O objetivo geral deste projeto é produzir matéria orgânica particular na câmara ambiental e caracterizar suas propriedades químicas e físicas. A Câmara Ambiental de Harvard foi construída para estudar a formação de material particulado orgânico e a reação de componentes da fase do gás em condições ambientais próximas às condições ambientais. Este é o décimo ano de operações de câmara.
A parte única desta câmara é que ela é operada como um reator de fluxo completamente misturado, proporcionando a chance de fazer uma operação estatal constante ao longo dos dias. Para garantir o funcionamento constante do estado, a câmara usa um sistema de feedback para controlar parâmetros importantes da câmara e mantê-los estáveis. Podemos realizar várias medições on-line e off-line que requerem dias para terminar porque as concentrações das espécies de fase de gás e partículas permanecem estáveis indefinidamente.
A Câmara Ambiental de Harvard, consiste em três partes. A primeira parte são as áreas de sementes de gerações e o sistema de geração de compostos orgânicos voláteis. A segunda parte é a própria câmara ambiental, e a terceira parte é o instrumento que analisa esse sistema.
O uso de partículas de sementes, nas reações na Câmara Ambiental de Harvard, é uma técnica crítica, que permite uma geração estável de materiais orgânicos em fase de partículas. Escolhemos especificamente sais inorgânicos como partículas de sementes e em reações elas serão revestidas com materiais orgânicos. Mais tarde fazemos análise de dados sobre os materiais orgânicos, e como escolhemos sais inorgânicos, a interferência das partículas de sementes pode ser minimizada.
Um dos instrumentos que usamos aqui em nosso laboratório é um tempo de alta resolução de voo Aerosol Mass Spectrometer, ou para ams curto. É um instrumento mercelizado pela Aerodyne Research, e hoje em dia é amplamente utilizado tanto em estudos de laboratório quanto de campo, incluindo implantações de embarcações aéreas. O AMS fornece medições em tempo real da composição química de partículas não refratárias, e também pode ser operada em um modo que fornece informações sobre o tamanho das partículas medindo o tempo de partícula do voo.
Assim, combinando informações sobre o tamanho e informações da composição química do Mass Spectra, podemos obter distribuições de ionômeros em massa para os íons medidos. Os principais parâmetros ambientais medidos incluem ozônio, NO e NO2, umidade relativa, temperatura e a pressão diferencial entre o saco e a câmara. Defina os parâmetros físicos da câmara ambiental pelo sistema de feedback.
Defina a pressão diferencial para quatro Pascal ou 30 mini Torr. Ligue o gerador de ozônio para gerar fluxo de ozônio passando o ar seco através de uma lâmpada ultravioleta. Defina a vazão para 0,1 litro padrão por minuto.
Coloque a umidade relativa do saco nos valores designados. Coloque a temperatura da câmara em 25 mais ou menos 0,1 graus Celsius. Conecte entradas de instrumentos à câmara ambiental.
Inicie o software auto-desenvolvido clicando no botão Iniciar. Verifique os dados em tempo real exibidos no software auto-desenvolvido que integra o controle de feedback. Ligue todos os instrumentos e espere que eles se aqueçam completamente.
Dissolva o sulfato de amônio em água de alta pureza em vidro volutrico de 100 mililitros para preparar uma solução de sulfato de amônio. Use um atomizador para produzir partículas de sulfato de amônio a uma taxa de fluxo de três litros padrão por minuto. Passe o fluxo de aerossol através de um secador de difusão para reduzir a umidade relativa para 10% Passe o fluxo de aerossol através de um carregador bipolar e um analisador de mobilidade diferencial para dimensionar selecionar as partículas e preparar uma distribuição quase monodisspurada pela mobilidade elétrica.
Use uma seringa para retirar um mililitro de solução isoprene. Enxágüe a seringa três vezes com a solução antes da retirada final. Coloque a seringa em um injetor de seringa.
Insira a ponta da agulha através de uma vedação de borracha em um frasco de fundo redondo. Pré-aqueça o frasco a 90 mais ou menos 1 grau Celsius por fita adesiva. Ligue a injeção da seringa e coloque-a em um valor apropriado.
A concentração da fase de gás do precursor é ajustada para diferentes experimentos controlando a taxa de injeção de seringa. Para experimentos longos, refresque a seringa conforme necessário. Introduza um fluxo de dois litros padrão por minuto de ar purificado para vaporizar e levar isoprene injetado no frasco de fundo redondo.
O fluxo do ar é grande o suficiente para que a gotícula sessil na ponta da seringa seja vaporizada em vez de pingar no frasco. A combinação de isoprene e luz UV leva à produção de material orgânico secundário. Inicie o software de medição de aerossol e crie um novo arquivo clicando em Criar um novo arquivo.
Cada parâmetro é definido como mostrado. Regisso número de distribuições de diâmetro de partículas saindo do saco clicando no botão Ok. Meça o fluxo de aerossol usando um espectrômetro de massa aerossol de alta resolução.
Inicie o software de aquisição de dados pressionando o botão Adquirir no lado inferior esquerdo do painel. Espectros de massa de alta resolução da PM orgânica são registrados durante o curso dos experimentos. Também é obtida a concentração total de massa orgânica.
Abra o valor amostral de um tubo PTFE Teflon dentro do saco. O fluxo amostrado é guia para um tempo de reação de transferência de prótons do espectrômetro de massa de voo. As configurações dos parâmetros da fonte de íon do tempo de reação de transferência de prótons do espectrômetro de massa de voo são mostradas neste vídeo.
Inicie a aquisição de dados acessando o menu suspenso, Aquisição, no deck superior do seu software e, em seguida, pressionando Iniciar. Registo a série de tempo de cada íon através deste software. Pare a injeção dos precursores da fase gasosa e das partículas de sementes de aerossol.
Por vários dias, injete continuamente ar puro a 40 litros por minuto no saco. Acenda todas as luzes ultravioletas. Coloque a concentração de ozônio em 600 partes por bilhão e coloque a temperatura em 40 graus Celsius.
Desta forma, um ambiente agressivo de oxidação é mantido por vários dias para esfregar o saco. Os dados adquiridos a partir do espectrômetro de massa aerossol são registrados e processados. As condições experimentais são 490 PPB de isoprene com luzes UV acesas para fornecer OH radical como oxidante.
A concentração em massa de materiais orgânicos secundários estava aumentando no início do experimento e após cerca de quatro horas atingiu um estado estável. O enredo sugere que a câmara ambiental é capaz de produzir SOM a partir dos precursores gasosos. A evolução dos compostos orgânicos da fase gasosa dentro da câmara pode ser estudada utilizando-se o PTRTOFMS.
Um experimento de exemplo na oxidação fotográfica isoprene foi realizado com aproximadamente 16 PPB de isoprene sendo colocados na câmara continuamente. O número mostra a série temporal do C4H6O+ion um dos principais produtos de oxidação da isoprene medidos pelo PTRTOFMS. No início do experimento, não havia luz UV dentro da câmara.
Em cerca de oito minutos, a luz UV foi acesa e havia uma tendência clara do aumento do C4H8O+íon. Após cerca de 50 minutos, a reação atinge estado estável. Estudos de câmara de laboratório são realmente importantes no campo da ciência aerossol ou, mais amplamente, ciências atmosféricas e isso é porque eles nos permitem simular e investigar, de forma controlada, os complexos fenômenos químicos e físicos que acontecem na atmosfera.
Estudos de câmara têm ajudado muito no desenvolvimento da nossa compreensão da formação e evolução dos aerossóis orgânicos secundários, por exemplo, SOA, que são um componente dominante da matéria particulada em uma base global. Assim, dados provenientes desses estudos de câmara, analisando questões relacionadas ao SOA, têm sido utilizados para orientar o desenvolvimento de mecanismos químicos e também têm sido utilizados em parametrizações para formação e evolução do SOA em modelos.
