Общая цель этого проекта заключается в производстве органических веществ в экологической камере и характеристике ее химических и физических свойств. Гарвардская экологическая палата была построена для изучения образования органических твердых частиц и реакции компонентов газовой фазы в непосредственной близости от окружающей среды. Это десятый год работы камер.
Уникальной частью этой камеры является то, что она эксплуатируется как полностью смешанный реактор потока, обеспечивающий возможность делать стабильную работу состояния в течение нескольких дней. Для обеспечения стабильной работы состояния камера использует систему обратной связи для управления важными параметрами камеры и обеспечения их стабильности. Мы можем проводить различные онлайн и оффлайн измерения, которые требуют дней, чтобы закончить, потому что концентрации газа и частиц фазы видов остаются стабильными на неопределенный срок.
Гарвардская экологическая палата состоит из трех частей. Первая часть – это семенные области поколений и система генерации летучих органических соединений. Вторая часть – это сама экологическая камера, а третья часть – инструмент, анализирующий эту систему.
Использование частиц семян в реакциях Гарвардской экологической палаты является важнейшим методом, который позволяет стабильное поколение органических материалов фазы частиц. Мы специально выбираем неорганические соли в качестве частиц семян и в реакциях они будут покрыты органическими материалами. Позже мы делаем анализ данных по органическим материалам, и так как мы выбираем неорганические соли, помехи от частиц семян могут быть сведены к минимуму.
Одним из инструментов, которые мы используем здесь, в нашей лаборатории, является высокое разрешение времени полета аэрозоля масс-спектрометр, или для коротких AMS. Это инструмент, мерселизованный Aerodyne Research, и в настоящее время широко используется как в лабораторных, так и в полевых исследованиях, включая развертывание воздушных судов. AMS обеспечивает измерения химического состава не огнеупорных частиц в режиме реального времени, а также может работать в режиме, который предоставляет информацию о размере частиц путем измерения времени полета частиц.
Таким образом, объединив информацию о размере и информации химического состава из Mass Spectra, мы можем получить распределение массы иономеров для измеренных ионов. К их ключевым измеренным экологическим параметрам относятся озон, NO и NO2, относительная влажность, температура и дифференциальное давление между мешком и камерой. Установите физические параметры экологической камеры системой обратной связи.
Установите дифференциальное давление до четырех Паскаль или 30 мини Торр. Включите генератор озона для генерации озонового потока, передав сухой воздух через ультрафиолетовую лампу. Установите скорость потока до 0,1 стандартного литра в минуту.
Установите относительную влажность мешка до установленных значений. Установите температуру камеры до 25 плюс-минус 0,1 градуса по Цельсию. Подключите входы приборов к экологической камере.
Запустите саморазвитое программное обеспечение, нажав кнопку Пуск. Проверьте данные в режиме реального времени, отображаемые на самостоятельно разработанном программном обеспечении, которое интегрирует контроль обратной связи. Включите все инструменты и ждать, пока они полностью прогреются.
Растворите сульфат аммония в воде высокой чистоты в 100 миллилитровом объемном стекле для приготовления раствора сульфата аммония. Используйте распылитель для производства частиц сульфата аммония со скоростью потока в три стандартных литра в минуту. Пройдите аэрозольный поток через диффузионный сухой, чтобы снизить относительную влажность до 10% Пройти аэрозольный поток через биполярное зарядное устройство и дифференциальный анализатор мобильности, чтобы размер выбрать частицы и подготовить квази-монодиспурное распределение по электрической мобильности.
Используйте шприц, чтобы снять один миллилитр раствора изопрена. Промыть шприц три раза раствором до окончательного вывода. Поместите шприц в шприц-инжектор.
Вставьте кончик иглы через резиновую печать в круглую нижнюю колбу. Разогреть колбу до 90 плюс-минус 1 градус по Цельсию с помощью нагревательной ленты. Включите инъекцию шприца и установите его на соответствующее значение.
Концентрация газовой фазы прекурсора корректируется для различных экспериментов, контролируя скорость впрыска шприца. Для длительных экспериментов, обновить шприц по мере необходимости. Ввести поток из двух стандартных литров в минуту очищенного воздуха, чтобы испаряться и унести изопрен, вводимый в круглую нижнюю колбу.
Поток воздуха достаточно велик, чтобы сесяная капля на кончике шприца испарялась вместо того, чтобы капать в колбу. Сочетание изопрена и ультрафиолетового света приводит к выработке вторичного органического материала. Запустите программное обеспечение для измерения аэрозолей и создайте новый файл, нажав на Создание нового файла.
Каждый параметр устанавливается, как показано на видео. Замитните распределение диаметра числа частиц, выходящих из мешка, нажав на кнопку «Хорошо». Измерьте поток аэрозолей с помощью времени высокого разрешения масс-спектрометра аэрозоля полета.
Запустите программное обеспечение для сбора данных, нажав кнопку Acquire в левом нижнем слева от панели. В ходе экспериментов регистрируются спектры массы высокого разрешения органического ТЧ. Также получена общая концентрация органической массы.
Откройте значение выборки тефлоновой трубки PTFE внутри мешка. Пробный поток направляется к времени реакции протонной передачи масс-спектрометра полета. Параметрные настройки ионового источника времени реакции протонной передачи масс-спектрометра полета показаны на этом видео.
Начните сбор данных, получить доступ к меню падения вниз, Приобретение, в верхней палубе вашего программного обеспечения, а затем нажав Пуск. Завехать серию времени каждого иона через это программное обеспечение. Остановить закачки прекурсоров газовой фазы и частиц аэрозольных семян.
В течение нескольких дней, непрерывно впрыскивают чистый воздух на 40 литров в минуту в сумку. Включите все ультрафиолетовые огни. Установите концентрацию озона до 600 частей на миллиард и установите температуру до 40 градусов по Цельсию.
Таким образом, агрессивная среда окисления поддерживается в течение нескольких дней, чтобы вымыть мешок. Данные, полученные с аэрозольного масс-спектрометра, регистрируются и обрабатываются. Экспериментальные условия 490 PPB изопрена с ультрафиолетовыми огнями, включив, чтобы обеспечить OH радикальных как окислитель.
Массовая концентрация вторичных органических материалов в начале эксперимента возрастала, и примерно через четыре часа она достигла стабильного состояния. Сюжет предполагает, что экологическая камера способна производить SOM из прекурсоров газов. Эволюция газовых фаз органических соединений внутри камеры может быть изучена с помощью PTRTOFMS.
В качестве примера был проведен эксперимент по окислению изопреновой фотографией, в камеру непрерывно поставить около 16 PPB изопрена. На рисунке показана серия времени одного из основных продуктов окисления изопрена, измеренного PTRTOFMS. В начале эксперимента в камере не было ультрафиолетового света.
Примерно в восемь минут, УФ-излучение было включено, и была четкая тенденция роста C4H8O'ion. Примерно через 50 минут реакция достигает стабильного состояния. Лабораторные камерные исследования действительно важны в области аэрозольной науки или в более широком смысле, атмосферных наук, и это потому, что они позволяют нам моделировать и исследовать, контролируемым образом, сложные химические и физические явления, которые происходят в атмосфере.
Камерные исследования в значительной степени помогли нам в развитии нашего понимания формирования и эволюции вторичных органических аэрозолей, например, SOA, которые являются доминирующим компонентом твердых частиц на глобальной основе. Таким образом, данные, полученные в результате этих камерных исследований, глядя на вопросы, связанные с SOA, были использованы для руководства развития химических механизмов, а также были использованы в параметризации для формирования SOA и эволюции в моделях.
