Bu kağıt Harvard çevre odası (HEC) ve gaz halinde olan yakıtlar ölçme ve parçacık türler için ilgili araçları için işlem yordamlar açıklanır. Çevre odası üretmek ve ikincil organik türler özellikle atmosferik organik partikül madde için ilgili organik öncüleri, üretilen eğitim için kullanılır.
Üretim ve atmosferik organik partikül madde (PM) evrimi atmosfer kimyası ve İklim doğru simülasyonları için yeterince anlaşılır. Karmaşık üretim mekanizmaları ve tepki yolları bu zorlu bir araştırma konusu yapmak. Bu sorunları çözmek için yeterli oturma zamanı ve yakın çevredeki öncüleri konsantrasyonları ikincil organik maddeler için sağlayan bir çevre odası gereklidir. Harvard çevre odası (HEC) uçucu organik bileşikler (VOC) gaz ve parçacık faz türlerden üretimini simülasyonu, bu ihtiyaç, hizmet için inşa edilmiştir. HEC 4.7 m3 hacmi ve ortalama ikamet süresi normal çalışma koşullarında 3.4 h vardır. Bu örnek toplama ve veri analizi için gün boyunca belirsiz kararlı durum işlem olanağı sağlayan bir tamamen karışık akış reaktör (CMFR), olarak işletilmektedir. Detaylı olarak bu makalede işlem yordamlar açıklanır. Çeşitli araçları üretilen gaz ve partiküller karakterize etmek için kullanılır. Yüksek çözünürlüklü bir saat mücadele Aerosol kütle spektrometre (HR-ToF-AMS) parçacıklar tanımlamak için kullanılır. Bir Proton-Transfer-reaksiyonu kütle spektrometre (PTR-MS) gaz analizi için kullanılır. Örnek sonuçları Fizikokimyasal özellikleri ve organik atmosferik partiküler madde reaksiyon mekanizmaları ile ilgili uygulamalar çok çeşitli çevresel odası kullanımını göstermek için sunulmuştur.
Atmosferik organik partikül madde (PM) biyosfer ve antropojenik aktiviteler1,2tarafından yayılan uçucu organik bileşikler (VOC) oksidasyonunu elde edilir. Bu önemli etkilere rağmen aerosol parçacıkları iklim, insan sağlığı ve görünürlük3, üretim mekanizmaları üzerinde eksik olarak kalması anlaşılır ve karakterize, hem de nitelik ve nicelik. Atmosferik gaz ve parçacık faz türlerin evrimi benzetimini yapmak için mutlaka sınırlı kapsam ve zaman vardır, laboratuar çalışmaları için bir meydan okuma olduğunu. Residence kere ortam ortamlar4,5,6,7‘yaptıkları gibi bileşikler gaz ve partiküller aşamasında oksidasyon ve çok fazlı tepki geçirmek için yeterince uzun olmalıdır, 8. Ortam ortam9,10,11temsil eden yeterince düşük konsantrasyonlarda laboratuarda çalışmak için başka bir sorundur. Birçok önemli işlemler konsantrasyonları ile ölçeklendirin. Örneğin, bir Laboratuar deneyinde organik PM aşırı yüksek kütle konsantrasyonu yanlışlıkla gaz faz semivolatile tür parçacık faz bölümleme değiştirebilirsin. Gaz ve parçacık aşamaları bileşimi atmosferik koşullar sigara temsilcisi olabilir. Harvard çevre odası böylece düşük konsantrasyonlarda ve uzun tümleştirme kez için izin bu sorunlar için prensip olarak belirsiz bir zaman ölçeği altında işletilen bir sürekli akışı yapılandırma yaklaşım kullanarak yanıt için tasarlanmıştır sinyal algılama. Odası bilimsel keşif on iki yıl 2018 yılında bir kilometre taşı yıldönümünü kutluyor.
Çevre chambers ışık kaynağı, karıştırma sistemi, boyutu ve birlikte çalışma odaları sayısı akışı göre değişir. Yapay ışık14,15,16,17ile,18 faaliyet kapalı odası yanı sıra doğal güneş ışığı12,13 almak açık odaları ,19,20,21. Bulutlar yanı sıra sıcaklık farkı nedeniyle aydınlatma varyasyonu zorluklar içerir, ancak açık odaları da duvar efektleri tarafından sunulan nispeten büyük ve minimizing eserler inşa edilebilir. Kapalı odalar dikkatle sıcaklık ve bağıl nem kontrol edebilirsiniz ancak yoğunluk ve yapay ışık spektrumu belirli fotokimyasal reaksiyonlar14etkileyebilir doğal güneş ışığından, genellikle farklıdır. Chambers Ayrıca toplu reaktörler veya tamamen karışık Akış reaktörler (CMFR)22olarak çalıştırılabilir. Toplu reaktörler kullanımı ve bakımı genellikle daha kolaydır ama CMFR hafta boyunca, gerektiğinde sinyal tümleştirme için izin ve böylece düşük, atmospherically alakalı konsantrasyonları çalışmak için çalıştırılabilir.
Burada, donanım ve Harvard çevre odası (HEC)7,23,24,25 işletme ayrıntılı olarak açıklanmıştır. HEC bir sabit sıcaklık oda içinde yer alan bir 4.7 m3 PFA Teflon çanta oluşur (2.5 x 2,5 × 2.75 m3)26. Yansıtıcı alüminyum levhalar çok yollu aydınlatma torbadan izin ve böylece photochemistry oranını artırmak için odası iç duvarları kapsar. HEC bir toplam akış oranı 21 sLpm kullanarak ve 3.4 h27bir ortalama ikamet süresi için karşılık gelen bir CMFR olarak işletilmektedir. Sıcaklık, nem ve ozon konsantrasyonu geribildirim denetimler tarafından korunur. Amonyum sülfat parçacıkların tohum tanecik olarak organik bileşenleri inorganik partiküller ortam ortam üzerine yoğunlaşma taklit etmek için kullanılır. İnorganik sülfat parçacıkların modu çapı alan28yılında ölçülen partikül boyutları taklit etmek için 100-200 nm için seçilir. İşlem yordamlar tarafından uygulama ve araştırma sonuçlarını HEC kısa bir tartışma takip görsel bir sunum dahil olmak üzere burada, protokol bölümünde açıklanmıştır.
Oluşumu ve organik aerosoller Evrimi anlamak artan önemi teşvik çevre chambers oluşturmak için iyi kontrollü bir ortamda böyle süreçleri taklit yol açar. Şu anda, toplu reaktör modu19,31,32,33,34 at çevre odalarının çoğu temel alan olmuştur iken sürekli karıştırma kullanmak çok az odaları Reaktör modu15,35. Sürekli akış reaktör modunda çevre odası işletim sürekli aerosol için günler ya da haftalar gibi ortam konsantrasyonları örnekleme kolaylığı sağlar. Bu ortam koşulları çok daha iyi kontrollü laboratuvar ayarlarından daha karmaşıktır dikkati çekiyor. Odasında sabit bir değer korunur ise örneğin, ortam sıcaklığı değişiklik gösterir. Gaz ve partiküller odasında reaksiyon zamanı kontrol ve oturma odasının yerine, gerçek dünyada tepki zamanların ulaşan gün ile sınırlı. Blacklights, doğal güneş radyasyonu, yerine kullanımı da OH radikaller oluşturmak ve ortam tepkileri simülasyonu. Ama siyah ışık bazen yüksek konsantrasyonu organik moleküllerin oksidasyon durumunu etkileyebilir ve dikkatle incelenmesi gereken ortam ortamda ile karşılaştırıldığında OH radicles yol açabilir. Ancak, yalnızca bir veya iki değişkene ayarlama ve diğer tüm değişkenler çevre odası aracılığıyla kontrol, biz sistematik olarak bu kimyasal/fiziksel işlemler eğitim görebilirsiniz.
Sürekli odaları karıştırma sömürge önemli adımlardan biri iç basınç odasının en uygun bir Aralık içinde tutmaktır. Yüksek basınç odası içinde gaz ve parçacıkları odası, alçak basınç odası içinde hava ve parçacıklar laboratuardan odanın içine emmek ve kirlenme neden sızıntı neden olur. Basınç göstergesi basınç odasının güvenli değerleri içinde izlemek için gereklidir (< 5 Pa) deneyler seyri boyunca. Başka bir yaygın gözlenen için çevre odası beklenmeyen organik partikül öz çekirdekleşme konudur. Bir daha düşük VOC/oksidan enjeksiyon oranı ya da tohum parçacık yoğun bu fenomen önlemek için gereklidir. Deneyler amacına bağlı, ozon, VOC ve tohum parçacıklar konsantrasyonları bir büyüklük tarafından değişebilir. Aşağıdaki denklemi akış hızı, fenjeksiyon, odanın içine enjekte her türün hesaplamak için kullanılabilir.
(1)
nerede chedef ve cilk her odası içinde kontrollerimiz son hedef konsantrasyonu ve kaynaktan oluşturulur kontrollerimiz başlangıç konsantrasyonu temsil eder. Sembolü fToplam odanın içine enjekte edildi tüm türlerin toplam akış temsil.
Başarılı bir şekilde çevre odası işletim ve sonuçlar elde etmek için üçüncü kritik adım her araç önce deneyler kalibre etmektir. SMPS sistem bilinen PSL parçacıklar36boyutunu enjekte edilerek kalibre edilmesi. Hayırx ve ozon analizörü N2ve N2tarafından sırasıyla26seyreltilmiş ozon 10 ppm seyreltilmiş yok silindir 5 ppm kullanılarak kalibre edilmiş. AMS ve PTR-MS için kalibrasyon prosedürleri karmaşıktır ve enstrüman kılavuzları veya önceki edebiyatı27,37bulunabilir.
Yukarıda açıklanan çevre odası kurulum sadece üretim ve organik aerosoller evrimi çalışmak için uygun, organik kaplama gibi gaz enjekte edilerek gaz faz reaksiyonları incelenmesi ile çeşitli parçacıkları kaplama olarak da uygun değil Sadece öncüleri. Bu birden fazla yönde çevre Oda hava kalitesi, iklim değişikliği ve insan sağlığı konuları ile ilgili araştırma alanları çeşitli eğitim esneklik sağlar.
The authors have nothing to disclose.
Bu malzemenin Kimya Bölümü, ABD Ulusal Bilim Vakfı (NSF) hibe numaradaki 1111418, atmosferik Yerbilimleri bölümü ABD Ulusal Bilim çevresel kimyasal Bilimler Programı tarafından desteklenen çalışma üzerine kuruludur Vakfı (NSF) hibe numarası 1524731 altında aynı zamanda Harvard öğretim Yayın Ödülü. Anıyoruz Pengfei Liu, Qi Chen ve Mikinori adına yararlı tartışmalar ve deneyler ile yardım için yanı sıra Eric video dublaj olduğun için Etcovitch.
(-)-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 | National Instrument | USB-TC01 | |
water circulator | Brinkmann | RC6 |