטמפרטורה ל 40 מעלות צלזיוס.

בדרך זו, סביבת חמצון אגרסיבי נשמר במשך כמה ימים כדי לקרצף את התיק. הנתונים הנרכשים ספקטרומטר מסת תרסיס מתועדים ומעובדים. התנאים הניסיוניים הם 490 PPB של isoprene עם אורות UV מדליקים כדי לספק OH רדיקלי כמו חמצון.

ריכוז המסה של חומרים אורגניים משניים גדל בתחילת הניסוי ולאחר כארבע שעות הוא הגיע למצב יציב. העלילה מרמזת על כך שהתא הסביבתי מסוגל לייצר SOM ממבשרי הגזים. האבולוציה של תרכובות אורגניות שלב גז בתוך התא ניתן ללמוד באמצעות PTRTOFMS.

ניסוי לדוגמה על חמצון צילום isoprene נערך עם כ 16 PPB של isoprene להיות לשים לתוך התא ברציפות. הנתון מציג את סדרת הזמנים של C4H6O+ion אחד המוצרים העיקריים של isoprene חמצון נמדד על ידי PTRTOFMS. בתחילת הניסוי, לא היה אור UV בתוך התא.

בסביבות שמונה דקות, אור UV היה מופעל והייתה מגמה ברורה של עליית C4H8O + יון. לאחר כ-50 דקות, התגובה מגיעה למצב יציב. מחקרי מעבדה קאמריים חשובים מאוד בתחום מדעי האירוסול או באופן רחב יותר, מדעי האטמוספירה וזה בגלל שהם מאפשרים לנו לדמות ולחקור, באופן מבוקר, את התופעות הכימיות והפיזיות המורכבות המתרחשות באטמוספירה.

מחקרים קאמריים סייעו מאוד בפיתוח ההבנה שלנו של היווצרות ואבולוציה של אירוסולים אורגניים משניים למשל, SOA, שהם מרכיב דומיננטי בחומר החלקיקים על בסיס גלובלי. לכן, נתונים המגיעים מחקרים אלה בתא, מסתכל על שאלות הקשורות SOA, שימשו כדי להנחות את הפיתוח של מנגנונים כימיים וגם שימשו פרמטרים עבור היווצרות SOA ואבולוציה במודלים.