Fonte: Laboratori di Margaret Workman e Kimberly Frye - Depaul University

Nella troposfera, l'ozono si forma naturalmente quando la luce solare divide il biossido di azoto (NO_2):

NO₂ + luce solare → NO + O

O + O₂ → O₃

L'ozono (O₃₎può continuare a reagire con l'ossido nitrico (NO) per formare biossido di azoto (NO₂₎e ossigeno:

NO + O₃ → NO₂ + O₂

Ciò non comporta alcun guadagno netto di ozono (O_3). Tuttavia, con la produzione antropogenica di precursori che formano ozono (NO, NO₂e composti organici volatili) attraverso la combustione di combustibili fossili, sono stati trovati livelli elevati di ozono nella troposfera. I gas di scarico dei veicoli a motore sono una fonte significativa di questi precursori che formano ozono: NO, NO₂e composti organici volatili (COV). Ad esempio, le fonti mobili costituiscono quasi il 60% delle emissioni di NO + NO_2.

Alle alte temperature che si trovano nella camera di combustione di un'auto, l'azoto e l'ossigeno dall'aria reagiscono per formare ossido nitrico (NO) e biossido di azoto (NO_2):

N_2(g) + O_2(g)→ 2 NO_(g)

2 NO_(g) + O_2(g)→ 2 NO_2(g)

L'ossido nitrico (NO) emesso nello scarico dell'auto viene gradualmente ossidato a biossido di azoto (NO₂) nell'aria ambiente. Questa miscela di NO e NO₂ è spesso indicata come NO_x. Quando NO_x reagisce con composti organici volatili nell'atmosfera in presenza di luce solare, si forma ozono troposferico, come si vede in questa reazione chimica semplificata:

NO_x + COV + luce solare → O₃ + altri prodotti

Questa miscela nociva di inquinamento atmosferico, che può includere aldeidi, nitrati perossiacetilici, ozono, COV e NO_x,è chiamata smog fotochimico. L'ozono è il componente più grande dello smog fotochimico. Questo smog si trova in tutte le città moderne, ma si trova soprattutto nelle città con climi soleggiati, caldi e secchi e un gran numero di veicoli a motore. Il colore giallo-marrone dello smog nell'aria è dovuto in parte al biossido di azoto presente, poiché questo gas assorbe la luce visibile vicino a 400 nm (Figura 1).

L'esposizione a breve termine a NO₂ (da 30 minuti a 1 giorno) porta a effetti respiratori avversi nelle persone sane e aumento dei sintomi respiratori nelle persone con asma. NO_x reagisce con l'ammoniaca e altri composti per formare particolato. Queste piccole particelle possono penetrare nei polmoni e causare problemi respiratori, tra cui enfisema e bronchite. Gli individui che trascorrono molto tempo sulla strada o che vivono vicino a una carreggiata sperimentano un'esposizione notevolmente più elevata a NO₂.

A causa dell'impatto che ha sulla salute umana e sull'ambiente, l'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti (EPA) ha classificato NO₂ come inquinante criterio e ha fissato lo standard primario a 100 ppb (98 ° percentile di concentrazioni massime giornaliere di 1 ora, in media su 3 anni) e 53 ppb (media annuale). Considerando che i veicoli su strada rappresentano circa 1/3 delle emissioni di NO_x negli Stati Uniti, le emissioni delle automobili sono quindi regolate dal Clean Air Act. L'EPA degli Stati Uniti ha stabilito standard di emissione che i produttori di automobili devono seguire quando producono automobili. Attualmente, gli standard di emissione Tier 2 stabiliscono che i produttori devono avere emissioni medie di NO_x della flotta non superiori a 0,07 g / miglio.

Un modo in cui i produttori soddisfano questo standard è utilizzando convertitori catalitici sulle loro auto. Questo dispositivo è posizionato tra il motore e il tubo di scarico. Il flusso di scarico passa attraverso il convertitore catalitico ed è esposto a un catalizzatore. Un catalizzatore di riduzione di platino e rodio viene utilizzato per ridurre la concentrazione di NO_x nello scarico. Quando una molecola di NO o NO₂ nello scarico entra in contatto con il catalizzatore, l'atomo di azoto viene afferrato dalla molecola e trattenuto dal catalizzatore. L'ossigeno viene liberato e forma O₂. L'atomo di azoto sul catalizzatore si lega con un altro atomo di azoto tenuto sul catalizzatore per formare N₂.

I convertitori catalitici hanno notevolmente ridotto le emissioni di NO_x dallo scarico dell'auto – fino all'80% di riduzione, se funzionano correttamente. Tuttavia, funzionano solo quando hanno raggiunto una temperatura abbastanza elevata. Pertanto, quando si esegue una partenza a freddo di un'auto, il convertitore catalitico sta rimuovendo praticamente no NO_x. Non è fino a quando il convertitore catalitico raggiunge temperature più elevate che rimuove efficacemente l'NO_x dal flusso di scarico. I convertitori catalitici non funzionano sulle autovetture diesel a causa delle condizioni di magra in cui operano. Inoltre, lo zolfo nel gasolio disattiva anche il catalizzatore. Gli NO_x nei motori diesel sono ridotti principalmente attraverso la valvola di ricircolo dei gas di scarico (EGR), che raffredda la temperatura dei gas di combustione. Di conseguenza, le auto diesel generalmente emettono più NO_x rispetto alle auto a benzina.

Figura 1. Colorazione caratteristica per lo smog in California nel banco di nuvole beige dietro il Golden Gate Bridge. La colorazione marrone è dovuta al NO_x nello smog fotochimico.

1. Preparazione del nitrito (NO₂^-) Soluzione stock

1. Pesare 1.500 g di NaNO₂ e aggiungere a un matraccio volumetrico da 1 L.
2. Diluire fino al segno usando acqua nanopura. (Controllare l'acqua distillata dal rubinetto - potrebbe contenere abbastanza nitriti da interferire con le misurazioni.) Questo produce una soluzione stock da 1.000 μg NO₂^-/mL.
3. Per produrre una soluzione da 5,0 μg NO₂^-/mL, prendere 1 mL della soluzio

La Tabella 2 fornisce un esempio di risultati corretti. Utilizzando le misure di assorbanza delle soluzioni standard, è possibile effettuare un grafico di Assorbanza vs. Concentrazione di NO₂^- (Figura 4). Quindi, è possibile determinare la linea più adatta dei dati. Utilizzando la linea più adatta della curva standard, è possibile calcolare la concentrazione di NO₂^- in ogni soluzione sconosciuta (μg / mL). Questo valore può essere conver...

La misurazione del nitrito utilizzando la reazione di Saltzman modificata è molto comune e utile in molti campi diversi. Come descritto, il metodo può essere utilizzato per misurare le concentrazioni di NO_x nei campioni d'aria : scarico dell'auto, sale laboratorio, qualità dell'aria delle città, ecc. Inoltre, questo metodo può essere utilizzato per monitorare NO_x nel fumo di sigaretta. La procedura sarebbe molto simile a questo esperimento, tranne per il fatto che invece di aspirare lo scarico ...