JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Ergebnisse
Discussion
Offenlegungen
Acknowledgements
Materials
Referenzen
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Umwelt

الإنتاج وقياس الجسيمات العضوية في مفاعل أنبوب التدفق

Published: December 15, 2018
doi:
10.3791/55684
, , , ,
1School of Engineering and Applied Sciences,Harvard University, 2Department of Environmental Science and Engineering, Gillings School of Global Public Health,University of North Carolina, Chapel Hill, 3Department of Chemistry,Northwestern University, 4Department of Earth and Planetary Sciences,Harvard University

Summary

وتصف هذه الورقة إجراءات تشغيل مفاعل أنبوب تدفق وجمع البيانات ذات الصلة. يظهر البروتوكولات لتحديد التجارب وتسجيل البيانات وتوليد توزيع العدد-القطر فضلا عن الإعلام الجماهيري الجسيمات، الذي يعطي معلومات مفيدة حول الخصائص الكيميائية والفيزيائية للهباء العضوية.

Abstract

يتزايد الاعتراف بالجسيمات العضوية (م) كمهمة للنظام المناخي للأرض فضلا عن الصحة العامة في المناطق الحضرية، وإنتاج الساعة الاصطناعية للدراسات المختبرية التي أصبحت ضرورة على نطاق واسع. هنا، تظهر البروتوكولات التجريبية النهج إنتاج الضبوبيه م العضوية عن طريق أوزونوليسيس α-بينين في مفاعل أنبوب تدفق. ويرد وصف أساليب لقياس حجم التوزيعات ومورفولوجيا جسيمات الهباء الجوي. الفيديو يوضح عمليات أساسية لمفاعل أنبوب تدفق والأجهزة ذات الصلة. الجزء الأول من الفيديو يظهر الإجراء المتعلق بإعداد كواشف مختبر المرحلة الغازية، وأوزونوليسيس، وإنتاج للعضوية بعد الظهر. الجزء الثاني من الفيديو يبين الإجراءات المتعلقة بتحديد خصائص السكان الجسيمات المنتجة. توزيعات القطر عدد الجسيمات تظهر المراحل المختلفة لنمو الجسيمات، إلا وهي التكثيف، تخثر الدم، أو مزيج من كليهما، حسب الأحوال رد الفعل. مورفولوجيا الجسيمات يتميز الهباء الجوي جسيمات محلل شامل (APM) والمسح الإلكتروني المجهري (SEM). النتائج تؤكد وجود جزيئات غير الكروية التي نمت من تخثر لظروف محددة رد فعل. كما تدل النتائج التجريبية أن المفاعل أنبوب تدفق يمكن استخدامها لدراسة الخواص الفيزيائية والكيميائية للعضوية بعد الظهر لتركيزات عالية نسبيا وفترات زمنية قصيرة.

Introduction

المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) المنبعثة من محميات المحيط الحيوي والأنشطة البشرية تمر بتفاعلات في الغلاف الجوي مع التأكسد (مثل الأوزون أو الهيدروكسيل) لإنتاج مركبات اﻷوكسيجين الثانوي1،2. بعض من هذه المركبات بسبب التقلبات المنخفضة، تسهم في نهاية المطاف تركيز كتلة الغلاف الجوي الساعة1،،من34. جسيمات الغلاف الجوي لها آثار هامة على المناخ وصحة الإنسان، وإبراز5. آليات الإنتاج العضوي بعد الظهر، ولكن تظل تتسم غير كافية ومفهومة، كما ونوعاً، للتنبؤ بعدد والتركيزات فضلا عن الخصائص الفيزيائية والكيميائية. نهج واحد لسد هذه الفجوة في المعرفة هو القيام بالدراسات المختبرية التي تستخدم مفاعلات أنبوب تدفق لمحاكاة عمليات الإنتاج بعد الظهر العضوية الغلاف الجوي، وبالتالي تيسير آليا، وعملية، ودراسات توصيف رئيس الوزراء6 ،،من78،9،10،،من1112. مفاعل أنبوب تدفق يتيح التجميع السريع لجسيمات الهباء الجوي لمجموعة متنوعة من عدد الجسيمات والتركيزات13.

هذه الدراسة توضح، من خلال استخدام مواد الفيديو، إنتاج م العضوية كجسيمات submicron الحجم من أوزونوليسيس من monoterpene الغلاف الجوي المهيمنة (مثل α-شكل) في مفاعل أنبوب تدفق، الذي وصف بأنه أولاً شريستا et al. 13 بإيجاز، أنبوب تدفق كانت مصنوعة من الزجاج مع قطر داخلي ل 48.2 ملم وطول 1.30 م. تم تشغيل أنبوب تدفق قليلاً فوق الضغط المحيطة في نظام الاندفاق الصفحي (عدد رينولدز 9.4 ± 0.5)، ومع وقت إقامة من 38 ± 1 ق 14. وكان تعيين درجة الحرارة إلى 25 ± 1 درجة مئوية باستخدام المبردات تعمل تدفق المياه في مربع مخصصة مزدوج الطبقات أن الإسكان مفاعل أنبوب تدفق.

ويرد في الشكل 1تخطيطي قطعة النظام مفاعل أنبوب تدفق. يتم استخدام مولد هواء نقي لتوليد فائقة نقية الهواء الذي يمر من خلال مولد الأوزون، إنتاج 200-500 جزء في المليون الأوزون. تدفق الهواء النقي في 0.50 sLpm بشكل إضافي يستخدم تتبخر α-شكل حقن من قبل حاقن حقنه في قارورة قاع جولة. Α-شكل قبل مختلطة مع 2-butanol بتخفيف نسبة 01:5015،،من1617 قبل سحب إلى حاقن حقنه، لأنه يمكن 2-butanol بمثابة يا الكاسح لضمان أن أوزونوليسيس كان رد فعل فقط التي تحدث داخل أنبوب التدفق. كانت ساخنة قارورة قاع الجولة إلى 135 ± 1 درجة مئوية مما يسمح التبخر السريع للمركبات العضوية حقن. تدفق α-بينين والأوزون مداخل تم أيضا ترتيب عمودي إلى بعضها البعض للحث على الاضطراب والخلط السريع عند نقطة الحقن. مخرج أنبوب تدفق انقسمت بين جمع العينات، وقياسات حجم التوزيع (بالمسح التنقل الجسيمات تحجيم-المكاتب الصغيرة)، وقياس كثافة الجسيمات، والعادم. وتتنوع شروط رد فعل للتحكم في المساهمة النسبية للتكثيف مقارنة تخثر الدم لنمو الجسيمات. إخراج أنبوب تدفق تحتاج إلى خط واحد على الأقل الاتصال غطاء عادم في الهواء الطلق، التأكد من أنها لا يمكن أن نبني يصل الضغط داخل الأنبوب تدفق وقارورة قاع الجولة حتى في ظل ظروف تجريبية غير صحيحة. وبالتالي يمكن ناعما ضبط خصائص السكان الجسيمات المنتجة. مفاعل أنبوب تدفق مجهز بعينه منقولة مما يتيح أخذ عينات الساعة العضوية في نقاط زمنية مختلفة في إنتاجها. يتم قياس توزيع القطر عدد السكان الجسيمات المنتجة في مختلف طول أنبوب التدفق. تدابير الألغام المضادة للأفراد توزيع كتلة الجسيمات والشكل الحيوي عامل7،18،19، الذي يعطي معلومات حول مورفولوجية وسائر الخصائص الفيزيائية للسكان الجسيمات المنتجة. 20 , 21 الجسيمات هي أيضا تجمعها في عينة جسيمات نانومتر للتصوير بدون اتصال وزارة شؤون المرأة7،22. الإيحاء بأن المفاعل أنبوب تدفق وسيلة مناسبة لإجراء تجارب أوزونوليسيس وتحليل سريع على الإنترنت وغير متصل من الساعة أنتجت فيها.

Protocol

1-المرحلة الغازية حقن مفاعل أنبوب التدفق حقن السلائف العضويةملاحظة: جميع المعدات والبرمجيات المستخدمة خلال التجربة يمكن الاطلاع على الجدول للمواد. استناداً إلى الغرض من هذه التجارب، يمكن استخدام مجموعة واسعة من المركبات العضوية المتطايرة كالعضوية تمهيدا للتجربة. Α-شكل يستخدم هنا كمثال لهذا الإجراء من حقن السلائف العضوية في مفاعل أنبوب التدفق. استخدام ميكروبيبيتي الحصول على 1.00 مل من α-شكل. نقل السائل إلى مل 50.00 دورق حجمي. استخدام 2-butanol لملء قارورة الحجمي لمل 50.00، وبالتالي إضعاف α-شكل بنسبة 01:50. اهتز دورق حجمي لمزيج المذيب والمذاب دقة. استخدام المحاقن (5.00 مل) لسحب الحل α-شكل. شطف المحاقن ثلاث مرات مع الحل وثم تعبئته مع الحل. الاتصال حقنه بإبرة حادة (قياس 25، 2 بوصة طويلة). ضع المحاقن على حاقن المحاقن. إدراج تلميح إبرة قارورة مستديرة قاع المبخر (25 مل). قبل الحرارة قارورة المبخر إلى 135 ± 1 درجة مئوية بتدفئة الشريط. يعرض تدفق لطيف 0.5 sLpm تنقية الهواء لتبخير وحمل α-شكل حقن من المحاقن. قم بتوصيل مولد هواء نقي نفس التيار الكهربائي كالشريط التدفئة لتجنب التدفئة قارورة قاع الجولة إذا تم إيقاف الإمداد بالهواء النقي. تشغيل حاقن المحاقن، وضبط معدل الحقن إلى قيمة مناسبة. حساب معدل الحقن بتطبيق معدل تدفق الغاز وتركيز المركبات العضوية المتطايرة المطلوب وحجم حقنه لمعادلة كلاوزيوس كلابيرون. على سبيل المثال، لمجموع تدفق 4.5 sLpm، تصل إلى 125 جزء في البليون من α-شكل يتطلب معدل حقن 11.7 ميكروليتر/h α-بينين وخليط 2-butanol. التأكد من تركيز الحجمي وبيوتانول أو α-شكل أقل من 1% في قارورة أسفل جولة لتجنب وصول المركبات العضوية حد الاشتعال. الحقن بالأوزون يمر تدفق الهواء في 4.00 sLpm مولد الأوزون. قم بتشغيل مولد الأوزون. التحكم بتركيز الأوزون إلى القيم المناسبة بضبط طول أنبوب الزجاج التدريع مصباح الأشعة فوق البنفسجية داخل المولد. يمكن أن تختلف بالأوزون ونسب المركبات العضوية المتطايرة عبر أمرين من المقادير حسب غرض التجربة. إذا كانت المركبات العضوية المتطايرة يلزم أن يكون رد فعل تماما خلال التجربة، ثم ينبغي أن يكون تركيز الأوزون أعلى حوالي 10 مرات من تركيزات المركبات العضوية المتطايرة للتأكد من الأوزون في الزائدة. قم بتشغيل جهاز العرض تركيز الأوزون ورصد الأوزون الاتصال بالكمبيوتر. استخدام برنامج المحطة طرفية قارئ للوصول إلى قراءات رصد الأوزون وحفظ البيانات التي تم الحصول عليها من رصد الأوزون (الشكل 2). إجراء التجارب بعد أن يستقر تركيز الأوزون. 2-الجسيمات إنتاج مفاعل أنبوب التدفق تعديل وقت الإقامة فك الغطاء في نهاية مفاعل أنبوب تدفق لضبط موضع العينات المنقولة الأنابيب داخل المفاعل أنبوب التدفق. تغيير مواقف مختلفة من العينات المنقولة الأنابيب في وقت لاحق لتحقيق أوقات الإقامة مختلفة من 3 s إلى 38 ق10. وخلال كل تجربة، وتغيير موضع العينات المنقولة ضبط وقت الإقامة للجسيمات يتم إنتاجها داخل المفاعل أنبوب تدفق. ضع العينات المنقولة في بداية مفاعل أنبوب تدفق (0.10 متر من مدخل الغاز) للحصول على أقصر مدة الإقامة (3 ق). ضع العينات المنقولة في نهاية أنبوب تدفق المفاعل (1.30 متر من مدخل الغاز) للحصول على أطول فترة الإقامة (38 ق). التحكم في درجة الحرارة لإنتاج الجسيمات بيت مفاعل أنبوب التدفق في مربع التحكم في درجة الحرارة، والجدران المزدوجة، واتيرجاكيتيد الفولاذ المقاوم للصدأ. إجراء فحص تسرب وفحص منسوب المياه قبل كل مجموعة من التجارب. ضبط درجة حرارة الحرارة في مدوار المياه إلى 20.0 درجة مئوية.ملاحظة: يختلف درجة الحرارة خلال فترة التجربة التي لا يزيد عن 0.1 درجة مئوية. بدوره على درجة حرارة تسجيل البرامج في جهاز الكمبيوتر الرئيسي، وتعيين وقت أخذ العينات البيانات إلى 10 s (الشكل 3). استشعار درجة الحرارة يقع في نقطة المركز من أنبوب التدفق. بدء تسجيل درجة الحرارة تقاس من أجهزة الاستشعار درجة الحرارة عند تشغيل الزر السجل . تسجيل درجة الحرارة ل h. مستقرا درجة الحرارة من 4 إلى 6 قبل إجراء التجربة.ملاحظة: تقلب درجات الحرارة من مفاعل أنبوب تدفق أقل من ± 0.1 درجة مئوية خلال فترة 24 ساعة. الضغط نظام الرصد توصيل جهاز ضغط إلى منفذ أنبوب التدفق من خلال رابط ¼ بوصة وجهاز الكمبيوتر الرئيسي قم بتشغيل برنامج جهاز الضغط (الشكل 4) ومن ثم انقر فوق الملف | جديد | الفاصل الزمني للوقت/نموذج لتعيين الفاصل الزمني أخذ العينات إلى 10 ق. انقر فوق مجموعة من نقاط البيانات لتعيين طول أخذ العينات إلى 36,000 نقطة. انقر فوق “موافق” لتسجيل البيانات.ملاحظة: يبقى الضغط منفذ داخل ± 0.01 الصراف الآلي خلال فترة 24 ساعة، مما يوحي بأن الضغط داخل أنبوبة التدفق مستقرة. 3. وصف السكان الجسيمات المنتجة من مفاعل أنبوب التدفق توزيع عدد القطر الاتصال مأخذ مفاعل أنبوب تدفق إلى تحجيم جسيمات تنقل مسح (المكاتب الصغيرة) بأنابيب مقاومة للكهرباء. يمكن أيضا استخدام صك مماثل لقياس توزيع العدد-القطر بدلاً من المكاتب الصغيرة.ملاحظة: إجراءات تشغيلية مفصلة أو استكشاف الأخطاء وإصلاحها للمكاتب الصغيرة تجدها في دليلها. بدء تشغيل البرنامج الذي يسجل توزيع العدد-القطر. قم بإنشاء ملف جديد بالنقر فوق إنشاء ملف جديد. قم بتعيين كل المعلمة هو موضح في الشكل 5. سجل توزيعات القطر عدد من الجسيمات تغادرها مفاعل أنبوب تدفق بالنقر فوق الزر “موافق” . الرطوبة النسبية لعنصر التحكم قم بتوصيل مداخل اثنين من ببلير المياه اثنين من وحدات تحكم التدفق الجماعي (الأجهزة) بغية ضبط الرطوبة الجوية غمد في أنبوب تدفق. ضبط معدل تدفق مداخل اثنين من 0-10 sLpm بغية تغيير الرطوبة النسبية للهواء غمد من 95%. قم بتوصيل مخرج bubbler المياه مدخل الهواء غمد الأنبوب نفاذية الأغشية. قم بتوصيل مخرج المفاعل أنبوب تدفق مدخل العينات الرئيسية للأنبوب نفاذية الأغشية نفس. قم بتوصيل جهاز استشعار رطوبة النسبية (RH) مخرج الأنبوب نفاذية الأغشية لقياس رطوبة نسبية لأخذ عينات الهواء. بدء RH قياس البرنامج عن طريق النقر فوق الزر ابدأ ، إدخال اسم ملف، ثم النقر فوق الزر حفظ لتسجيل بيانات الصحة الإنجابية. الكتلة وعامل الشكل الديناميكي للجسيمات سوم توصيل مخرج إعداد مراقبة الرطوبة النسبية إلى المدخل من هو محلل التنقل التفاضلية (DMA) مع أنابيب طوله ثلاثة أقدام الالكتروستاتيكي مقاوم. الاتصال مخرج DMA إلى مدخل الصك APM بأنابيب طوله واحد القدمين الالكتروستاتيكي المقاوم. قم بتوصيل مخرج APM عداد جسيمات تكثيف (الحزب الشيوعي).ملاحظة: إجراءات تشغيلية مفصلة أو استكشاف الأخطاء وإصلاحها DMA والحزب الشيوعي الصيني ويمكن الاطلاع في دليلها. تشغيل أداة APM ومربع التحكم في الألغام المضادة للأفراد عن طريق الضغط على أزرار الطاقة الخاصة بكل منها. انقر فوق زر البعيد في مربع عنصر التحكم الألغام المضادة للأفراد حيث أن الصك يمكن أن تعمل من واجهة البرنامج في الكمبيوتر. قم بتشغيل برنامج مكافحة الألغام المضادة للأفراد. تحميل ملف مسح محددة مسبقاً بواسطة النقر فوق زر الملف و تحميل (الشكل 6). انقر فوق الزر بدء من برامج مكافحة الألغام المضادة للأفراد حيث أن الصك الألغام المضادة للأفراد الذي يبدأ بجمع البيانات. جمع الجسيمات من مفاعل أنبوب التدفق الاتصال مأخذ أنابيب تدفق إلى عينة أيروسول نانومتر (NAS) بأنابيب طوله ثلاثة أقدام الالكتروستاتيكي مقاوم. تنظيف الركازة سليكون (رئيس الوزراء الصف، Ω∙cm المقاومة 1-10) بدوره من الميثانول، والمياه، ومرة أخرى الميثانول. الجاف للركيزة استخدام تدفق لطيف للنتروجين. ضع الركيزة تنظيفها على مسرى للناس. تأمين حافة الركازة مع الشريط لتبقى مستقرة أثناء جمع22. بدوره على NAS. تعيين الجهد إلى-9.9 كيلو فولت. تعيين معدل التدفق إلى 1.8 Lpm. قم بتشغيل الأداة أخذ العينات لتشغيل ل 12-36 ه. بعد ذلك، إزالة السليكون الركيزة محملة بالجسيمات التي تم جمعها من الناس. إجراء مزيد تحليل الجزيئات على الركازة، مثل مورفولوجيا قبل SEM7 أو سطح تحليل9.

Representative Results

ويرد في الجدول 1 مصفوفة شروط رد فعل. وهناك طائفة من عدد والتركيزات م العضوية التي يمكن إنتاجها حسب المحدد α-بينين و تركيزات الأوزون13. على سبيل المثال، كما هو مبين في الجدول 1، عندما يكون تركيز الأوزون 43 صفحة في الدقيقة، يتراوح تركيز α-شكل من 0.125-100 جزء في المليون يمكن أن تنتج (4.4 ± 0.6) × 105 (9.1 ± 0.3) × 106 particles∙cm3 والجماهيري بتركيزات من 101 إلى 10 µg∙m4 -3، على التوالي. يمكن دراسة تطور الخصائص الحركية للسكان الجسيمات داخل المفاعل أنبوب التدفق. عن طريق الفيديو مظاهرة، أجريت تجربة استخدام 50 ± 1 جزء في المليون من الأوزون و 125 جزء في البليون من α-شكل. موقف طولية من عينات الجسيمات داخل أنبوب تدفق يسمح بأخذ العينات في أوقات مختلفة من 3.0 ± 0.2 إلى 38 ± 1 س 7 الشكل يبين توزيع القطر عدد السكان جسيمات الهباء الجوي لهذه التجربة. زيادة تركيز عدد إجمالي وقطر الوضع من الجزيئات مع الوقت الإقامة. لفترة إقامة من 3 s، لم يتم اكتشاف لا جزيئات. لأوقات أطول في الإقامة، حصل عدد جسيمات وقياس. قطر وضع ارتفع من أقل من 10 نانومتر إلى حوالي 50 نانومتر لزيادة وقت الإقامة من 17 ± 0.5 s إلى 38 ± 1 s. زيادة تركيز عدد المقابلة من (8.6 ± 0.5) × 10 سم4 -3 (2.56 ± 0.07) × 105 سم3. وترد أمثلة لتوزيعات الكتلة عدد مسجل في ثلاث تجارب نسخ متماثل من قبل الإعداد APM في الشكل 8. واستخدمت في أقطار الجسيمات الكتلة والتنقل لحساب عامل الشكل الحيوي، χ، عبر يتدنى الجسيمات. Χ عامل الشكل الحيوي هو نسبة قوة السحب على جسيمات الفعلية مقسوماً على قوة السحب من ذوي الخبرة مجال ما يعادل حجم23. عوامل شكل جسيمات كروية تقريبا نهج الوحدة بينما الجسيمات العالية aspherical عوامل الشكل أكبر بشكل ملحوظ. ويبين الشكل 9 عوامل الشكل الديناميكي للجسيمات تغادر أنبوب التدفق في مختلف أقطار التنقل ومستويات الرطوبة. قيم كل منها χ < 5% رطوبة نسبية تم 1.21 ± 0.02، 1.09 ± 0.02، و 1.08 ± 0.02 (سيغما واحد عدم اليقين)، مما يوحي بأن السكان الجسيمات تتألف إلى حد كبير من الجسيمات غير كروية. كما تمت زيادة في الصحة الإنجابية، انخفض χ لجميع السكان الثلاثة، التوصل إلى قيمة نهائية من 1.02 ± 0.01 في 35% رطوبة نسبية وما يقابلها في حالة عدم اليقين إلى جسيمات كروية. يبين الشكل 10 صور SEM من الجزيئات المعرضة < 5% رطوبة نسبية (العمود الأيمن) و 80% رطوبة نسبية (العمود الأيمن). الصور تبين أن الجزيئات غير كروية أصبح جولة بعد التعرض لرطوبة نسبية عالية، كما نوقش بالتفصيل في تشانغ et al. 7-النتائج المذكورة أعلاه تشير إلى أن المفاعل أنبوب تدفق قادرة على أداء أنواع مختلفة من التحليل على الإنترنت وغير متصل. الشكل 1 . رسم تخطيطي تدفق نظام مفاعل أنبوب التدفق. الخطوط الحمراء تظهر تدفق تحتوي على الأوزون وإظهار خطوط زرقاء خفيفة تدفق تتضمن α-شكل خطوط زرقاء داكنة إظهار تدفق م العضوية. يتألف النظام APM DMA، الألغام المضادة للأفراد، والحزب الشيوعي الصيني أن ترتبط معا. يبدو هذا الرقم سابقا في شريثا et al. 13 ويرد هنا بإذن. الشكل 2 . واجهة المستخدم الرسومية للأوزون رصد وتسجيل البرنامج. الشكل 3 . واجهة المستخدم الرسومية لدرجة الحرارة رصد وتسجيل البرنامج. الشكل 4 . واجهة المستخدم الرسومية للضغط رصد وتسجيل البرنامج. الشكل 5 . واجهة المستخدم الرسومية لبرنامج توزيع عدد-قطر- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم- الرقم 6 . واجهة المستخدم الرسومية للبرنامج APM. الشكل 7 . حجم التوزيع السكاني الجسيمات من أنبوبة التدفق في أوقات مختلفة من الإقامة- تركيزات رقم إجمالي لكل حجم التوزيع هي 1.69 × 10-17.50 × 103، 8.58 × 104، 2.00 × 105، 2.33 × 105و 2.56 الجسيمات5 × 10 سم-3 مرات الإقامة من 3، 10، 17، 25 و 32 و 38 ثانية، على التوالي. المناطق المظللة هي الانحراف المعياري لتوزيع حجم الجسيمات. يبدو هذا الرقم سابقا في شريثا et al. 13 ويرد هنا بإذن. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم- الشكل 8 . مثال على توزيع عدد الكتلة، كما يقاس باستخدام نظام DMA-الألغام المضادة للأفراد- وترد نتائج ثلاث تجارب نسخ متماثل لإثبات إمكانية تكرار نتائج. ويمثل عدم اليقين سيغما اثنين أشرطة الخطأ، وهي تقريبا بنفس حجم علامات البيانات. تمثل الخطوط تناسبها للتوزيع الطبيعي للبيانات. اﻻحداثي السيني يحسب على أساس سرعة دوران APM والجهد المطبق بين جدران الاسطوانات الألغام المضادة للأفراد. وأنتجت جزيئات سيظهر في المؤامرة من 700 جزء في البليون α-بينين والأوزون 14 صفحة في الدقيقة. قطر مركزي تنقل من 126.0 شمال البحر الأبيض المتوسط وقد اختارها DMA. يبدو هذا الرقم سابقا في تشانغ et al. 7 ويرد هنا بإذن. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم- الرقم 9. عامل الشكل الحيوي لزيادة الرطوبة النسبية- الفريق ج: تنتج جزيئات من 700 جزء في البليون الأوزون α-شكل و 14 و 25 و 30 صفحة في الدقيقة للسكان الجسيمات بعد أقطار التنقل وسط 126.0 و 175.0 190.0 شمال البحر الأبيض المتوسط، على التوالي. وكان وقت التعرض للرطوبة النسبية 310 s. أشرطة الخطأ في كل لوحة تمثل سيغما اثنين من الانحراف المعياري. يبدو هذا الرقم سابقا في تشانغ et al. 7 ويرد هنا بإذن. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم- الرقم 10. الصور SEM من الجسيمات التي تم الحصول عليها من 700 جزء في البليون α-بينين وعينات لتنقل وسط يبلغ قطرها 180.0 نانومتر. وجمعت على الركازة السليكا ح 12 جسيمات الهباء الجوي وثم المغلفة مع 5 نانومتر Pt/Pd. وكان الجهد لشعاع الإلكترون 5 كيلو فولت، والعمل عن بعد وكان 2.3 مم-1 العمود يظهر ديمر، تريمير، واجلمرتر مرتبة أعلى من مونومرات الحبيبية < 5% رطوبة نسبية. تحديد دوائر حمراء في مونومرات. يظهر العمود 2 جسيمات كروية تقريبا التي تم جمعها بعد التعرض إلى 80% رطوبة نسبية متبوعاً بالتجفيف إلى < 5% رطوبة نسبية. يبدو هذا الرقم سابقا في تشانغ et al. 7 ويرد هنا بإذن. س3 (جزء في المليون) 0.15±0.02 0.9±0.1 5.7±0.2 43±1 194±2 Α-بينين (جزء في المليون) 0.125 ± 0.003 التعداد الأسفلت 0 (1±1) × 102 (1.0±0.6) × 105 (4.4±0.6) × 105 (3.2±0.2) × 105 قداس الأسفلت 0 (3±5) × 10-2 5555 5153 20±2 وضع القطر 0 22±4 60±5 35±3 34±2 سانت الانحراف توقعات البيئة العالمية. N/A 1.2 1.3 1.3 1.5 1.00 ± 0.03 التعداد الأسفلت 0 (3.1±0.9) × 102 (1.5±0.2) × 105 (5.5±0.2) × 105 (5.8±0.4) × 105 قداس الأسفلت 0 (9±3) × 10-3 61±9 (52±0.1) × 102 (66±0.1) × 102 وضع القطر 0 33±7 86±6 84±3 85±19 سانت الانحراف توقعات البيئة العالمية. N/A 1.3 1.4 1.5 1.7 10.0 ± 0. 3 التعداد الأسفلت (2±2) × 101 (4.0±0.2) × 105 (6.0±0.7) × 105 (6.3±0.7) × 105 (1.8±0.2) × 106 قداس الأسفلت 0* (1.6±0.2) × 102 (2.5±0.2) × 103 (1.19±0.02) × 104 (1.57±0.02) × 104 وضع القطر 8±9 81±2 147±9 245±38 155±5 سانت الانحراف توقعات البيئة العالمية. 1 1.4 1.4 1.4 1.5 100 ± 3 التعداد الأسفلت (4.4±0.3) × 105 (8.3±0.3) × 105 (8.3±0.4) × 106 (9.1±0.2) × 106 (1.3±0.02) × 107 قداس الأسفلت 35±3 (8.6±0.1) × 102 (1.3±0.1) × 104 (1.6±0.04) × 105 (4.0±0.1) × 105 وضع القطر 48±2 88±5 134±8 262±12 334±4 سانت الانحراف توقعات البيئة العالمية. 1.4 1.6 1.5 1.7 1.9 الجدول 1. رقم تركيزات (سم-3) والتركيزات (ميكروغرام م-3) ووضع القطر (nm) والانحراف المعياري القطر هندسية من الجزيئات التي تنتجها α-شكل أوزونوليسيس. واستخدمت بكثافة مواد من 1200 kg∙m3 لتحويل تركيز وحدة التخزين للتركيزات والوقت الإقامة كان 38 s لجميع التجارب. * على الرغم من أن الجزيئات كانوا حاضرين، وكان تركيز الشامل أقل من حد الكشف. يبدو هذا الجدول السابق في شريثا et al. 13 ويرد هنا بإذن.

Discussion

عن طريق ضبط الأوضاع في مفاعل أنبوب التدفق، يمكن أن تنتج من جسيمات طائفة واسعة من الخدمية مع تركيزات عدد المعالم والتركيزات. ويمكن أيضا تغيير إليه النمو بين النمو كوندينساشونال ووسائط النمو كواجولاتيفي، وتشكيل الجزيئات بأشكال مختلفة. وتشمل الخطوات الحاسمة في البروتوكول بالحفاظ على درجة حرارة مستقرة نسبيا مفاعل أنبوب التدفق، وتحقيق استقرار في تركيز الأوزون من مولد الأوزون. من المهم أيضا أن نلاحظ أن موقف حاقن منقولة يحتاج أن يسجل كل الوقت بعناية حيث أن فترة الإقامة سوف تبقى نفسها عند تكرار التجارب.

إذا كان يبدو أن تركيز الجسيمات من مفاعل أنبوب تدفق تختلف عما كان متوقعا، يمكن تنفيذ عدة إجراءات استكشاف الأخطاء وإصلاحها. يمكن أن يؤديها فحص الغلق مفاعل أنبوب تدفق أولاً. عقب الامتحان محكم، أداة قياس القطر عدد يحتاج إلى التحقق من أجل استبعاد كل الاحتمالات عطل المحتملة مثل انسداد مدخل واستنفاد الحلول 1-butanol للحزب الشيوعي الصيني.

ومن ثم فمفاعل أنبوب التدفق الوارد وصفها أعلاه أداة مفيدة لدراسة الخصائص الفيزيائية الكيميائية وتطور من الهباء الجوي العضوية التي تغطي مجموعة واسعة من التركيزات. بالمقارنة مع غيرها من نظم توليد الهباء الجوي، مفاعل أنبوب تدفق يمكن بسرعة إنتاج جسيمات الهباء الجوي لمجموعة متنوعة من عدد الجسيمات والتركيزات13، ومفيدة بشكل خاص في أخذ العينات كتلة عالية في التحميل. مفاعل أنبوب تدفق مزودة أيضا عينات منقولة، مما يتيح دراسة عن تطور ونمو جسيمات الهباء الجوي. من ناحية أخرى، قد المفاعل فترة إقامة قصيرة نسبيا وتركيز سلائف مرتفعة نسبيا، مما يحد من قدرتها على محاكاة ظروف تفاعل إغلاق إلى المحيط. العمل في المستقبل تشمل مفاعل أنبوب تدفق إضافة إضاءة الأشعة فوق البنفسجية على الجدران الداخلية بحيث يمكن إجراء تفاعلات التأكسد داخل المفاعل أنبوب التدفق. تم وضع خطط لغيرها كواشف مختبر المركبات العضوية المتطايرة، مثل β-كاريوفيليني والليمونين، أن تدرس كذلك24.

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

ويستند إلى العمل المدعوم من “البرنامج الوطني للعلوم مؤسسة بيئية الكيميائية العلوم” في “شعبة الكيمياء” ضمن المنحة رقم 1111418، شعبة علوم الأرض الجوي من مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية (NSF) تحت هذه المواد رقم المنحة 1524731، فضلا عن “جائزة نشرة كلية هارفارد”. ونعترف شريستا مني وآدم بيتمان، ليو بنغفي المساهمة، وكوتى ميكينوري للمناقشات المفيدة والمساعدة مع التجارب.

Materials

(-)-α-pinene  Sigma-Aldrich 305715
2-butanol  Sigma-Aldrich 294810
5.00 mL syringe  Hamilton 201300
Aerosol particle mass analyzer Kanomax 3600
Condensational particle counter TSI 3022
Differential mobility analyzer TSI 3081
Heating mantle Cole-parmer WU-36225-10
Mass flow controller MKS M100B
Nafion tube Perma Pure MD-700-24F-1
Nanometer aerosol sampler TSI 3089
Ozone generator Jelight 600
Ozone monitor Ecosensors UV-100
Pressure sensor Omega PX409
RH sensor Rotronic 60587161
Round-bottom, three neck flask Aceglass 6944-04
Scanning electron microscope Zeiss N/A Ultra plus FESEM
Scanning mobility particle sizer TSI 3071A+3772 electrostatic classifier is model 3071A and the condensational particle ocunter is 3772
Silicon substrate University Wafer 1707
Syringe Needle Hamilton 90025 25 G, 2 inch
Syringe pump Chemyx Fusion Touch 200
Temperature sensor and software National Instrument USB-TC01
water circulator Brinkmann RC6
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referenzen

  1. Hallquist, M., et al. The formation, properties and impact of secondary organic aerosol: current and emerging issues. Atmospheric Chemistry and Physics. 9 (14), 5155-5236 (2009).
  2. Fehsenfeld, F., et al. Emissions of volatile organic compounds from vegetation and the implications for atmospheric chemistry. Global Biogeochemical Cycles. 6 (4), 389-430 (1992).
  3. Kroll, J. H., Seinfeld, J. H. Chemistry of secondary organic aerosol: Formation and evolution of low-volatility organics in the atmosphere. Atmospheric Environment. 42 (16), 3593-3624 (2008).
  4. Zaera, F. Regio-, stereo-, and enantioselectivity in hydrocarbon conversion on metal surfaces. Acc Chem Res. 42 (8), 1152-1160 (2009).
  5. Seinfeld, J. H., Pandis, S. N. . Atmospheric Chemistry and Physics: from air pollution to climate change. , (2006).
  6. Duncianu, M., et al. Developement of a New Flow Reactor for Kinetic Studies. Application to the Ozonolysis of a Series of Alkenes. The Journal of Physical Chemistry A. 116 (24), 6169-6179 (2012).
  7. Zhang, Y., et al. Changing shapes and implied viscosities of suspended submicron particles. Atmospheric Chemistry and Physics. 15 (14), 7819-7829 (2015).
  8. Zhang, Y., et al. Effect of Aerosol-Phase State on Secondary Organic Aerosol Formation from the Reactive Uptake of Isoprene-Derived Epoxydiols (IEPOX). Environmental Science & Technology Letters. 5 (3), 167-174 (2018).
  9. Shrestha, M., et al. On surface order and disorder of α-pinene-derived secondary organic material. Journal of Physical Chemistry A. , (2014).
  10. Tolocka, M. P., Saul, T. D., Johnston, M. V. Reactive Uptake of Nitric Acid into Aqueous Sodium Chloride Droplets Using Real-Time Single-Particle Mass Spectrometry. The Journal of Physical Chemistry A. 108 (14), 2659-2665 (2004).
  11. Heaton, K. J., Dreyfus, M. A., Wang, S., Johnston, M. V. Oligomers in the Early Stage of Biogenic Secondary Organic Aerosol Formation and Growth. Environmental Science & Technology. 41 (17), 6129-6136 (2007).
  12. Huang, Y., et al. The Caltech Photooxidation Flow Tube reactor: design, fluid dynamics and characterization. Atmospheric Measurement Techniques. 10 (3), 839-867 (2017).
  13. Shrestha, M., Zhang, Y., Ebben, C. J., Martin, S. T., Geiger, F. M. Vibrational sum frequency generation spectroscopy of secondary organic material produced by condensational growth from α-pinene ozonolysis. Journal of Physical Chemistry A. 117 (35), 8427-8436 (2013).
  14. Ng, N. L., et al. Contribution of First- Products to Secondary Organic Aerosols Formed in the Oxidation of Biogenic Hydrocarbons. Environmental Science & Technology. 40, 2283-2297 (2006).
  15. Heuchel, M., et al. Evaluation of the energy distribution function from liquid/solid adsorption measurements. Langmuir. 9 (10), 2547-2554 (1993).
  16. Sefler, G. A., Du, Q., Miranda, P. B., Shen, Y. R. Surface crystallization of liquid n-alkanes and alcohol monolayers studied by surface vibrational spectroscopy. Chemical Physics Letters. (3-4), 347-354 (1995).
  17. Li, G., Dhinojwala, A., Yeganeh, M. S. Interfacial structure and melting temperature of alcohol and alkane molecules in contact with polystyrene films. The Journal of Physical Chemistry B. 113 (9), 2739-2747 (2009).
  18. Ehara, K., Hagwood, C., Coakley, K. J. Novel method to classify aerosol particles according to their mass-to-charge ratio-aerosol particle mass analyser. Journal of Aerosol Science. 27 (2), 217-234 (1996).
  19. Kuwata, M., Zorn, S. R., Martin, S. T. Using elemental ratios to predict the density of organic material composed of carbon, hydrogen, andoxygen. Science & Technology. (2), 787-794 (2011).
  20. Liu, P., et al. Highly Viscous States Affect the Browning of Atmospheric Organic Particulate Matter. ACS Central Science. 4 (2), 207-215 (2018).
  21. Zhang, Y., et al. Kinetically Controlled Glass Transition Measurement of Organic Aerosol Thin Films Using Broadband Dielectric Spectroscopy. Atmos. Meas. Tech. 11 (6), 3479-3490 (2018).
  22. Liu, P., Zhang, Y., Martin, S. T. Complex refractive indices of thin films of secondary organic materials by spectroscopic ellipsometry from 220 to 1200 nm. Environmental Science & Technology. 47 (23), 13594-13601 (2013).
  23. Wang, Z., et al. The dynamic shape factor of sodium chloride nanoparticles as regulated by drying rate. Science and Technology. 44 (11), 939-953 (2010).
  24. Cui, T., et al. Development of a Hydrophilic Interaction Liquid Chromatography (Hilic) Method for the Chemical Characterization of Water-Soluble Isoprene Epoxydiol (Iepox)-Derived Secondary Organic Aerosol. Environmental Science: Processes & Impacts. , (2018).

Tags

Flow Tube ReactorOrganic Particulate MatterAerosol ParticlesParticle NumberMass ConcentrationScanning Mobility Particle SizerAerosol Particle Mass SpectrometerParticle FiltersParticle ProductionParticle FormationParticle GrowthCoagulationCondensationOrganic PrecursorVaporizationResidence Time

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Diesen Artikel zitieren
Zhang, Y., Liu, P., Gong, Z., Geiger, F. M., Martin, S. T. Production and Measurement of Organic Particulate Matter in a Flow Tube Reactor. J. Vis. Exp. (142), e55684, doi:10.3791/55684 (2018).
Zitat herunterladen
Nachdrucke und Berechtigungen

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image