JoVE Journal > Environment
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
русский

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Environment

Производство и измерение органических частиц в реакторе трубки потока

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

В этом документе описывается процедура операции для реактора трубки потока и сбора соответствующих данных. Это показывает протоколы для записи данных, установив эксперименты и генерации номер Диаметр распределения, а также частицы массовой информации, которая дает полезную информацию о химических и физических свойствах органических аэрозолей.

Abstract

Органических твердых частиц (ТЧ) все чаще признается в качестве важной климатической системы земли, а также общественного здравоохранения в городских районах, и производство синтетических вечера для лабораторных исследований стали широко необходимостью. Здесь экспериментальные протоколы продемонстрировать подходы для производства аэрозольных органических PM по α-пинена озонирование в реакторе трубки потока. Описаны методы для измерения распределения размер и морфология аэрозольных частиц. Видео демонстрирует основные операции потока трубы реактора и соответствующих приборов. Первая часть видео показывает процедуры подготовки газообразные реактивы, озонирование и производство органических вечера. Вторая часть видео показывает процедуры для определения свойств производимых частиц населения. Номер Диаметр распределения частиц показывают различные этапы роста частиц, а именно конденсации, коагуляции или сочетанием обоих, в зависимости от условий реакции. Морфологией характеризуется аэрозольных частиц масс-анализатор (APM) и сканирующий электронный микроскоп (SEM). Результаты подтверждают существование несферические частицы, которые выросли из коагуляции для условий конкретных реакции. Экспериментальные результаты также показывают, что реактор трубки потока может использоваться для изучения физические и химические свойства органических PM из-за относительно высокой концентрации и короткие сроки.

Introduction

Летучие органические соединения (Лос), излучаемый биосферы и антропогенной деятельности проходят реакций в атмосфере с окислителей (например, озона или радикалов OH) производить вторичных соединений кислородом1,2. Некоторые из этих соединений, из-за их низкой летучестью, в конечном счете способствовать массовой концентрации атмосферных PM1,3,4. Атмосферные частицы имеют важное воздействие на климат, здоровье человека и видимость5. Производство механизмов органических вечера, однако, остаются недостаточно изученных и понял, качественно и количественно, предсказать номер и массовые концентрации, а также физические и химические свойства. Является одним из подходов для преодоления этого разрыва в знаниях для выполнения лабораторных исследований, использующих поток трубки реакторов для имитации производственных процессов атмосферного органические ТЧ, тем самым, содействия механистической, процесс и исследования характеристик ТЧ6 ,,78,9,10,,1112. Реактора трубки потока позволяет быстрый синтез аэрозольных частиц для целого числа частиц и массовые концентрации13.

Настоящее исследование описывает, с помощью видео материал, производство органических PM как субмикронного размера частиц от озонирование доминирующей атмосферы монотерпеновых (viz. α-пинена) в поток трубки реактор, который был впервые описан в Шреста и др. 13 кратко, поток трубка была сделана из стекла с внутренним диаметром 48.2 мм и длиной 1,30 м. Трубка потока эксплуатировалось чуть выше атмосферного давления в системе ламинарного потока (число Рейнольдса 9.4 ± 0,5) и с временем пребывания 38 ± 1 s 14. Температура был установлен быть 25 ± 1 ° C с помощью рециркуляционный охладитель для потока воды в коробке заказной двуслойная что корпус реактора трубки потока.

Схема участка системы реактора трубки потока показан на рисунке 1. Генератор чистого воздуха используется для создания ультра-чистый воздух, проходящий через генератор озона, производить 200-500 ppm озона. Дополнительный поток чистого воздуха на 0,50 sLpm используется для испарения α-пинена, вводят инжектором шприц в колбе круглым дном. Α-пинена предварительно смешивают с 2-бутанола на коэффициент разбавления 1:50,15,,1617 до сняты на шприц инжектор, потому что 2-бутанола могут выступать в качестве OH приспособления для обеспечения что озонирование был единственной реакцией происходит внутри трубки потока. Раунда нижней колбе был нагрет до 135 ± 1 ° C, позволяя быстрое испарение вводят органических соединений. Α-пинена и озонового потока отверстия были также расположены перпендикулярно друг к другу, чтобы побудить турбулентности и быстрое смешивание в точке впрыска. На выходе из трубы поток был раскол между проб, измерения распределения размер (путем сканирования мобильность частиц ММД SMPS), измерение плотности частиц и выхлопных газов. Условия реакции, различны для управления относительный вклад конденсации, по сравнению с коагуляции роста частиц. Выходной поток трубки необходимо иметь по крайней мере одна линия, соединяющая небом вытяжного зонта, чтобы убедиться, что это не возможно создать давление внутри потока пробирок и флаконов круглым дном даже при неправильной экспериментальных условиях. Таким образом, характеристики производимых частиц населения может быть мелко скорректирована. Реактора трубки потока оснащен движимого сэмплер, позволяя выборки органических PM в разное время точек в его производстве. Номер диаметр распределение населения в выпускаемых частиц измеряется в различных Длина трубки потока. APM мер распределения массы частиц и динамическая форма фактор7,18,19, которая дает информацию о морфологии и другие физические свойства производимых частиц населения. 20 , 21 частицы также собраны на пробоотборника частиц нанометра автономных образов SEM-7,22. Подразумевается, что реактора трубки потока является подходящим средством для экспериментов озонирование и быстро онлайн и оффлайн анализ ТЧ, произведенных в нем.

Protocol

1. газовой фазы инъекции реактора трубки потока Органические прекурсоров инъекцийПримечание: Все оборудование и программное обеспечение, используемое в ходе эксперимента можно найти в Таблице материалов. В зависимости от цели экспериментов широкий спектр летучих органических соединений может использоваться как органические прекурсоров для эксперимента. Α-пинена используется здесь в качестве примера для процедуры инъекционных органических прекурсоров в реактор трубки потока. Используйте микропипеткой для получения 1,00 мл α-пинена. Передавать объемные колбу 50.00 мл жидкости. Используйте 2-бутанола для заполнения объемных Фляга для 50.00 мл, таким образом разбавляя α-пинена в соотношении 1:50. Встряхните объемные колбу тщательно смешать растворитель и экстракцию. Используйте шприц (5.00 мл) отозвать решение α-пинена. Промывать шприцем три раза с решением и затем заполняют раствором. Подключите шприц к острые иглы (25 датчика, 2-дюймовый долго). Место шприца шприц инжектор. Вставьте кончик иглы в испаритель раунд нижней колбе (25 мл). Нагрейте испарителем колбу до 135 ± 1 ° C при нагревании ленты. Ввести нежный поток 0.5 sLpm очищенного воздуха испаряются и унести α-пинена, вводят из шприца. Подключите генератор очищенный воздух же питания как Отопление лентой, чтобы избежать Отопление круглый нижней колбе, если остановлена подачи чистого воздуха. Включите в шприц инжектор и отрегулировать скорость впрыска соответствующее значение. Вычислить скорость впрыска, применяя скорость потока газа, желаемой концентрации ЛОС и размер шприца Клаузиуса-Clapeyron уравнения. Например для всего потока 4,5 sLpm, достигать 125 ppb α-пинена потребует курс инъекций 11.7 мкл/ч 2-бутанола смеси и α-пинена. Убедитесь, что объемная концентрация бутанол или α-пинена менее 1% в раунд нижней колбе избежать органических соединений достичь предела воспламеняемости. Инъекции озона Поток воздуха в 4.00 sLpm пройти через генератор озона. Включите генератор озона. Контроль концентрации озона с соответствующими значениями, регулируя длину стеклянной трубки, защитные УФ-лампа внутри генератора. Озона и Лос соотношение может меняться на два порядка величины в зависимости от цели эксперимента. Если Лос необходимо быть полностью прореагировали во время эксперимента, то концентрация озона должно быть примерно в 10 раз выше, чем концентрация Лос чтобы убедиться, что озон-в избытке. Включите монитор концентрации озона и подключить к компьютеру монитор озона. Использование программного обеспечения ридер терминала для доступа к индикации мониторинга озона и сохранить данные, полученные от озона монитора (рис. 2). После стабилизации концентрации озона, выполните эксперименты. 2. частица производство реактора трубки потока Регулировка времени пребывания Отвинтите колпачок на конце трубы реактора потока регулировать положение подвижных сэмплер, трубы внутри реактора трубки потока. Измените различные позиции движимого сэмплер, впоследствии трубки для достижения различных резиденции раз от 3 s до 38 s10. Во время каждого эксперимента измените положение подвижных сборники для регулировки время пребывания производится внутри реактора трубки потока частиц. Положение подвижных сборники в начале потока реактора трубки (0,10 м от входа газа) для получения кратчайшее время пребывания (3 s). Положение подвижных сборники в конце потока реактора трубки (1,30 м от патрубок газа) для получения длинный время пребывания (38 s). Контроль температуры для производства частиц Дом реактора трубки потока в контролируемой температурой, двустенные, водяной рубашкой коробки из нержавеющей стали. Выполните проверку утечки и проверить уровень воды до каждого ряда экспериментов. Установите температуру термостата в термостат воды до 20,0 ° C.Примечание: В ходе эксперимента Температура не более 0,1 ° c. Включите в главный компьютер программное обеспечение для записи температуры и установите время выборки данных до 10 s (Рисунок 3). Датчик температуры расположен в центральной точке трубки потока. Начните запись температура, измеренная от датчика температуры при повороте на кнопку записи . Запись температуры для 4-6 ч. стабилизация температуры перед выполнением эксперимент.Примечание: Колебания температуры потока реактора трубки меньше, чем ± 0,1 ° C в течение 24-часового периода. Система контроля давления Подключите монитор давления на выходе трубы потока через соединитель ¼ дюйма и главный компьютер Включите программное обеспечение монитора давления (рис. 4), а затем выберите файл | Новые | Образец time Interval интервал выборки равным 10 s. Нажмите на Общей точки данных для задания длины выборки 36000 пунктов. Нажмите OK для записи данных.Примечание: Давление на выходе остается в пределах ± 0.01-банкоматы во время 24-часового периода, предполагая, что давление в пределах потока трубка является стабильной. 3. характеристика населения производимых частиц потока реактора трубки Номер диаметр дистрибутивов Подключение на выходе из реактора трубки потока к сканирования мобильность частиц Сайзер (SMPS), электростатического стойкие трубы. Аналогичный документ также может использоваться для измерения числа диаметр распределений вместо ИПКТ.Примечание: Подробные оперативные процедуры или устранение ИПКТ можно найти в его руководстве. Запустите программное обеспечение, которое записывает номер Диаметр распределения. Создайте новый файл, щелкнув Создать новый файл. Задайте каждый параметр, показанный на рисунке 5. Запишите номер Диаметр распределения частиц, выходе реактора трубки потока, нажав на кнопку OK . Контроль относительной влажности Подключите два отверстия барботер воды к два контроллера массового расхода (МАЗК), с тем чтобы регулировать влажность воздуха оболочка в трубу потока. Отрегулируйте скорость потока двумя вводами от sLpm 0-10, с тем чтобы изменить относительная влажность воздуха оболочкой от 95%. Подключите выход барботер воды к оболочка воздуха на входе трубки проницаемой мембраны. Подключение на выходе из реактора трубки потока основной выборки к входу же проницаемой мембраны трубки. Подключите датчик относительная влажность (RH) к розетке проницаемой мембраны трубки для измерения относительной влажности воздуха выборки. Запустите RH, измерительные программы, нажав на кнопку Пуск , ввести имя файла и нажав кнопку сохранить запись RH данных. Масса и коэффициент динамической формы частиц сом Подключение на выходе из установки контроля относительной влажности воздуха к входу дифференциального мобильности анализатора (DMA) с 3 ноги длинней электростатический стойкие трубы. Подключите выход DMA к входу APM инструмента по один футов длиной электростатический стойкие трубы. Подключите выход APM к конденсации счетчик частиц (КПК).Примечание: Подробные оперативные процедуры или неполадок DMA и КПК можно найти в его руководстве. Включите инструмент APM и поле управления APM, нажав кнопки соответствующего питания. Нажмите кнопку пульта на поле управления APM так, что инструмент может эксплуатироваться с программного интерфейса на компьютере. Включите программное обеспечение управления APM. Загрузите файл предустановленных сканирования, нажав кнопки файла и нагрузки (рис. 6). Нажмите на кнопку Пуск программного обеспечения управления APM, так что инструмент APM начинает сбор данных. Сбор частиц из реактора трубки потока Подключите выход трубки потока к пробоотборника аэрозоля нанометр (NAS), три футов длиной электростатический стойкие трубы. Очистите кремниевой подложке (премьер класс, Ω∙cm сопротивление 1-10) из цикла метанола, воды, и снова метанола. Сухой субстрат с помощью нежный поток азота. Место уборка субстрата на электрод NAS. Закрепите края подложки с лентой, чтобы держать его стабильным во время коллекция22. Поверните на NAS. Установите напряжение на-9.9 кв. Установите скорость потока до 1,8 л. Включите инструмент выборки для запуска для 12-36 ч. После этого, удалите кремниевой подложке, загружен с собранных частиц от NAS. Анализ дальнейших частиц на подложке, таких как морфология SEM7 или поверхности анализа9.

Representative Results

В таблице 1 приводится матрица условий реакции. Существует широкий спектр числа и массовые концентрации органических вечера, которые могут быть произведены в зависимости от выбранного α-пинена и концентрации озона13. Например, как показано в таблице 1, когда концентрация озона составляет 43 промилле, различной концентрации α-пинена 0.125-100 ppm может производить (4,4 ± 0,6)5 × 10 (9,1 ± 0,3) × 106 particles∙cm3 и массовых концентраций 101 104 µg∙m-3, соответственно. Эволюция динамических характеристик населения частицы могут быть изучены внутри реактора трубки потока. Посредством видео-демонстрации был проведен эксперимент с использованием 50 ± 1 ppm озона и 125 ppb α-пинена. Продольное положение пробоотборника частиц внутри трубы поток допускается отбор проб в разное время от 3.0 ± 0,2 до 38 ± 1 s. Рисунок 7 показывает число Диаметр распределения населения частиц аэрозоля для этого эксперимента. С время пребывания увеличивается общее число концентрации и режим диаметр частиц. За время пребывания 3 s, не частицы были обнаружены. Для времени проживания частиц населения был получен и измеряется. Режим диаметр увеличился с менее 10 Нм до около 50 Нм для увеличение времени удержания от 17 ± 0.5 s до 38 ± 1 s. Соответствующий номер концентрации увеличилась с (8.6 ± 0,5) × 104 см-3 (2.56 ± 0,07) × 105 см3. Примеры номер массовых распределений, записывались в трех реплицировать эксперименты по APM установки показаны на рисунке 8. Массы и мобильность диаметров частиц были использованы для вычисления динамическая форма фактор, χ, через частиц субпопуляция. Χ динамическая форма фактор это соотношение сил сопротивления на фактической частиц, разделенных перетаскивания силы сталкиваются сфере тома эквивалент23. Форму факторов почти сферических частиц подход единства, тогда как высоко несферические частицы имеют значительно больше факторов формы. На рисунке 9 показана динамическая форма факторов частиц, выход потока труб различных диаметров мобильность и уровень влажности. Для значений соответствующих χ < 5% RH были 1,21 ± 0,02, 1.09 ± 0,02 и 1,08 ± 0,02 (один Сигма неопределенности), предполагая, что частица населения состоят главным образом из не сферических частиц. Как было увеличено RH, χ сократился для всех трех народов, достигнув окончательное значение 1.02 ± 0,01 на 35% RH и соответствующие в пределах неопределенности для сферических частиц. На рисунке 10 показаны изображения SEM частиц, подвергается < 5% RH (левая колонка) и 80% RH (правая колонка). Изображения показывают, что несферические частицы стал раунда после воздействия высокой RH, как обсуждалось подробно Zhang et al. 7. выше результаты показывают, что реактор трубы поток может выполнять различные виды анализа онлайн и оффлайн. Рисунок 1 . Принципиальная схема системы реактора трубки потока. Красные линии показывают поток, содержащий озона, светло голубой линии показывают поток, содержащий α-пинена, и темно синие линии показывают поток органических вечера. APM-системы состоят из DMA, APM и КПК, которые соединены вместе. Ранее эта цифра появилась в Shreatha и др. 13 и воспроизводится здесь с разрешения. Рисунок 2 . Графический пользовательский интерфейс для озона, мониторинг и запись программы. Рисунок 3 . Графический пользовательский интерфейс для температуры, мониторинг и запись программы. Рисунок 4 . Графический пользовательский интерфейс для давления, мониторинг и запись программы. Рисунок 5 . Графический интерфейс пользователя для программы распределения числа диаметр. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 6 . Графический интерфейс пользователя для программы APM. Рисунок 7 . Размер распределение населения частиц из потока трубки на разных пребывания реагирующих. Общее число концентрации для каждого размера распределения являются 1.69 × 10-1, 7,50 × 103, 8,58 × 10-4, 2.00 × 105, 2,33 × 105и 2.56 частиц5 × 10-см-3 для резиденции раза 3, 10, 17, 25, 32 и 38 s, соответственно. Затененные участки являются стандартное отклонение распределения частиц по размерам. Ранее эта цифра появилась в Shreatha и др. 13 и воспроизводится здесь с разрешения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 8 . Пример номер массового распределения, измеренных с использованием DMA-APM-системы. Показано, что результаты трех реплицировать экспериментов показывают воспроизводимость. Двух Сигма неопределенности представлено погрешностей, которые приблизительно того же размера, как маркеры данных. Линии представляют подходит нормального распределения данных. Абсциссе рассчитывается на основе скорости вращения APM и напряжения между стенками цилиндров APM. Частицы, в сюжете были произведены из α-пинена 700 млрд и 14 ppm озона. Диаметр центральной мобильности 126.0 Нм был выбран DMA. Эта цифра появилась ранее в Zhang et al. 7 и здесь воспроизводится с разрешения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 9. Коэффициент динамической формы для увеличения влажности. Группа A: частиц производится из α-пинена и 14, 25 и 30 ppm озона 700 млрд для населения частиц диаметром Центральной мобильности 126.0, 175.0 и 190,0 Нм, соответственно. Время экспозиции для относительной влажности был 310 s. Планки погрешностей в каждой панели представляют собой два Сигма стандартного отклонения. Эта цифра появилась ранее в Zhang et al. 7 и здесь воспроизводится с разрешения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры. Рисунок 10. SEM изображения частиц получены из α-пинена 700 млрд и пробы для диаметра центрального мобильности 180.0 Нм. Аэрозольных частиц были собраны на кремний субстрат для 12 h и затем покрытые 5 Нм Pt/Pd. Напряжение для электронного пучка был 5 кв и рабочее расстояние был 2,3 мм. колонка 1 показывает димер, тример и высшего порядка агломератов гранулированных мономеров для < 5% RH. Красные круги определяют мономеров. Колонка 2 показывает почти сферических частиц, которые были собраны после воздействия до 80% RH следуют сушки для < 5% RH. Эта цифра появилась ранее в Zhang et al. 7 и здесь воспроизводится с разрешения. O3 (ppm) 0.15±0.02 0.9±0.1 5.7±0.2 43±1 194±2 Α-пинена (ppm) 0.125 ± 0,003 Высококонцентрированные num. 0 (1±1) × 102 (1.0±0.6) × 10-5 (4.4±0.6) × 10-5 (3.2±0.2) × 10-5 Высококонцентрированные Mass. 0 (3±5) × 10-2 15±5 11±3 20±2 Режим диаметр 0 22±4 60±5 35±3 34±2 St. отклонение Geo. Н/Д 1.2 1.3 1.3 1.5 1.00 ± 0,03 Высококонцентрированные num. 0 (3.1±0.9)2 × 10 (1.5±0.2) × 10-5 (5.5±0.2) × 10-5 (5.8±0.4) × 10-5 Высококонцентрированные Mass. 0 (9±3) × 10-3 61±9 (52±0.1) × 102 (66±0.1) × 102 Режим диаметр 0 33±7 86±6 84±3 85±19 St. отклонение Geo. Н/Д 1.3 1.4 1.5 1.7 10,0 ± 0. 3 Высококонцентрированные num. (2±2) × 101 (4.0±0.2) × 10-5 (6.0±0.7) × 10-5 (6.3±0.7) × 10-5 (1.8±0.2) × 106 Высококонцентрированные Mass. 0* (1.6±0.2)2 × 10 (2.5±0.2) × 10-3 (1.19±0.02) × 10-4 (1.57±0.02) × 10-4 Режим диаметр 8±9 81±2 147±9 245±38 155±5 St. отклонение Geo. 1 1.4 1.4 1.4 1.5 100 ± 3 Высококонцентрированные num. (4.4±0.3) × 10-5 (8.3±0.3) × 10-5 (8.3±0.4) × 106 (9.1±0.2) × 106 (1.3±0.02) × 10-7 Высококонцентрированные Mass. 35±3 (8.6±0.1)2 × 10 (1.3±0.1) × 10-4 (1.6±0.04) × 10-5 (4.0±0.1) × 10-5 Режим диаметр 48±2 88±5 134±8 262±12 334±4 St. отклонение Geo. 1.4 1.6 1.5 1.7 1.9 Таблица 1. Номер концентрации (см-3), массовые концентрации (мкг м-3), режим диаметр (Нм) и стандартное отклонение геометрических диаметр частиц, производимых озонирование α-пинена. Плотность материала 1200 kg∙m3 используется для преобразования тома концентрации массовых концентраций и время пребывания 38 s для всех экспериментов. * Хотя были частицы, Массовая концентрация было ниже предела обнаружения. Эта таблица ранее появился в Shreatha и др. 13 и воспроизводится здесь с разрешения.

Discussion

Изменяя условия в реакторе трубки потока, может производиться широкий диапазон SOA частиц с массовых концентраций и четко определенных чисел. Механизм роста также может быть изменено между конденсационные роста и режимы коагуляционное роста, образуя частицы с различной формы. Важнейшие шаги в протоколе включают поддержание относительной стабильную температуру реактора трубки потока и стабилизации концентрации озона из генератора озона. Важно также отметить, что положение подвижных инжектор необходимо тщательно регистрируется каждый раз, так что время пребывания будет оставаться же когда повторить эксперименты.

Если концентрация частиц из реактора трубки потока, как представляется, быть разными, чем ожидалось, может выполняться несколько процедуры устранения неполадок. Герметичный изучения реактора трубки поток может выполняться в первую очередь. После герметичные экзамен число диаметр измерительных приборов необходимо проверить для того чтобы исключить все потенциальные возможности неисправности например засорения на входе и истощение 1-бутанол решения для КПК.

Следовательно реактора трубки потока, описанные выше является полезным инструментом для изучения физико-химических свойств и эволюция органических аэрозолей, охватывающих широкий спектр концентраций. По сравнению с другими системами генерации аэрозоля, реактора трубки потока можно быстро создать аэрозольных частиц для целого числа частиц и массовые концентрации13, который является особенно полезным в месса загрузки выборки. Реактора трубки потока также оснащен подвижной сэмплер, позволяя исследование эволюции и роста частиц аэрозоля. С другой стороны реактора имеет время относительно короткого пребывания и относительно высокой прекурсоров концентрации, которая ограничивает его способность имитировать условий закрыть для окружающего реакции. Будущей работы, с участием реактора трубки потока является добавление ультрафиолетового освещения на внутренние стены, чтобы фото окислительные реакции может осуществляться внутри реактора трубки потока. Имеются планы для других Лос реактивы, таких как β-кариофиллен и лимонен, чтобы быть изучены также24.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Этот материал основан на работе, поддержке Национального научного фонда окружающей среды химических наук программа в Отдел химии под Грант № 1111418, атмосферное-GeoSciences дивизия США Фонд национальной науки (NSF) под номер гранта 1524731, а также Гарвардский факультет издание премии. Мы признаем Mona Shrestha, Адам Bateman, Пэнфэй Лю и спинная Кувата полезные обсуждения и оказания помощи с экспериментов.

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

References

  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
Cite This Article
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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

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

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image