Name: production and measurement of organic particulate matter in the harvard environmental chamber
Uploaded: 2018-11-18T12:30:00
Duration: 9 min 46 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Production and Measurement of Organic Particulate Matter in the Harvard Environmental Chamber at JoVE.com

Dit materiaal is gebaseerd op werk gesteund door de chemische wetenschappen milieuprogramma in de afdeling van de chemie van de Amerikaanse National Science Foundation (NSF) subsidie onder nummer 1111418, de atmosferische-Geowetenschappen-divisie van de Amerikaanse National Science Foundation (NSF) subsidie onder nummer 1524731, evenals Harvard faculteit publicatie Award. Wij erkennen Pengfei Liu, Qi Chen, Mikinori Kuwata voor nuttige discussies en hulp bij de experimenten, alsmede Eric Etcovitch voor de Voice-over van de video.

Opmerking: De belangrijkste gemeten Omgevings parameters omvatten ozon (ozon analyzer), niet en NO2 (NOx analyzer), relatieve vochtigheid (RH-sensor), temperatuur (thermokoppel type K), en het drukverschil tussen de zak en de kamer. De instrument-merken staan in de tabel van materialen. De omgevings parameters gemeten door de instrumenten moet stabiel en binnen de ontwerpvereisten voor de aanvang van de experimenten. Het milieu kamer maakt gebruik van een feedback-systeem om voortdurend controleren en afstellen zodat de omgevings parameters binnen de vereisten in de loop van een experiment blijven.
1. start Up Procedures
<ol><li>Parameters instellen en oxidanten injectie<ol>
<li>De fysieke parameters van het milieu kamer ingesteld door het feedbacksysteem (PID). Het drukverschil ingesteld op 4 Pa (30 mTorr). Wanneer de druk te hoog of te laag is, de magneetklep opent of sluit de druk van de zak binnen het ingestelde bereik aanpassen.</li>
		<li>Inschakelen van de ozon generator voor het genereren van ozon stroom door het passeren van de droge lucht door middel van een UV-lamp. Stel het debiet op 0,1 sLpm tot 100 ppb van definitieve ozonconcentratie binnen de HEC. Zet de monitor ozon en de bijbehorende software activeren.</li>
		<li>De relatieve vochtigheid van de tas op de aangewezen waarden ingesteld. In dit bijzondere experiment, 40% RH maar de RH niveau kunt wijzigen van < 5% tot 80%. De RH sensor en het feedbacksysteem van de controle houden de relatieve vochtigheid in de zak stabiel door aanpassen van de verhouding tussen droge en vochtige lucht stroomt. De aanvoer van de droge lucht wordt verzorgd door de generator van de zuivere lucht, die referentielucht vrij van koolwaterstoffen, water (RH < 1%), en stikstofoxiden genereert. Een stroom van vochtige lucht bereidt door borrelende droge lucht door zuiver water (18 MΩ cm) te maken in de buurt van verzadigde luchtstroom.</li>
		<li>Stel de temperatuur van de kamer tot 25.0 ±0.1 ° C. Een interne conditionering plenum verdeelt de lucht gelijkmatig door een plafond van roestvrij staal met feedback besturingen die houden van de temperatuur binnen aangewezen waarden.</li>
		<li>Wachten voor andere Omgevings parameters stabiel te zijn en binnen de ontwerp-voorschriften.</li>
	</ol>
</li>
	<li>De inhammen van instrumenten verbinden met het milieu kamer. Start de zelf ontwikkelde software door te klikken op de knop Start . Controleer de real-time gegevens weergegeven op de zelf ontwikkelde software die de feedback control (Figuur 2 integreert).</li>
	<li>Zet alle instrumenten en wachten voor hen om op te warmen volledig.</li>
</ol>2. deeltje zaadproductie
Opmerking: Voorafgaand aan het zaad deeltje injectie is de eerste deeltje concentratie minder dan 1 cm-3.
<ol><li>Productie van sulfaat zaad deeltjes<ol>
<li>Injecteren quasi-monodispers droge sulfaat deeltjes in de zak, zowel om te simuleren beter de omgevingsomstandigheden, en ook om op te treden als medium voor de condensational groei van secundaire organische materialen. De injectie van zaad deeltjes wordt als volgt uitgevoerd.</li>
		<li>Ammoniumsulfaat (0,01 g) in zuiver water (18 MΩ∙cm) los in een maatkolf van 100 mL te bereiden een (NH4) 2SO4 oplossing (0,1 g∙L-1).</li>
		<li>Gebruik een verstuiver te produceren (NH4) 2SO4 aërosol deeltjes op een debiet van 3 sLpm.</li>
		<li>Passeren de aërosol stroom door een droger diffusie (silica gel) om de relatieve vochtigheid tot 10%.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Zaad deeltje selectie en zak injectie<ol>
<li>Doorgeven van de stroom van de aërosol door een bipolaire lader (85Kr) en een differentiële mobiliteit Analyzer (DMA) formaat selecteren van de deeltjes en bereiden de distributie van een quasi-monodispers door elektrische mobiliteit. De functie van transmissie is uitgebreid met behulp van een schede-naar-aerosol-stroom in de DMA van 10:3. De diameter van de geselecteerde elektrische mobiliteit van de deeltjes verlaten de DMA varieert van 50 tot 150 nm afhankelijk van het experiment. De typische nummer concentratie varieert van 4000 tot 8000 cm-3.</li>
		<li>Feed het quasi-monodispers-aërosol naar de zak met een debiet van 3 sLpm. Toezicht op het afsluiten van de zak met behulp van een Scanning mobiliteit Particle Sizer (SMPS) deeltjes. Wacht totdat de grootteverdeling van de deeltjes van zaad tot stabiel. Het verlies van deeltjes als gevolg van de buigende buizen evenals statische ladingen op de zak is minimaal, vooral voor deeltjes maten gebruikt in dit experiment (groter dan 100 nm)29,30.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. injectie van Gas fase precursoren
<ol><li>Injectie van de gasfase voorlopers<ol>
<li>Gebruik een injectiespuit te trekken 1,00 mL van de oplossing van isopreen. Spoel de injectiespuit driemaal met de oplossing voordat de definitieve terugtrekking.</li>
		<li>Plaats de spuit in een injector spuit. Breng de naald tip door middel van een rubberen afdichting in een rondbodemkolf (25 mL). Verwarm de kolf 90 ± 1 ° C door het verhitten van tape. Zet de injectie spuit en stel deze in op een juiste waarde (1.1 tot en met 4.4 μL∙min-1). De concentratie van de gas-fase van de voorloper is aangepast voor verschillende experiment door het beheersen van het tarief van de injectiespuit. Voor lange experimenten, de spuit zo nodig vernieuwen.</li>
		<li>Het voeren van een stroom van 2 sLpm van gezuiverde lucht te verdampen en isopreen geïnjecteerd in de Rondbodemkolf weg te voeren. De stroom van de lucht is groot genoeg dat de sessiele druppel op het puntje van de spuit is verdampt in plaats van druipen in de kolf. Dientengevolge, blijft de concentratie van de voorloper van de gas-fase stabiel.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Zet de schakelaar van de ultraviolette lampen binnen de HEC.</li>
</ol>4. instrument meting
Opmerking: De combinatie van isopreen en UV-licht leidt tot de productie van secundaire organisch materiaal op de sulfaat zaad deeltjes.
<ol><li>Nummer-diameter distributie van het deeltje verlaten van de zak<ol>
<li>Proef de uitstroom uit de zak met behulp van de elektrostatische-resistente buizen.</li>
		<li>Start van de aërosol meting software en maak een nieuw bestand door te klikken op Nieuw bestand maken. Elke parameter is ingesteld, zoals wordt weergegeven in Figuur 3. Het opnemen van het nummer-diameter distributies van deeltjes die de tas verlaten door te klikken op de knop OK .</li>
	</ol>
</li>
	<li>Chemische karakterisatie van organische deeltjes.<ol>
<li>Open de klep van de bemonstering van een roestvrij staal in de zak. De bemonsterde aërosol stroom in een hoge resolutie Time-of-Flight Aerosol massa Spectrometer (HR-ToF-AMS).</li>
		<li>Start de data acquisitie software door op de knop ophalen op de linkerbenedenhoek van het paneel (Figuur 4). Hoge resolutie massaspectra van de organische PM zijn opgenomen in de tijdsverloop van de experimenten. De totale massa organische concentratie wordt ook verkregen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Karakterisering van de gasfase soorten<ol>
<li>Open de klep van de bemonstering van een Teflon van de PTFE-buis in de zak. De bemonsterde stroom wordt geleid naar een Proton-overdracht-reactie Time-of-Flight massa Spectrometer (PTR-TOF-MS). De massaspectra gasvormige soorten hebben een hogere affiniteit van het proton dan water worden verkregen.</li>
		<li>Gebruik de parameterinstellingen van de ion-bron van de PTR-TOF-MS afgebeeld in Figuur 5 in de software PTR-Manager. Start de data-acquisitie door te openen het drop-down menu acquisitie in de TofDAQ Viewer software en vervolgens op Startte drukken. Record de tijdreeksen van elke ion via deze software.</li>
	</ol>
</li>
</ol>5. einde van het Experiment en tas schoonmaken
<ol><li>Stop de injectie van de gasfase precursoren en de aërosol zaad deeltjes.</li>
	<li>Voor meerdere dagen continu door zuivere lucht 40 L∙min-1 te injecteren in de zak. Schakel alle ultraviolet licht. De ozonconcentratie ingesteld op 600 ppb en de temperatuur tot 40 ° C. Op deze manier wordt een agressieve oxidatie-omgeving gehandhaafd voor enkele dagen te schrobben de zak. Wanneer het aantal concentratie van de deeltjes in de kamer minder dan 0,2 cm-3 is, de kamer schoon wordt beschouwd en kan worden gebruikt voor het volgende experiment.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Hallquist, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+formation,+properties+and+impact+of+secondary+organic+aerosol:+current+and+emerging+issues.">The formation, properties and impact of secondary organic aerosol: current and emerging issues.</a> Atmospheric Chemistry and Physics. 9, 5155-5236 (2009).</li><li>Fehsenfeld, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emissions+of+volatile+organic+compounds+from+vegetation+and+the+implications+for+atmospheric+chemistry.">Emissions of volatile organic compounds from vegetation and the implications for atmospheric chemistry.</a> Global Biogeochemical Cycles. 6, 389-430 (1992).</li><li>Seinfeld, J. H., Pandis, S. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Atmospheric Chemistry and Physics: from air pollution to climate change. , (2006).</li><li>Zaveri, R. A., Easter, R. C., Shilling, J. E., Seinfeld, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+kinetic+partitioning+of+secondary+organic+aerosol+and+size+distribution+dynamics:+representing+effects+of+volatility,+phase+state,+and+particle-phase+reaction.">Modeling kinetic partitioning of secondary organic aerosol and size distribution dynamics: representing effects of volatility, phase state, and particle-phase reaction.</a> Atmospheric Chemistry and Physics. , 5153-5181 (2014).</li><li>Shiraiwa, M., Berkemeier, T., Schilling-Fahnestock, K. A., Seinfeld, J. H., P&#246;schl, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+corridors+and+kinetic+regimes+in+the+multiphase+chemical+evolution+of+secondary+organic+aerosol.">Molecular corridors and kinetic regimes in the multiphase chemical evolution of secondary organic aerosol.</a> Atmospheric Chemistry and Physics. 14, 8323-8341 (2014).</li><li>Ziemann, P. J., Atkinson, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics,+products,+and+mechanisms+of+secondary+organic+aerosol+formation.">Kinetics, products, and mechanisms of secondary organic aerosol formation.</a> Chemical Society Reviews. 41, 6582-6605 (2012).</li><li>Chen, Q., Liu, Y., Donahue, N. M., Shilling, J. E., Martin, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle-Phase+Chemistry+of+Secondary+Organic+Material:+Modeled+Compared+to+Measured+O:C+and+H:C+Elemental+Ratios+Provide+Constraints.">Particle-Phase Chemistry of Secondary Organic Material: Modeled Compared to Measured O:C and H:C Elemental Ratios Provide Constraints.</a> Environmental Science and Technology. 45, 4763-4770 (2011).</li><li>Liu, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+Viscous+States+Affect+the+Browning+of+Atmospheric+Organic+Particulate+Matter.">Highly Viscous States Affect the Browning of Atmospheric Organic Particulate Matter.</a> ACS Central Science. 4 (2), 207-215 (2018).</li><li>Jimenez, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evolution+of+organic+aerosols+in+the+atmosphere.">Evolution of organic aerosols in the atmosphere.</a> Science. 326, 1525-1529 (2009).</li><li>Goldstein, A. H., Galbally, I. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Known+and+unexplored+organic+constituents+in+the+earth's+atmosphere.">Known and unexplored organic constituents in the earth's atmosphere.</a> Environmental Science and Technology. 41, 1514-1521 (2007).</li><li>Martin, S. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sources+and+properties+of+Amazonian+aerosol+particles.">Sources and properties of Amazonian aerosol particles.</a> Review of Geophysics. 48, RG2002 (2010).</li><li>Zhang, H., Surratt, J. D., Lin, Y. H., Bapat, J., Kamens, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+relative+humidity+on+SOA+formation+from+isoprene/NO+photooxidation:+enhancement+of+2-methylglyceric+acid+and+its+corresponding+oligoesters+under+dry+conditions.">Effect of relative humidity on SOA formation from isoprene/NO photooxidation: enhancement of 2-methylglyceric acid and its corresponding oligoesters under dry conditions.</a> Atmospheric Chemistry and Physics. 11, 6411-6424 (2011).</li><li>Rohrer, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterisation+of+the+photolytic+HONO-source+in+the+atmosphere+simulation+chamber+SAPHIR.">Characterisation of the photolytic HONO-source in the atmosphere simulation chamber SAPHIR.</a> Atmospheric Chemistry and Physics. 5, 2189-2201 (2005).</li><li>Cocker, D. R., Flagan, R. C., Seinfeld, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=State-of-the-art+chamber+facility+for+studying+atmospheric+aerosol+chemistry.">State-of-the-art chamber facility for studying atmospheric aerosol chemistry.</a> Environmental Science and Technology. 35, 2594-2601 (2001).</li><li>Shilling, J. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Loading-dependent+elemental+composition+of+&#945;-pinene+SOA+particles.">Loading-dependent elemental composition of &#945;-pinene SOA particles.</a> Atmospheric Chemistry and Physics. 9, 771-782 (2009).</li><li>Presto, A. A., Huff Hartz, K. E., Donahue, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Secondary+organic+aerosol+production+from+terpene+ozonolysis.+1.+effect+of+UV+radiation.">Secondary organic aerosol production from terpene ozonolysis. 1. effect of UV radiation.</a> Environmental Science and Technology. 39, 7036-7045 (2005).</li><li>Epstein, S. A., Blair, S. L., Nizkorodov, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+photolysis+of+&#945;-pinene+ozonolysis+secondary+organic+aerosol:+effect+on+particle+mass+and+peroxide+content.">Direct photolysis of &#945;-pinene ozonolysis secondary organic aerosol: effect on particle mass and peroxide content.</a> Environmental Science and Technology. 48, 11251-11258 (2014).</li><li>Boyd, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Secondary+organic+aerosol+formation+from+the+&#946;-pinene+NO3+system:+effect+of+humidity+and+peroxy+radical+fate.">Secondary organic aerosol formation from the &#946;-pinene+NO3 system: effect of humidity and peroxy radical fate.</a> Atmospheric Chemistry and Physics. 15, 7497-7522 (2015).</li><li>Xu, L., Kollman, M. S., Song, C., Shilling, J. E., Ng, N. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+NOx+on+the+volatility+of+secondary+organic+aerosol+from+isoprene+photooxidation.">Effects of NOx on the volatility of secondary organic aerosol from isoprene photooxidation.</a> Environmental Science and Technology. 48, 2253-2262 (2014).</li><li>Loza, C. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+vapor+wall+loss+in+laboratory+chambers.">Characterization of vapor wall loss in laboratory chambers.</a> Environmental Science and Technology. 44, 5074-5078 (2010).</li><li>Lin, Y. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isoprene+epoxydiols+as+precursors+to+secondary+organic+aerosol+formation:+acid-catalyzed+reactive+uptake+studies+with+authentic+compounds.">Isoprene epoxydiols as precursors to secondary organic aerosol formation: acid-catalyzed reactive uptake studies with authentic compounds.</a> Environmental Science and Technology. 46, 250-258 (2012).</li><li>Martin, S. T., Kuwata, M., Smith, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+analytic+equation+for+the+volume+fraction+of+condensationally+grown+mixed+particles+and+applications+to+secondary+organic+material+produced+in+continuously+mixed+flow+reactors.">An analytic equation for the volume fraction of condensationally grown mixed particles and applications to secondary organic material produced in continuously mixed flow reactors.</a> Aerosol Science and Technology. 48, 803-812 (2014).</li><li>Bateman, A. P., Bertram, A. K., Martin, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hygroscopic+Influence+on+the+Semisolid-to-Liquid+Transition+of+Secondary+Organic+Materials.">Hygroscopic Influence on the Semisolid-to-Liquid Transition of Secondary Organic Materials.</a> Journal of Physical Chemistry A. 119, 4386-4395 (2015).</li><li>Shilling, J. E., King, S. M., Mochida, M., Worsnop, D. R., Martin, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+spectral+evidence+that+small+changes+in+composition+caused+by+oxidative+aging+processes+alter+aerosol+CCN+properties.">Mass spectral evidence that small changes in composition caused by oxidative aging processes alter aerosol CCN properties.</a> The Journal of Physical Chemistry A. 111, 3358-3368 (2007).</li><li>Smith, M. L., Kuwata, M., Martin, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Secondary+Organic+Material+Produced+by+the+Dark+Ozonolysis+of+alpha-Pinene+Minimally+Affects+the+Deliquescence+and+Efflorescence+of+Ammonium+Sulfate.">Secondary Organic Material Produced by the Dark Ozonolysis of alpha-Pinene Minimally Affects the Deliquescence and Efflorescence of Ammonium Sulfate.</a> Aerosol Science and Technology. 45, 244-261 (2011).</li><li>King, S. M., Rosenoern, T., Shilling, J. E., Chen, Q., Martin, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+cloud+activation+potential+of+secondary+organic+aerosol+for+atmospheric+mass+loadings.">Increased cloud activation potential of secondary organic aerosol for atmospheric mass loadings.</a> Atmospheric Chemistry and Physics. 9, 2959-2971 (2009).</li><li>Shilling, J. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Particle+mass+yield+in+secondary+organic+aerosol+formed+by+the+dark+ozonolysis+of+&#945;-pinene.">Particle mass yield in secondary organic aerosol formed by the dark ozonolysis of &#945;-pinene.</a> Atmospheric Chemistry and Physics. 8, 2073-2088 (2008).</li><li>Nguyen, T. K. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trends+in+particle-phase+liquid+water+during+the+Southern+Oxidant+and+Aerosol+Study.">Trends in particle-phase liquid water during the Southern Oxidant and Aerosol Study.</a> Atmospheric Chemistry and Physics. 14, 10911-10930 (2014).</li><li>Nah, T., McVay, R. C., Pierce, J. R., Seinfeld, J. H., Ng, N. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Constraining+uncertainties+in+particle-wall+deposition+correction+during+SOA+formation+in+chamber+experiments.">Constraining uncertainties in particle-wall deposition correction during SOA formation in chamber experiments.</a> Atmospheric Chemistry and Physics. 17, 2297-2310 (2017).</li><li>Reineking, A., Porstend&#246;rfer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurements+of+Particle+Loss+Functions+in+a+Differential+Mobility+Analyzer+(TSI,+Model+3071)+for+Different+Flow+Rates.">Measurements of Particle Loss Functions in a Differential Mobility Analyzer (TSI, Model 3071) for Different Flow Rates.</a> Aerosol Science and Technology. 5, 483-486 (1986).</li><li>Kroll, J. H., Seinfeld, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemistry+of+secondary+organic+aerosol:+Formation+and+evolution+of+low-volatility+organics+in+the+atmosphere.">Chemistry of secondary organic aerosol: Formation and evolution of low-volatility organics in the atmosphere.</a> Atmospheric Environment. 42, 3593-3624 (2008).</li><li>Surratt, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactive+intermediates+revealed+in+secondary+organic+aerosol+formation+from+isoprene.">Reactive intermediates revealed in secondary organic aerosol formation from isoprene.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 107, 6640-6645 (2010).</li><li>Surratt, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Acidity+on+Secondary+Organic+Aerosol+Formation+from+Isoprene.">Effect of Acidity on Secondary Organic Aerosol Formation from Isoprene.</a> Environmental Science and Technology. 41, 5363-5369 (2007).</li><li>Isaacman-VanWertz, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+evolution+of+atmospheric+organic+carbon+over+multiple+generations+of+oxidation.">Chemical evolution of atmospheric organic carbon over multiple generations of oxidation.</a> Nature Chemistry. 10, 462-468 (2018).</li><li>Docherty, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trends+in+the+oxidation+and+relative+volatility+of+chamber-generated+secondary+organic+aerosol.">Trends in the oxidation and relative volatility of chamber-generated secondary organic aerosol.</a> Aerosol Science and Technology. , 1-13 (2018).</li><li>Wiedensohler, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mobility+particle+size+spectrometers:+Calibration+procedures+and+measurement+uncertainties.">Mobility particle size spectrometers: Calibration procedures and measurement uncertainties.</a> Aerosol Science and Technology. 52, 146-164 (2018).</li><li>Warneke, C., de Gouw, J. A., Kuster, W. C., Goldan, P. D., Fall, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Validation+of+Atmospheric+VOC+Measurements+by+Proton-Transfer-+Reaction+Mass+Spectrometry+Using+a+Gas-Chromatographic+Preseparation+Method.">Validation of Atmospheric VOC Measurements by Proton-Transfer- Reaction Mass Spectrometry Using a Gas-Chromatographic Preseparation Method.</a> Environmental Science and Technology. 37, 2494-2501 (2003).</li></ol>

De auteurs verklaren geen concurrerende financiële belangen.

Het toenemend belang bij het begrijpen van de vorming en evolutie van organische aërosolen leidt tot de drang om te bouwen milieu kamers te simuleren van dergelijke processen in een goed gecontroleerde omgeving. Op dit moment, zijn allermeest naar de milieu kamers gebaseerd op batch reactor modus19,31,32,33,34 terwijl zijn er zeer weinig kamers die gebruik maken van continu mengen reactor modus15,35. Exploitatie van het milieu kamer in continu stroom reactor modus biedt het gemak van continue aërosol bemonstering voor dagen of zelfs weken bij ambient-achtige concentraties. Het is vermeldenswaard dat de omgevingsomstandigheden veel complexer dan de instellingen goed gecontroleerde laboratorium zijn. Bijvoorbeeld, schommelt de temperatuur van ambient terwijl in de zaal wordt het onderhouden op een constante waarde. De reactietijd van de gassen en deeltjes in de zaal zal worden gecontroleerd en beperkt door de residentie van de kamer, in plaats van bereiken dagen van reactietijd in de echte wereld. Het gebruik van blacklights, in plaats van natuurlijke zonnestraling, kunt ook genereren OH radicalen en simuleren van de reacties in de omgevingstemperatuur. Maar blacklight soms kan leiden tot verhoogde concentratie van OH radicles vergeleken met die van het omringende milieu, die invloed kan hebben op de staat van de oxidatie van de organische moleculen en moet zorgvuldig worden onderzocht. Echter door afstemming van slechts een of twee variabelen en de controle van alle andere variabelen door milieu kamer, kunnen wij deze chemische/fysische processen systematisch bestuderen.
Een van de kritische stappen operationele continu mengen chambers is te houden van de inwendige druk van de kamer binnen een optimaal bereik. Een hoge druk in de zaal zal veroorzaken lekken van de gassen en deeltjes uit de zaal, terwijl een lage druk binnen de zaal zal lucht en deeltjes van het laboratorium in de kamer zuigen en verontreiniging veroorzaken. Een manometer is nodig om te controleren de druk van de kamer binnen de veilige waarden (< 5 Pa) in de loop van de experimenten. Een ander gemeenschappelijk waargenomen probleem voor het milieu kamer is zelf nucleatie van onverwachte organische deeltjes. Een lager tarief van de VOC/oxidant injectie of een hogere zaad deeltje concentratie is nodig om te voorkomen dat dit fenomeen. Afhankelijk van het doel van de experimenten, kunnen de concentraties van ozon, VOC en zaad deeltjes variëren van een orde van grootte. De volgende vergelijking kan worden gebruikt voor het berekenen van het debiet, finjectie, van elke soort geïnjecteerd in de kamer.
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/55685/55685eq1.jpg" style="opacity: 0.9; font-size: 14px;">(1)
waar c-doel en cinitiële elke vertegenwoordigen het einddoel-concentratie van de reactieve binnen de kamer en de beginconcentratie van het reactieve die is gegenereerd op basis van de bron. Het symbool ftotaal vertegenwoordigen de totale stroom van alle soorten die werden geïnjecteerd in de kamer.
De derde kritieke stap voor succesvol opereren het milieu kamer en het verkrijgen van de resultaten is het kalibreren van elk instrument voor de experimenten. Het systeem van exploitanten met AMM kan worden gekalibreerd door het injecteren van bekende grootte van de PSL deeltjes36. De NO-analysator voorx en ozon zijn gekalibreerd met behulp van een 5 ppm geen cilinder verdund door N2en 10 ppm van ozon verdund door N2, respectievelijk26. De kalibratie procedures voor AMS en PTR-MS zijn ingewikkeld en kunnen worden gevonden in instrument handleidingen of vorige literaturen27,37.
De opstelling van de milieu kamer hierboven beschreven is niet alleen geschikt voor het bestuderen van de productie en de evolutie van organische aërosolen, maar ook van toepassing in de coating van de verschillende deeltjes met organische coating, evenals behandeling van gas fase reacties door het injecteren van gas precursoren alleen. Deze meerdere richtingen bieden milieu kamer de flexibiliteit bij het bestuderen van allerlei onderzoeksgebieden aan de kwaliteit van de lucht, klimaatverandering en menselijke gezondheidsonderwerpen gerelateerde.

Atmosferische organische deeltjes (PM) wordt geproduceerd door de oxidatie van vluchtige organische stoffen (VOS) wordt uitgestraald door de biosfeer en de antropogene activiteiten1,2. Ondanks de belangrijke gevolgen van deze deeltjes op klimaat, gezondheid van de mens, en zichtbaarheid3, de mechanismen van de productie onvolledig blijft aërosol begrepen en gekenmerkt, zowel kwalitatief en kwantitatief. Een uitdaging voor laboratoriumonderzoek, die noodzakelijkerwijs beperkt en tijd, is om de atmosferische evolutie van gas en deeltjes fase soorten simuleren. Residentie keer moet lang genoeg dat de verbindingen in zowel gas en deeltjes fasen oxidatie en multifase reactie kunnen ondergaan als in ambient omgevingen4,5,6,7, 8. Een andere uitdaging is om te werken in het laboratorium bij concentraties voldoende laag die vertegenwoordigen de omgevingstemperatuur milieu9,10,11. Vele belangrijke processen schaal met concentraties. Te hoge massaconcentratie van organische PM in een laboratorium experiment kan bijvoorbeeld ten onrechte verschuiven het partitioneren van halfvluchtig soorten van de gasfase tot de fase van de deeltjes. De samenstelling van het gas en deeltjes fasen kan worden niet-representatieve van atmosferische omstandigheden. De Harvard milieu kamer werd ontworpen om te reageren op deze uitdagingen, vooral met behulp van de aanpak van de configuratie van een continue stroom geëxploiteerd onder een onbepaalde tijdschaal, waardoor lage concentraties en lange integratie tijden voor signaal detectie. Het Parlement viert de verjaardag van een mijlpaal van twaalf jaar van wetenschappelijke ontdekking in 2018.
Milieu chambers afhankelijk van de lichtbron, de stroom systeem, de grootte en het aantal kamers die samen te mengen. Er zijn buiten kamers die ontvangen van natuurlijk zonlicht12,13 , evenals indoor kamer die werken met kunstmatig licht14,15,16,17,18 ,19,20,21. Buiten kamers kunnen ook worden gebouwd relatief grote, minimaliseren artefacten die kunnen worden ingevoerd door muur effecten, hoewel uitdagingen de variatie van de verlichtingssterkte vanwege wolken evenals variantie in temperatuur omvatten. Hoewel binnen kamers zorgvuldig temperatuur en relatieve vochtigheid kunt, zijn de intensiteit en het spectrum van het kunstlicht over het algemeen anders dan het natuurlijke zonlicht, die gevolgen voor bepaalde photochemische reacties14 hebben kan. Kamers kunnen ook worden bediend als batch reactoren of volledig gemengde stroom reactoren (CMFR)22. Batch reactoren zijn over het algemeen gemakkelijker te bedienen en te onderhouden, maar CMFR kan worden bediend voor weken, zo nodig, mogelijk te maken voor Signaalintegratie en daardoor werken bij lage, atmosferisch relevante concentraties.
Hierin, worden de hardware en de werking van de Harvard milieu kamer (HEC)7,23,24,25 in detail beschreven. De HEC bestaat uit een 4.7 m3 PFA Teflon zak gehuisvest in een kamer met constante temperatuur (2,5 × 2,5 × 2,75 m3)26. Reflecterende aluminium bladen hebben betrekking op de binnenmuren van de kamer aan multipath verlichting toestaan via de zak en daardoor het tempo van de fotochemie. De HEC wordt beheerd als een CMFR, met behulp van een totale debiet van 21 sLpm en overeenkomt met een gemiddelde verblijftijd van 3.4 h27. Temperatuur, vochtigheid en ozonconcentratie worden onderhouden door feedback besturingselementen. Ammoniumsulfaat deeltjes worden gebruikt als zaad deeltjes na te bootsen de condensatie van organische componenten op anorganische deeltjes in het omringende milieu. De diameter van de modus van de anorganische sulfaat deeltjes is geselecteerd om te worden 100-200 nm te simuleren de deeltjesgrootte gemeten in het veld28. Operatie procedures worden beschreven in de sectie van protocol hierin, met inbegrip van een visuele presentatie, gevolgd door een korte bespreking van toepassingen en resultaten van het onderzoek van de HEC.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:591px;" width="589">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">(-)-&#945;-pinene&#160;</td>
			<td style="width:73px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">305715</td>
			<td style="width:172px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2-butanol&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">294810</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">5.00 mL syringe&#160;</td>
			<td style="width:73px;">Hamilton</td>
			<td style="width:123px;">201300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Aerosol particle mass analyzer</td>
			<td style="width:73px;">Kanomax</td>
			<td style="width:123px;">3600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">Condensational particle counter</td>
			<td style="width:73px;">TSI</td>
			<td style="width:123px;">3022</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Differential mobility analyzer</td>
			<td style="width:73px;">TSI</td>
			<td style="width:123px;">3081</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">Heating mantle</td>
			<td style="width:73px;">Cole-parmer</td>
			<td style="width:123px;">WU-36225-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Mass flow controller</td>
			<td style="width:73px;">MKS</td>
			<td style="width:123px;">M100B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">Nafion tube</td>
			<td style="width:73px;">Perma Pure</td>
			<td style="width:123px;">MD-700-24F-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Nanometer aerosol sampler</td>
			<td style="width:73px;">TSI</td>
			<td style="width:123px;">3089</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Ozone generator</td>
			<td style="width:73px;">Jelight</td>
			<td style="width:123px;">600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">Ozone monitor</td>
			<td style="width:73px;">Ecosensors</td>
			<td style="width:123px;">UV-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Pressure sensor</td>
			<td style="width:73px;">Omega</td>
			<td style="width:123px;">PX409</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">RH sensor</td>
			<td>Rotronic</td>
			<td style="width:123px;">60587161</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">Round-bottom, three neck flask</td>
			<td style="width:73px;">Aceglass</td>
			<td style="width:123px;">6944-04</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Scanning electron microscope</td>
			<td style="width:73px;">Zeiss</td>
			<td style="width:123px;">N/A</td>
			<td style="width:172px;">Ultra plus FESEM</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Scanning mobility particle sizer</td>
			<td style="width:73px;">TSI</td>
			<td style="width:123px;">3071A+3772</td>
			<td>electrostatic classifier is model 3071A and the condensational particle ocunter is 3772</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">Silicon substrate</td>
			<td style="width:73px;">University Wafer</td>
			<td style="width:123px;">1707</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:223px;">Syringe Needle</td>
			<td style="width:73px;">Hamilton</td>
			<td style="width:123px;">90025</td>
			<td style="width:172px;">25 G, 2 inch</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">Syringe pump</td>
			<td style="width:73px;">Chemyx</td>
			<td style="width:123px;">Fusion Touch 200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:62px;width:223px;">Temperature sensor</td>
			<td style="width:73px;">National Instrument</td>
			<td style="width:123px;">USB-TC01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:223px;">water circulator</td>
			<td style="width:73px;">Brinkmann</td>
			<td style="width:123px;">RC6</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

production and measurement of organic particulate matter in the harvard environmental chamber

De productie en de evolutie van de atmosferische organische deeltjes (PM) zijn onvoldoende begrepen voor nauwkeurige simulaties van atmosferische chemie en klimaat. De complexe productie-mechanismen en de reactie trajecten maken dit een uitdagende onderzoeksonderwerp. Om deze kwesties te behandelen, is een milieu kamer, voldoende verblijftijd en sluiten-aan-de concentraties van precursoren te voorzien van secundaire organische materialen, nodig. De Harvard milieu kamer (HEC) werd gebouwd om te dienen deze behoefte, simuleren de productie van gas en deeltjes fase soorten van vluchtige organische stoffen (VOS). De HEC heeft een volume van 4,7 m3 en een gemiddelde verblijftijd van 3.4 h onder normale bedrijfsomstandigheden. Het wordt beheerd als een volledig gemengde stroom reactor (CMFR), met de mogelijkheid van onbepaalde steady-state operatie over dagen voor monster collectie en data analyse. De operatie procedures worden beschreven in dit artikel in detail. Verschillende soorten instrumentatie worden gebruikt voor het karakteriseren van de geproduceerde gas en deeltjes. Een hoge resolutie tijd-voor-strijd Aerosol massa Spectrometer (HR-ToF-AMS) wordt gebruikt voor het karakteriseren van deeltjes. Een Proton-overdracht-reactie massa Spectrometer (PTR-MS) wordt gebruikt voor gasvormige analyse. Voorbeeld resultaten worden gepresenteerd om aan te tonen het gebruik van het milieu kamer in een breed scala aan toepassingen in verband met de fysisch-chemische eigenschappen en reactiemechanismen van organische atmosferische zwevende deeltjes.

Een voorbeeld van de tijdreeks van organische massaconcentratie opgenomen door de HR-ToF-AMS tijdens een experiment is weergegeven in Figuur 6. Experimentele omstandigheden waren 490 ppb van isopreen met UV-verlichting inschakelen om OH radicale als oxidator. De massaconcentratie van organische PM gestaag toegenomen na het begin van het experiment tot na ongeveer 4 h steady state is bereikt. De evolutie van de gasfase organische stoffen werd gelijktijdig bestudeerd met behulp van de shows van de PTR-TOF-MS. Figuur 7 de tijdreeks van de C4H6O+ signaal intensiteit onder hetzelfde experiment, die uit grote isopreen voortvloeit oxidatie producten (bijvoorbeeld methyl vinyl ketone Methacroleïne en verschillende organische waterstofperoxiden). Nadat verlichting begonnen werd, de C4H6O+ signaal intensiteit toegenomen en blijven doen totdat de steady-state werd bereikt na 50 min.
De cijfers illustreren de tijdsevolutie van secundaire organisch materiaal in de HEC. Na injectie, reactie, en draai tot steady-state blijkt de AMS-gegevens dat de deeltjes bestaan uit organische stoffen, en de concentratie van de organische componenten met de tijd verhoogt. De PTR-MS gegevens blijkt dat de bovenliggende voorloper van de gasfase verloren gaan is en soorten van de eerste generatie product verschijnen nadat de reactie is gestart. Data-analyse van online en offline metingen richten typisch op de steady-state-periode. Er is de mogelijkheid om te voeren experimenten die dagen tot het einde omdat de concentraties van de fase van het gas en deeltjes soorten blijven stabiel voor onbepaalde tijd door gebruik van de werking van de CMFR met feedback besturingselementen op belangrijke kamer parameters vereist. Kortom, de HEC wordt gebruikt om te simuleren van atmosferische chemie en daarmee het testen van hypothesen en begrip over belangrijke onderwerpen gerelateerd aan het begrip van de luchtverontreiniging, het klimaat invloeden van deeltjes, en zelfs de gezondheidseffecten van aërosolen.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55685/55685fig1.jpg"> Figuur 1 . Een schematisch diagram van de stroom van de Harvard milieu kamer (HEC). De lijnen geven de aërosol-stroom. De linker panelen tonen de instrumenten gebruikt voor het controleren van de omstandigheden. De juiste panelen lijst deze instrumenten gebruikt voor het karakteriseren van het deeltje en gas fase soorten. Dit percentage is aangepast van et al. koning 26 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55685/55685fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a> 
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55685/55685fig2.jpg"> Figuur 2 . Grafische gebruikersinterface voor het zelf ontwikkelde programma waarmee monitor temperatuur, ozon, relatieve vochtigheid en druk, onder andere soorten. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55685/55685fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55685/55685fig3.jpg"> Figuur 3 . Grafische gebruikersinterface van de software die wordt gebruikt om vast te leggen van de verdeling van de diameter van nummer met behulp van een SMPS. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55685/55685fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55685/55685fig4.jpg"> Figuur 4 . Grafische gebruikersinterface van de software te bedienen de aërosol massa Spectrometer. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55685/55685fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55685/55685fig5.jpg"> Figuur 5 . Grafische gebruikersinterface van de software om te controleren de Proton-overdracht-reactie massa Spectrometer (PTR-MS) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55685/55685fig5large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55685/55685fig6v2.jpg"> Figuur 6 . In het volgende voorbeeld metingen voor organische PM, als gekenmerkt door de aërosol massa Spectrometer. De rode lijn geeft de totale signaal intensiteit voor organische ionen. De weergegeven gegevens komen overeen met kort nadat de isopreen werd geïnjecteerd en de ultraviolet verlichting begonnen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55685/55685fig6large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/55685/55685fig7v2.jpg"> Figuur 7 . Een voorbeeld van de signaalsterkte van C 4 H 6 O+ ion, een belangrijk product van de meting van de foto-oxidatie van isopreen is door Spectrometrie van de massa van de Proton-overdracht-reactie. Signaal intensiteit begon om 8 min na verlichting en steady-state op 50 min. bereikt <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/55685/55685fig7large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Production and Measurement of Organic Particulate Matter in the Harvard Environmental Chamber at JoVE.com

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in the Harvard Environmental Chamber

Productie en meting van organische deeltjes in de Harvard milieu zaal

In deze paper worden operatie procedures beschreven voor het Harvard milieu kamer (HEC) en verwante instrumentatie voor het meten van verontreinigende gassen en deeltjes soorten. Het milieu expositiekamer gebruik wordt gemaakt om te produceren en secundaire organische soorten geproduceerd uit de organische precursoren, vooral met betrekking tot sfeervolle organische deeltjes te bestuderen.

The production and the evolution of atmospheric organic particulate matter (PM) are insufficiently understood for accurate simulations of atmospheric ...

Het algemene doel van dit project is om organisch materie in de milieukamer te produceren en de chemische en fysische eigenschappen ervan te karakteriseren. De Harvard Environmental Chamber werd gebouwd om de vorming van organische deeltjes en de reactie van gasfase componenten te bestuderen in de buurt van omgevingsomstandigheden. Dit is het tienjarig bestaan van de kameroperaties.Het unieke deel van deze kamer is het wordt bediend als een volledig gemengde stroom reactor die de kans om steady state operatie te doen over enkele dagen. Om de steady state operatie te garanderen, gebruikt de kamer een feedbacksysteem om belangrijke kamerparameters te controleren en stabiel te houden. We kunnen verschillende online en offline metingen uitvoeren die dagen nodig hebben om te voltooien, omdat de concentraties van de gas- en deeltjesfasesoorten voor onbepaalde tijd stabiel blijven.De Harvard Environmental Chamber, bestaat uit drie delen. Het eerste deel is de zaadgebieden van generaties en de vluchtige organische verbindingen generatie systeem. Het tweede deel is de milieukamer zelf, en het derde deel is het instrument dat dit systeem analyseert.Met behulp van zaaddeeltjes, in de reacties in de Harvard Environmental Chamber, is een kritische techniek, die een stabiele generatie, van deeltjesfase organische materialen mogelijk maakt. We kiezen specifiek voor anorganische zouten als zaaddeeltjes en in reacties worden ze bekleed met organische materialen. We doen later data-analyse op de organische materialen, en omdat we kiezen voor anorganische zouten, kan de interferentie van zaaddeeltjes worden geminimaliseerd.Een van de instrumenten die we hier gebruiken in ons lab, is een hoge resolutie tijd van de vlucht Aerosol Mass Spectrometer, of voor korte AMS. Het is een instrument mercelized door Aerodyne Research, en tegenwoordig zijn op grote schaal gebruikt, zowel in laboratorium-en veldstudies, met inbegrip van luchtvaartuig inzet. De AMS biedt real-time metingen van niet-vuurvaste deeltjes chemische samenstelling, en het kan ook worden bediend in een modus die informatie over de grootte van deeltjes biedt door het meten van de deeltjestijd van de vlucht.Door informatie over grootte en informatie over chemische samenstelling uit de Mass Spectra te combineren, kunnen we massa-ionomerverdelingen krijgen voor de gemeten ionen. Ze zijn belangrijke gemeten omgevingsparameters: ozon, NO en NO2, relatieve vochtigheid, temperatuur en de differentiële druk tussen de zak en de kamer. Stel de fysieke parameters van de omgevingskamer in via het feedbacksysteem.Stel de differentieeldruk in op vier Pascal of 30 mini Torr. Zet de ozongenerator aan om ozonstroom te genereren door de droge lucht door een ultraviolette lamp te laten gaan. Stel de debiet in op 0,1 standaard liter per minuut.Stel de relatieve vochtigheid van de zak in op de aangewezen waarden. Stel de temperatuur van de kamer in op 25 plus of min 0,1 graden Celsius. Sluit inhammen van instrumenten aan op de milieukamer.Start de zelf ontwikkelde software door op de startknop te klikken. Controleer de real-time gegevens weergegeven op de zelf ontwikkelde software die de feedback controle integreert. Zet alle instrumenten aan en wacht tot ze volledig zijn opgewarmd.Los ammoniumsulfaat op in water met een hoge zuiverheid in 100 milliliter volumetrische glas om een ammoniumsulfaatoplossing voor te bereiden. Gebruik een verstuiver om ammoniumsulfaatdeeltjes te produceren met een stroomsnelheid van drie standaardliters per minuut. Passeer de spuitbusstroom door een diffusiedroger om de relatieve vochtigheid terug te brengen tot 10%Passeer de spuitbusstroom door een bipolaire lader en een differentiële mobiliteitsanalyzer om de deeltjes te selecteren en een quasi-mono-gepureerde distributie door elektrische mobiliteit voor te bereiden.Gebruik een spuit om een milliliter isoprene oplossing terug te trekken. Spoel de spuit drie keer met de oplossing voor de definitieve terugtrekking. Plaats de spuit in een spuitinjector.Steek de naaldpunt door een rubberen afdichting in een ronde fles met bodem. Verwarm de kolf voor op 90 plus of min 1 graad Celsius door tape te verwarmen. Zet de spuitinjectie aan en stel deze in op een passende waarde.De gasfaseconcentratie van de precursor wordt aangepast voor verschillende experimenten door de injectiesnelheid van de spuit te regelen. Voor lange experimenten, vernieuwen van de spuit als dat nodig is. Introduceer een stroom van twee standaard liters per minuut gezuiverde lucht om te verdampen en weg te voeren isoprene geïnjecteerd in de ronde bodemkolf.De luchtstroom is groot genoeg dat de sessile druppel aan het uiteinde van de spuit verdampt wordt in plaats van in de kolf te druppelen. De combinatie van isoprene en UV-licht leidt tot de productie van secundair organisch materiaal. Start de aerosolmeetsoftware en maak een nieuw bestand door op Een nieuw bestand maken te klikken.Elke parameter is ingesteld zoals weergegeven. Nota van de verdelingen met de aantaldiameters van deeltjes die de zak verlaten door op de knop Oke te klikken. Meet de aërosolstroom met behulp van een hoge resolutietijd van de luchtmassaspectrometer.Start de software voor het verkrijgen van gegevens door op de knop Verwerven linksonder in het deelvenster te drukken. Hoge resolutie massaspectra van de organische PM worden geregistreerd tijdens de tijdsloop van de experimenten. De totale organische massaconcentratie wordt ook verkregen.Open de bemonsteringswaarde van een PTFE Teflon buis in de zak. De bemonsterde stroom is een geleide naar een protontransfer reactietijd van vluchtmassaspectrometer. Parameterinstellingen van de ionenbron van de protonoverdrachtreactietijd van vluchtmassaspectrometer worden in deze video weergegeven.Start de gegevensverwerving door toegang te krijgen tot het vervolgkeuzemenu, Acquisitie, in het bovendek van uw software en druk vervolgens op Start. Neem de tijdreeks van elk ion op via deze software. Stop de injectie van de gasfase precursoren en de aerosol zaaddeeltjes.Gedurende enkele dagen, continu injecteren zuivere lucht op 40 liter per minuut in de zak. Zet alle ultraviolette lichten aan. Stel de ozonconcentratie in op 600 deeltjes per miljard en stel de temperatuur in op 40 graden Celsius.Op deze manier wordt een agressieve oxidatieomgeving gedurende enkele dagen onderhouden om de zak te schrobben. De gegevens verkregen uit aerosol massaspectrometer worden geregistreerd en verwerkt. De experimentele omstandigheden zijn 490 PPB van isoprene met UV-verlichting aan te zetten om OH radicaal als oxidant.De massaconcentratie van secundaire organische materialen nam toe aan het begin van het experiment en na ongeveer vier uur bereikte het een stabiele toestand. Het perceel suggereert dat de milieukamer in staat is om SOM te produceren uit de gassen precursoren. De evolutie van organische verbindingen in de gasfase in de kamer kan worden bestudeerd met behulp van de PTRTOFMS.Een voorbeeld experiment op isoprene foto oxidatie werd uitgevoerd met ongeveer 16 PPB van isoprene wordt gezet in de kamer continu. De figuur toont de tijdreeks van de C4H6O+ion een van de belangrijkste oxidatieproducten van Isoprene, gemeten door de PTRTOFMS. Aan het begin van het experiment was er geen UV-licht in de kamer.Op ongeveer acht minuten werd het UV-licht aangezet en was er een duidelijke trend van de stijgende C4H8O+ion. Na ongeveer 50 minuten bereikt de reactie de steady state. Laboratoriumkamerstudies zijn erg belangrijk op het gebied van aerosol science of meer in het algemeen, atmosferische wetenschappen en dat is omdat ze ons in staat stellen om te simuleren en te onderzoeken, op een gecontroleerde manier, de complexe chemische en fysische verschijnselen die zich voordoen in de atmosfeer.Chambered studies hebben sterk geholpen bij de ontwikkeling van ons begrip van de vorming en de evolutie van secundaire organische aerosolen bijvoorbeeld, SOA, die een dominante component van de deeltjes op een wereldwijde basis. Dus, gegevens uit deze kamerstudies, kijkend naar vragen met betrekking tot SOA, zijn gebruikt om de ontwikkeling van chemische mechanismen te begeleiden en zijn ook gebruikt in parameterisaties voor SOA-vorming en evolutie in modellen.

Research

JoVE Journal

Environment

EPA Method 1615. Measurement of Enterovirus and Norovirus Occurrence in Water by Culture and RT-qPCR. I. Collection of Virus Samples

EPA Method 1615. Meting van Enterovirus en Norovirus Voorkomen in water per cultuur en RT-qPCR. I. Het verzamelen van Virus Samples

EPA Method 1615 was developed with a goal of providing a standard method for measuring enteroviruses and noroviruses in environmental and drinking waters. ...

A Whole Cell Bioreporter Approach to Assess Transport and Bioavailability of Organic Contaminants in Water Unsaturated Systems

A Whole Cell Bioreporter Aanpak Verkeer en biologische beschikbaarheid van organische stoffen te evalueren in Water Onverzadigde Systems

Bioavailability of contaminants is a prerequisite for their effective biodegradation in soil. The average bulk concentration of a contaminant, however, is ...

EPA Method 1615. Measurement of Enterovirus and Norovirus Occurrence in Water by Culture and RT-qPCR. II. Total Culturable Virus Assay

EPA Method 1615. Meting van Enterovirus en Norovirus Voorkomen in Water per cultuur en RT-qPCR. II. Totaal kweekbare Virus Assay

A standardized method is required when national studies on virus occurrence in environmental and drinking waters utilize multiple analytical laboratories. ...

EPA Method 1615. Measurement of Enterovirus and Norovirus Occurrence in Water by Culture and RT-qPCR. Part III. Virus Detection by RT-qPCR

EPA Method 1615. Meting van Enterovirus en Norovirus Voorkomen in water per cultuur en RT-qPCR. Deel III. Virus Detectie door RT-qPCR

EPA Method 1615 measures enteroviruses and noroviruses present in environmental and drinking waters. This method was developed with the goal of having a ...

VacuSIP, an Improved InEx Method for In Situ Measurement of Particulate and Dissolved Compounds Processed by Active Suspension Feeders

VacuSIP, an Improved InEx Method for In Situ Measurement of Particulate and Dissolved Compounds Processed by Active Suspension Feeders

VacuSIP, een verbeterde INEX Methode voor het<em&gt; In Situ</em&gt; Meten van Particulate en opgeloste componenten verwerkt door Active Suspension Voeders

Benthic suspension feeders play essential roles in the functioning of marine ecosystems. By filtering large volumes of water, removing plankton and ...

Extraction and Analysis of Microbial Phospholipid Fatty Acids in Soils

Extractie en analyse van Microbiële Phospholipid vetzuren in de bodem

Phospholipid fatty acids (PLFAs) are key components of microbial cell membranes. The analysis of PLFAs extracted from soils can provide information about ...

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

Understanding Dissolved Organic Matter Biogeochemistry Through In Situ Nutrient Manipulations in Stream Ecosystems

Het begrijpen van opgeloste organische stof Biogeochemie Through<em&gt; In Situ</em&gt; Nutrient manipulaties in Stroom Ecosystems

Dissolved organic matter (DOM) is a highly diverse mixture of molecules providing one of the largest sources of energy and nutrients to stream ecosystems. ...

Production and Measurement of Organic Particulate Matter in a Flow Tube Reactor

Productie en meting van organische deeltjes in een Flow buis Reactor

Organic particulate matter (PM) is increasingly recognized as important to the Earth's climate system as well as public health in urban regions, and the ...

Improving Infrared Spectroscopy Characterization of Soil Organic Matter with Spectral Subtractions

Verbetering van infrarood spectroscopie karakterisering van organisch bodemmateriaal met spectrale aftrekken

Soil organic matter (SOM) underlies numerous soil processes and functions. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy detects infrared-active organic ...

The Plant Infection Test: Spray and Wound-Mediated Inoculation with the Plant Pathogen Magnaporthe Grisea

The Plant Infection Test: Spray and Wound-Mediated Inoculation with the Plant Pathogen Magnaporthe Grisea

De Plant infectie Test: Spray en wond-gemedieerde inoculatie met de Plant Pathogen Magnaporthe Grisea

Plants possess a powerful system to defend themselves against potential threats by pathogenic fungi. For agriculturally important plants, however, current ...