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환경과학

생산 및 흐름 튜브 반응 기에서 유기 미 립 자 물질의 측정

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

이 문서는 흐름 튜브 반응 기 및 관련된 데이터 수집에 대 한 작업 절차를 설명합니다. 그것은 실험을 설정 하 고, 데이터를 기록 하 고 유기 연 무질의 화학 및 물리적 특성에 대 한 유용한 정보를 제공 하는 입자 질량 정보 뿐 아니라 수 직경 분포를 생성에 대 한 프로토콜을 보여줍니다.

Abstract

유기 미 립 자 물질 (PM) 점점 인식 되 지구의 기후 시스템으로 도시 지역에 공중 보건에 중요 한 실험실 연구에 대 한 합성 오후의 생산 되 고 있습니다 광범위 한 필요성. 여기, 실험 프로토콜 흐름 튜브 반응 기에서 α-피 넨 ozonolysis에 의해 aerosolized 유기 오후를 생산 하는 접근 방법을 보여 줍니다. 연 무질 입자의 형태 및 크기 분포 측정에 대 한 방법은 설명 합니다. 비디오 흐름 튜브 반응 기 및 관련된 계측의 기본 작업을 보여 줍니다. 비디오의 첫 번째 부분-기체 반응, ozonolysis, 및 유기 오후의 생산을 준비 하기 위한 절차를 보여줍니다. 비디오의 두 번째 부분 생산된 입자 모집단의 속성을 결정 하는 절차를 보여 줍니다. 입자 수 직경 분포 입자 성장, 즉 응결, 응고, 또는 반응 조건에 따라 둘 다의 조합의 여러 단계를 표시합니다. 입자 형태는에 어로 졸 입자 질량 분석기 (APM) 및 스캐닝 전자 현미경 (SEM)에 의해 특징입니다. 결과 특정 반응 조건에 대 한 응고에서 성장 하는 비 구형 입자의 존재를 확인 합니다. 실험 결과 또한 상대적으로 높은 농도 및 짧은 시간 프레임에 대 한 유기 오후의 물리적, 화학적 속성을 공부 하 흐름 관 반응 기를 사용할 수 있음을 나타냅니다.

Introduction

생물권 및 인류 기 원론 활동에서 방출 된 휘발성 유기 화합물 (Voc) 생산 보조 산소 화합물1,2산화 제 (오존 등 오 래 디 칼)와 분위기에 반응을 받 다. 그들의 낮은 휘발성으로 인해 이러한 화합물 중 일부는 궁극적으로 대기 오후1,,34의 대량 농도에 기여 한다. 대기 입자는 기후, 인간의 건강, 및 가시성5에 중요 한 영향을 미칠. 그러나 유기 오후의 생산 메커니즘, 남아 있다 충분 특징 이해, 질적 및 양적, 번호 및 대량 농도 뿐만 아니라 물리적, 화학적 속성을 예측할 수 있습니다. 이 지식 간격을 메우기 위한 한 가지 방법은 기계적, 프로세스, 촉진 및 오후6의 특성화 연구 함으로써 대기 유기 오후의 생산 프로세스를 흉내 낸 위한 흐름 관 원자로 사용 하는 실험실 연구를 수행 하는 ,7,8,9,10,,1112. 흐름 관 반응 입자 수 그리고 대량 농도13의 다양 한에 어로 졸 입자의 신속한 합성 수 있습니다.

현재 연구에에서 설명 합니다, 비디오 자료, 사용 유기 오후 지배적인 대기 monoterpene (즉 α-피 넨)의 ozonolysis에서 마이크론 크기의 입자의 생산을 흐름 튜브 반응 기, 처음에 설명 했던 Shrestha 외. 13 짧게, 흐름 관이 되었다 유리의 내경은 48.2 m m와 1.30 m의 길이. 흐름 관 층 류 정권 (9.4 ± 0.5의 레이놀즈 번호), 그리고 38 ± 1의 14의 체류 시간 주위 압력의 위 약간 운영 했다. 온도 25 ± 1 ° C 흐름 반복 냉각기를 사용 하 여 그 흐름 튜브 반응 기 주택 두 계층 사용자 지정된 상자에 물 되도록 설정 했다.

흐름 관 반응 기 시스템의 회로도 줄거리는 그림 1에 표시 됩니다. 순수한 공기 발생기는 오존 발전기, 200-500 ppm 오존의 생산을 통해 전달 하는 초 순수 공기를 생성 하는 데 사용 됩니다. 0.50 sLpm에 순수한 공기의 추가 흐름은 α-피 넨 둥근 바닥 플라스 크에 주사기 인젝터로 주입을 증발 하는 데 사용 됩니다. Α-피 넨은 미리 2-butanol 희석 비율 1:5015,,1617 2 butanol 그 ozonolysis 되도록 오 폐품으로 역할을 할 수 있기 때문에 주사기 인젝터에 철회 되 고 전에 유일한 반응의 혼합 흐름 관 안에 발생합니다. 둥근 바닥 플라스 크는 135 ± 1 ° C 주입 된 유기 화합물의 빠른 증발을 허용 하는 열 했다. 후미는 또한 α-피 넨 및 오존 흐름 소란과 주입 지점에서 빠른 혼합을 유도 하기 위해 서로 게 수직 배열. 흐름 관의 콘센트 샘플 컬렉션, 크기 분포 측정 (스캔 이동성 입자 sizer-SMPS)에 의해, 입자 밀도 측정 및 배기 사이 나뉘 었 다. 반응 조건은 제어 입자 성장에 응고에 비해 응축의 상대적 기여도를 다양 합니다. 흐름 관의 출력 흐름 튜브와 잘못 된 실험 조건 에서도 둥근 바닥 플라스 크 내부의 압력을 만들 수 있는지 확인 하는 노천 배기 후드에 연결 적어도 한 줄 있어야 합니다. 생산된 입자 인구의 특성 그로 인하여 가늘게 조정 됩니다. 흐름 튜브 반응 기 생산에 다른 시간 지점에서 유기 오후의 샘플링을 사용 하면 이동식 샘플러를 갖추고 있다. 생산된 입자 인구 수 직경 분포 흐름 관의 다양 한 길이에서 측정 됩니다. APM 입자 대량 유통 및 동적 모양 요소7,18,19, 형태 및 생산된 입자 인구의 다른 물리적 특성에 대 한 정보를 제공 하 측정 한다. 20 , 21 입자는 또한 수집 오프 라인 이미징 나노미터 입자 샘플러에 SEM7,22. 의미 흐름 튜브 반응 기 ozonolysis 실험 및 거기에 생산 하는 오후의 빠른 온라인 및 오프 라인 분석을 수행 하기 위한 적합 한 매체입니다.

Protocol

1. 기체 주입 흐름 튜브 반응 기의 유기 선구자 주입참고: 모든 장비 및 실험 기간 동안 사용 되는 소프트웨어는 재료의 테이블에서에서 찾을 수 있습니다. 실험의 목적에 따라 휘발성 유기 화합물의 다양 한 사용할 수 있습니다 유기 선구자로 서 실험에 대 한. Α-피 넨 사용 흐름 튜브 반응 기에 유기 전 구체를 주입의 절차에 대 한 예를 들어 여기. micropipette α-피 넨의 1.00 mL를 사용 합니다. 50.00 mL 부피 플라스 크에 액체를 전송. 2-butanol를 사용 하 여 그로 인하여 1시 50분의 비율로 α-피 넨을 diluting 50.00 ml 부피 플라스 크를 채우기 위해. 용 매와는 용액을 철저 하 게 혼합 하 부피 플라스 크를 흔들어. 주사기 (5.00 mL)를 사용 하 여 α-피 넨 솔루션을 철회. 솔루션과 세 번 주사기를 헹 구 고 솔루션 그것을 채우십시오. 날카로운 바늘 (25 게이지, 2 인치 긴)에 주사기를 연결 합니다. 주사기를 주입기에 주사기를 놓습니다. 기화 기 둥근 바닥 플라스 크 (25 mL)에 바늘 끝을 삽입 합니다. 미리 테이프를가 열 하 여 기화 플라스 크 135 ± 1 ° C에가 열. 0.5 sLpm 정화 공기를 증발 하 고 멀리 α-피 넨 주사기 로부터 주입의 부드러운 흐름을 소개 합니다. 순수한 공기 공급 중지 되 면 둥근 바닥 플라스 크를가 열 하지 않도록 난방 테이프도 동일한 전원 공급 장치에 공기를 정화 발전기를 연결 합니다. 켜고 주사기 인젝터 주입 속도 적절 한 값을 조정 합니다. 가스 유량, 원하는 휘발성 유기 화합물 농도 주사기 크기 Clausius Clapeyron 방정식을 적용 하 여 사출 속도 계산 합니다. 예를 들어, 4.5 sLpm의 전체 흐름에 대 한 α-피 넨의 125 ppb에 도달 해야 11.7 μ/h α-피 넨 및 2 butanol 혼합물의 사출 속도 합니다. Butanol 또는 α-피 넨의 체적 농도 유기 화합물 도달 가연성 한계를 피하기 위해 둥근 바닥 플라스 크에 1%가 하 인지 확인 합니다. 오존 주입 오존 발전기를 통해 4.00 sLpm에 공기의 흐름을 전달 합니다. 오존 발전기를 켜고. UV 램프는 발전기 내부 차폐 유리 튜브의 길이 조정 하 여 적절 한 값으로 오존 농도 제어 합니다. 오존 및 휘발성 유기 화합물 비율 실험의 목적에 따라 크기의 2 개의 순서에서 달라질 수 있습니다. VOC 실험 기간 동안 완전히 반작용 될 하는 데 필요한, 경우 오존 농도 오존 초과에서 되도록 휘발성 유기 화합물 농도 보다 약 10 배 높은 이어야 한다. 오존 농도 모니터를 켜고 오존 모니터는 컴퓨터를 연결. 오존 모니터 판독 액세스 하 여 오존 모니터 (그림 2)에서 얻은 데이터를 저장 터미널 판독기 소프트웨어를 사용. 오존 농도 안정화 후 실험을 수행 합니다. 2. 입자 생산 흐름 튜브 반응 기의 거주 시간 조정 움직이는 샘플러 흐름 튜브 반응 기 내부 배관의 위치를 조정 하려면 흐름 튜브 반응 기의 끝에 모자 나사. 이후 3에서 다른 거주 시간을 달성 하기 위해 튜브 이동식 샘플러의 다른 위치 변경 38 s10을 s. 각 실험 동안 흐름 튜브 반응 기 내부 생산 되 고 입자의 체류 시간을 조정 하려면 이동식 샘플러의 위치를 변경 합니다. 짧은 체류 시간을 얻기 위해 움직이는 샘플러 흐름 튜브 반응 기 (가스 입구에서 0.10 m)의 시작 부분에 위치 (3 s). 가장 긴 체류 시간을 얻기 위해 흐름 튜브 반응 기 (가스 입구에서 1.30 m)의 끝에 이동식 샘플러 위치 (38 s). 입자 생산에 대 한 온도 제어 하우스 온도 제어, 이중 벽, water-jacketed 스테인리스 상자에서 흐름 튜브 반응 기. 누출 검사 및 실험의 각 세트 전에 물 수준 검사를 수행 합니다. 물 circulator 20.0 ° c에 온도 조절기의 온도 설정참고: 더 이상 0.1 ° c.에 의해 실험 과정 중 온도 변화 기본 컴퓨터에 소프트웨어를 기록 하는 온도 설정 하 고 10 데이터 샘플링 시간 설정 (그림 3). 온도 센서는 흐름 관의 중심점에 위치. 시작 레코드 버튼을 켠 때 온도 센서에서 측정 된 온도 기록 합니다. 실험을 수행 하기 전에 4 ~ 6 헤 안정화는 온도 대 한 온도 기록 합니다.참고: 흐름 관 반응 기의 온도 변동 ± 0.1 ° C 미만 24 시간 동안입니다. 압력 모니터링 시스템 ¼ 인치 커넥터와 메인 컴퓨터를 통해 흐름 관 콘센트 압력 모니터에 연결 압력 모니터 소프트웨어 (그림 4)을 설정 하 고 다음 파일 을 클릭 합니다 | 새로운 | 샘플링 간격을 10으로 설정 시간/샘플 간격 s. 총 데이터 포인트 36000 포인트 샘플링 길이 설정 하려면 클릭 하십시오. 데이터를 기록 하려면 확인 을 클릭 합니다.참고: 콘센트 압력 유지 ± 0.01 atm에서 24 시간 동안 안정적인 흐름 관 내의 압력을 제안 합니다. 3. 생산된 입자 인구 흐름 튜브 반응 기의 특성 수 직경 분포 정전기 방지 튜빙 여 스캔 이동성 입자 sizer (SMPS)를 흐름 튜브 반응 기의 콘센트를 연결 합니다. 비슷한 악기 SMPS 대신 수 직경 분포를 측정 하기 위해 사용할 수 있습니다.참고: 세부 운영 절차 또는 SMPS의 문제 해결의 설명서에서 찾을 수 있습니다. 수 직경 분포를 기록 하는 소프트웨어를 시작 합니다. 새 파일 만들기를 클릭 하 여 새 파일을 만듭니다. 그림 5에 표시 된 각 매개 변수를 설정 합니다. 확인 버튼을 클릭 하 여 흐름 관 반응 기를 종료 하는 입자의 수 직경 분포를 기록 합니다. 상대 습도 제어 두 질량 유량 컨트롤러 (Mfc) 흐름 관에서 칼 집 공기의 습도 조정 하기 위하여 물 bubbler의 두 후미를 연결 합니다. 0-10 sLpm 95%에서 칼 집 공기의 상대 습도 변경 그래서에서 2 개의 후미의 유량을 조정 합니다. 투과성 멤브레인 튜브의 칼 집 공기 흡입구에 물 bubbler의 콘센트를 연결 합니다. 같은 투과성 멤브레인 튜브의 주요 샘플링 입구에 흐름 튜브 반응 기의 콘센트를 연결 합니다. 상대 습도 (RH) 센서 샘플링 공기의 상대 습도 측정 하는 침투성 막의 콘센트에 연결 합니다. RH 데이터 기록 하 RH 프로그램 시작 버튼을 클릭 하면, 파일 이름을 입력 하 고 저장 버튼을 클릭 하 여 측정을 시작 합니다. 질량 및 솜 입자의 동적 모양 요소 3 피트 긴 정전기 방지 튜빙 차동 이동성 분석기 (DMA)의 입구에 상대 습도 제어 설치의 콘센트에 연결 합니다. 1 피트 긴 정전기 방지 튜빙으로 APM 악기의 입구에는 DMA의 콘센트를 연결 합니다. 응축 입자 카운터 (CPC)에 APM의 콘센트를 연결 합니다.참고: 세부 운영 절차 또는 DMA와 CPC의 문제 해결의 설명서에서 찾을 수 있습니다. 해당 전원 버튼을 누르면 APM 악기 및 APM 제어 상자를 켭니다. 악기는 컴퓨터에 소프트웨어 인터페이스에서 작동 될 수 있도록 APM 제어 상자에 원격 버튼을 클릭 합니다. APM 제어 소프트웨어 설정. (그림 6) 파일 및 로드 단추를 클릭 하 여 사전 설정된 스캔 파일을 로드 합니다. APM 악기 데이터를 수집 하기 시작 있도록 APM 제어 소프트웨어의 시작 버튼을 클릭 합니다. 흐름 관 반응 기에서 입자 컬렉션 3 피트 긴 정전기 방지 튜빙 흐름 관 콘센트 나노미터 졸 샘플러 (NAS)에 연결 합니다. 메탄올, 물, 그리고 다시 메탄올의 사이클에 의해 실리콘 기판 (프라임 급, 저항 1-10 Ω∙cm) 청소. 건조 질소의 부드러운 흐름을 사용 하 여 기판. NAS의 전극에 청소 기질을 놓습니다. 테이프 컬렉션22동안 안정 유지와 기판의 가장자리를 보호 합니다. NAS를 켭니다. -9.9 전압 설정 kV. 1.8 유량 설정 Lpm. 12-36 헤 대 한 이후에 실행 샘플링 악기 설정, 제거 실리콘 기판 로드 NAS에서 입자를 수집. 더 SEM7 또는 표면 분석9형태학 등 기판에 입자의 분석을 수행 합니다.

Representative Results

반응 조건의 매트릭스는 표 1에 요약 됩니다. 수의 범위와 선택 된 α-피 넨 및 오존 농도13에 따라 생성 될 수 있다 유기 오후의 대량 농도 있다. 오존 농도 43 ppm 때 표 1에서와 같이, α-피 넨 농도 변화 하는 예를 들어, 0.125-100에서 ppm (4.4 ± 0.6)을 생산할 수 있는 (9.1 ± 0.3) × 106 particles∙cm3 와 질량 농도 10 × 105 1 104 µg∙m-3, 각각. 흐름 튜브 반응 기 내부 입자 인구의 동적 특성의 진화를 공부 될 수 있다. 비디오 데모를 통해 실험 50 ± 1 ppm 오존 그리고 α-피 넨의 125 ppb를 사용 하 여 실시 했다. 흐름 관 안쪽 입자 샘플러의 경도 위치 허용이 실험에 대 한에 어로 졸 입자 인구 수 직경 분포를 보여준다 샘플링에서 다양 한 시간에서 3.0 ± 0.2 38 ± 1 미 그림 7 . 총 수 농도 모드 직경 입자의 체류 시간 증가. 3의 체류 시간에 대 한 s, 아무 입자 감지 했다. 긴 체류 시간에 대 한 입자 인구는 취득 하 고 측정. 미만 10에서 증가 모드 직경 약 50 nm nm 38 ± 1 s 17 ± 0.5 s에서 체류 시간 증가 대 한. 해당 숫자 농도에서 증가 (8.6 ± 0.5) × 104 cm-3 (2.56 ± 0.07) × 105 cm3. 3 복제 실험에 APM 설치 프로그램에 의해 기록 된 수 질량 분포의 예는 그림 8에 나와 있습니다. 입자 질량 및 이동성 직경 동적 모양 요인, χ, 입자 부분 모집단 전체를 계산 하기 위해 사용 되었다. 동적 모양 요소 χ 볼륨에 해당 영역23에 의해 경험 드래그 힘으로 나눈 실제 입자에 드래그 힘의 비율 이다. 반면 높은 비구 면 입자는 상당히 큰 모양 요인 거의 구형 입자의 모양 요인 단일 성 접근. 그림 9 다양 한 이동성 직경 및 습도 수준에서 흐름 튜브를 종료 하는 입자의 동적 모양 요소를 보여 줍니다. 대 한 값을 각각 χ < 5 %RH 했다 1.21 ± 0.02, 1.09 ± 0.02, 그리고 크게 비 구형 입자의 입자 인구 구성 했다 제안 1.08 ± 0.02 (1 시그마 불확실성). RH 증가 했다, 모든 3 개의 인구, 35 %RH 1.02 ± 0.01의 최종 값에 도달 하 고 구형 입자에 불확실성 내에서 해당에 대 한 χ 감소. 그림 10 에 노출 하는 입자의 SEM 이미지를 보여주는 < 5 %RH (왼쪽된 열) 및 80 %RH (오른쪽 열). 장 외 에서 자세히 설명한 대로 높은 RH에 노출 된 후 비 구형 입자 라운드 된 이미지 표시 7. 위의 결과 흐름 튜브 반응 기 다양 한 종류의 온라인 및 오프 라인 분석을 수행할 수 있음을 나타냅니다. 그림 1 . 흐름 관 반응 기 시스템의 흐름 회로도. 레드 라인 오존을 포함 하는 흐름을 보여, 밝은 파란색 라인 α-피 넨, 포함 된 흐름을 보여 그리고 진한 파란색 선은 유기 오후의 흐름을 보여. DMA는 APM, 함께 연결 된 CPC APM 시스템에 의하여 이루어져 있다. 이 그림은 이전 Shreatha 외 에 등장 13 허가 여기 재현. 그림 2 . 모니터링 및 녹화 프로그램 오존에 대 한 그래픽 사용자 인터페이스. 그림 3 . 온도 모니터링 및 녹화 프로그램에 대 한 그래픽 사용자 인터페이스. 그림 4 . 압력 모니터링 및 녹화 프로그램을 위한 그래픽 사용자 인터페이스. 그림 5 . 프로그램 번호 직경 배포에 대 한 그래픽 사용자 인터페이스. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 그림 6 . APM이 프로그램에 대 한 그래픽 사용자 인터페이스. 그림 7 . 인구의 분포는 입자 흐름 관에서 다른 체류 시간에 크기. 각 크기 분포에 대 한 총 수 농도 1.69 × 10-1, 7.50 × 103, 8.58 × 104, 2.00 × 105, 2.33 × 105및 2.56 × 105 입자 cm-3 3, 10, 17, 25, 32, 및 38의 체류 시간에 대 한 s, 각각. 음영 처리 된 영역은 입자 크기 분포의 표준 편차입니다. 이 그림은 이전 Shreatha 외 에 등장 13 허가 여기 재현. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 그림 8 . 수-대량 배포 DMA APM 시스템을 사용 하 여 측정의 예. 3 복제 실험의 결과 재현성을 보여 주기 위해 표시 됩니다. 2 시그마 불확실성은 데이터 표식으로 대략 같은 크기 오차 막대 표시 됩니다. 라인 데이터의 정규 분포를 나타냅니다. abscissa APM 회전 속도 APM 실린더의 벽 사이 적용 하는 전압에 따라 계산 됩니다. 줄거리에 표시 된 입자는 700 ppb α-피 넨 및 14 ppm 오존에서 제작 했다. 126.0의 중앙 이동성 직경 nm DMA에 의해 선정 되었다. 이 그림은 이전 장 외 에 출연 7 허가 여기 재현. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 그림 9입니다. 상대 습도 높이기 위한 동적 모양 요소. 패널 a: 입자 입자 인구 126.0, 175.0, 및 190.0 중앙 이동성 직경 데 700 ppb α-피 넨 및 14, 25, 그리고 30 ppm 오존에서 생산 nm, 각각. 상대 습도에 노출 시간 했다 310 s. 각 패널에 오차 막대 두 시그마를 표준 편차를 나타냅니다. 이 그림은 이전 장 외 에 출연 7 허가 여기 재현. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오. 그림 10입니다. 입자의 SEM 이미지 700 ppb α-피 넨에서 얻은 고 180.0의 중앙 이동성 직경에 대 한 샘플링 nm. 에 어로 졸 입자 12 h에 대 한 실리 카 기판에 모였다 고 다음 5 코팅 Pt/Pd의 nm. 전자 빔에 대 한 전압은 5 kV, 및 작동 거리는 2.3 m m. 열 1 쇼 이합체, 삼합체, 및 더 높은 순서 응집 체에 대 한 세분화 된 단위체의 < 5 %RH. 빨간 동그라미는 단위체를 식별합니다. 열 2 쇼 거의 구형 입자 80 %RH 노출 된 후 수집 된 뒤에 건조 < 5 %RH. 이 그림은 이전 장 외 에 출연 7 허가 여기 재현. O3 (ppm) 0.15±0.02 0.9±0.1 5.7±0.2 43±1 194±2 Α-피 넨 (ppm) 0.125 ± 0.003 민 하자마자 0 (1±1) × 102 (1.0±0.6) × 105 (4.4±0.6) × 105 (3.2±0.2) × 105 매사 추세 츠 하자마자 0 (3±5) × 10-2 15±5 11±3 20 ± 2 모드 직경 0 22±4 60±5 35±3 34±2 세인트 편차 지 오입니다. N/A 1.2 1.3 1.3 1.5 1.00 ± 0.03 민 하자마자 0 (3.1±0.9) × 102 (1.5±0.2) × 105 (5.5±0.2) × 105 (5.8±0.4) × 105 매사 추세 츠 하자마자 0 (9±3) × 10-3 61±9 (52±0.1) × 102 (66±0.1) × 102 모드 직경 0 33±7 86±6 84±3 85±19 세인트 편차 지 오입니다. N/A 1.3 1.4 1.5 1.7 10.0 ± 0입니다. 3 민 하자마자 (2±2) × 101 (4.0±0.2) × 105 (6.0±0.7) × 105 (6.3±0.7) × 105 (1.8±0.2) × 106 매사 추세 츠 하자마자 0* (1.6±0.2) × 102 (2.5±0.2) × 103 (1.19±0.02) × 104 (1.57±0.02) × 104 모드 직경 8±9 81±2 147±9 245±38 155±5 세인트 편차 지 오입니다. 1 1.4 1.4 1.4 1.5 100 ± 3 민 하자마자 (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 매사 추세 츠 하자마자 35±3 (8.6±0.1) × 102 (1.3±0.1) × 104 (1.6±0.04) × 105 (4.0±0.1) × 105 모드 직경 48±2 88±5 134±8 262±12 334±4 세인트 편차 지 오입니다. 1.4 1.6 1.5 1.7 1.9 표 1입니다. 농도 (cm-3), 대량 농도 (µ g m-3), 모드 직경 (nm), 및 α-피 넨 ozonolysis에 의해 생성 하는 입자의 형상 직경 표준 편차 번호. 1200 kg∙m3 의 재료 밀도 볼륨 농도 대량 농도에 변환에 사용 된 체류 시간이 되었고 38 모든 실험에 대 한 s. * 입자는 참석 했다, 대량 농도 검출 한계 미만 이었다. 이 테이블은 이전 Shreatha 외 에 등장 13 허가 여기 재현.

Discussion

흐름 관 반응 기에서 조건을 조정 하 여 잘 정의 된 번호 농도와 질량 농도 SOA의 넓은 범위 입자를 생산 수 있습니다. 성장 메커니즘 condensational 성장 및 다른 모양으로 입자를 형성 하는 coagulative 성장 모드 간에 변경할 수 있습니다. 프로토콜의 중요 한 단계 흐름 튜브 반응 기의 상대적 안정 된 온도 유지 등 오존 발생기의 오존 농도 안정화. 그것은 또한 움직이는 인젝터의 위치는 체류 시간 실험을 반복 하는 경우 동일 하 게 유지 것을 모든 시간 기록 신중 하 게 해야 하는 것이 중요.

흐름 관 반응 기에서 입자 농도 예상 보다 다를 수 것, 몇 가지 문제 해결 절차를 수행할 수 있습니다. 흐름 관 반응 기의 밀폐 검사 먼저 수행할 수 있습니다. 밀폐 시험에 따라 수 직경 측정 악기 입구와 클릭 당 비용에 대 한 1-butanol 솔루션의 고갈에서 막힘 등 모든 잠재적인 고장 가능성을 제외 하기 위하여 확인 될 필요가 있다.

따라서, 위에서 설명한 흐름 관 원자로 물리 화학적 특성 및 농도의 넓은 범위에 걸쳐 유기 연 무질의 진화를 공부에 대 한 유용한 도구입니다. 다른에 어로 졸 생성 시스템과 비교, 흐름 관 반응 기 생성할 수 있습니다 신속 하 게 입자 수 그리고 대량 농도13, 다양 한에 어로 졸 입자는 높은 질량 로드 샘플링에 특히 유용. 흐름 관 반응 기는 또한 이동식 샘플러, 연 무질 입자의 성장과 진화에 관한 연구를 수 있도록 갖추고 있습니다. 다른 한편으로, 반응 기는 상대적으로 짧은 체류 시간 및 상대적으로 높은 선구자 농도, 주변-주변 반응 조건을 시뮬레이션 하는 기능을 제한 하는. 흐름 관 반응 기를 포함 하는 미래 작업 사진 산화 반응 흐름 튜브 반응 기 내에서 수행할 수 있습니다 자외선 조명 내부 벽에 추가입니다. 계획은 다른 휘발성 유기 화합물 반응에 대 한 장소에서 β-caryophyllene 및 리 모 넨, 되도록 공부도24와 같은.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

이 자료는 국립 과학 재단 환경 화학 과학 프로그램 보조금 번호 1111418, 대기 GeoSciences 사단의는 미국 국립 과학 재단 (NSF) 아래에서 화학의 사단에 의해 지원 되는 작업 기반 보조금 번호 1524731, 뿐만 아니라 하버드 교수 출판 상. 우리는 모나 Shrestha, 아담 베이 트 먼, 펑 페이 리 우, 및 Mikinori Kuwata 유용한 토론 및 실험 지원에 대 한 인정합니다.

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
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References

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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).
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