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

Yue Zhang; Zhaoheng Gong; Suzane de Sa; Adam P. Bateman; Yingjun Liu; Yongjie Li; Franz M. Geiger; Scot T. Martin

doi:10.3791/55685

JoVE Journal > Environment

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

Environment

Üretim ve Harvard çevre odası organik partikül madde ölçümü

Published: November 18, 2018

doi:

10.3791/55685

Yue Zhang^1,2, Zhaoheng Gong¹, Suzane de Sa¹, Adam P. Bateman¹, Yingjun Liu¹, Yongjie Li¹, Franz M. Geiger³, Scot T. Martin^1,4

¹School of Engineering and Applied Sciences,Harvard University, ²Department of Environmental Science and Engineering, Gillings School of Global Public Health,University of North Carolina, ³Department of Chemistry,Northwestern University, ⁴Department of Earth and Planetary Sciences,Harvard University

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

Not: Anahtar ölçülen çevre parametreleri Ozon (ozon analizörü), Hayır içerir ve NO2 (NOx Çözümleyicisi), bağıl nem (RH sensör), sıcaklık (tür K ısıl) ve diferansiyel basınç çanta ve odası arasında. Araç Marka malzemeler tablo listelenir. Araçlar tarafından ölçülen çevre parametreler istikrarlı ve deneyler başından önce tasarım gereklilikleri içinde olmalıdır. Çevre odası bir görüş bildirme sistemi sürekli olarak izlemek ve çevre parametreleri, bir deneme seyri boyunca gereksinimleri içinde kadın denetimleri ayarlamak için kullanır. 1. başlamak yordamları Parametreleri ayarlama ve oksidanlar enjeksiyon Geribildirim sistemi (PID) tarafından çevre odası fiziksel parametrelerini ayarlamak. Diferansiyel basınç 4’e ayarlayın Pa (30 mTorr). Basınç çok yüksek veya çok düşük olduğunda, solenoid valfi açar veya kapatır. basınç ayarlama aralığı içinde çanta ayarlamak için. Ozon Jeneratör bir ultraviyole lamba kuru havada geçirilerek ozon akışı oluşturmak için açın. Akış hızı son ozon konsantrasyonu HEC içinde 100 App ulaşmak için 0,1 sLpm için ayarlayın. Ozon monitörde açın ve ilgili yazılımı etkinleştirmek. Bağıl nem çanta belirlenen değerlere ayarlayın. Belirli bu deneyde, RH kullanın ama RH düzeyini değiştirebilirsiniz < %5 ila % 80. RH sensör ve geribildirim kontrol sistemi, bağıl nem çantada kuru ve nemli hava akış oranını ayarlayarak sabit tutmak. Kuru hava tedarik sıfır hava ücretsiz hidrokarbonlar, su (RH < %1) ve azot oksitleri üretir saf Hava jeneratör tarafından sağlanır. Nemli hava akışını yakınındaki doymuş hava akışı oluşturmak için yüksek saflıkta su (18 MΩ cm) yoluyla kabarcıklanma kuru hava tarafından hazırlanıyor. Oda sıcaklığını ayarla 25,0 ±0.1 ° C. Bir iç Klima plenumu paslanmaz çelik tavan belirlenen değerleri içinde sıcaklığı tutmak geribildirim kontrol sistemleri ile havada eşit olarak dağıtır. Kararlı olmak çevre diğer parametreler için ve tasarım gereksinimlerini içinde bekleyin. Alıcılar araçların çevre odasına bağlayın. Geliştirilen yazılım Başlat düğmesini tıklatarak başlatın. Geribildirim kontrol (Şekil 2) entegre geliştirilen yazılım üzerinde görüntülenen gerçek zamanlı verileri kontrol edin. Tüm aletleri üzerinde açın ve onları tamamen ısınmak bekleyin. 2. tohum parçacık üretimi Not: tohum parçacık enjeksiyon öncesinde ilk parçacık konsantrasyonu 1 cm-3değil. Sülfat tohum parçacıkların üretim Monodisperse yarı kuru sülfat parçacıkların torba, hem daha iyi ortam koşulları simüle etmek için hem de ikincil organik maddeler condensational büyümesi için aracı olarak hareket etmek içine enjekte. Tohum parçacıklar enjeksiyon aşağıdaki gibi yapılır. Amonyum sülfat (0,01 g) yüksek saflıkta su (18 MΩ∙cm) 100 mL volumetric flask (NH4) 2SO4 çözüm (0.1 g∙L-1) hazırlamak için geçiyoruz. Bir atomizer (NH4) 2SO4 aerosol parçacıkları 3 sLpm akış hızında üretmek için kullanın. Bağıl nem getirmek için aerosol aracılığıyla akış bir difüzyon kurutma makinesi (silika jel) aşağı % 10 geçmek. Tohum parçacık seçimi ve çanta enjeksiyon İki kutuplu bir şarj cihazı (85Kr) ile sprey akışı geçmek ve fark hareketlilik Analyzer (DMA) boyutuna seçen ve yarı monodisperse dağıtım tarafından Elektrik hareketlilik hazırlamak. İletim işlev 10:3 DMA içinde bir kılıf sprey akışı kullanarak genişledi. DMA çıkmadan parçacıklar seçili Elektrik hareketlilik çapı 50’den 150 değişir nm bağlı olarak deneme. Tipik sayı toplama aralıkları 4.000 8.000 cm-3. Yarı monodisperse aerosol çanta 3 sLpm bir debi ile beslemesi. Çanta bir tarama hareketlilik parçacık Sizer (SMPS) kullanarak çıkmadan parçacıklar izlemek. Kararlı olmak için tohum parçacıkların boyutu dağılımı için bekleyin. Parçacık kaybı nedeniyle bükme boru statik yükleri çanta üzerinde olduğu gibi çok az, özellikle parçacıklar boyutları için de bu deneyde kullanılan (100’den daha büyük nm)29,30. 3. Gaz faz öncüleri enjeksiyon Enjeksiyon gaz fazlı kara filmin tarih öncesi Bir şırınga 1.00 mL izopren çözeltisi çekmek için kullanın. Şırınga üç kez son geri çekilme önce çözüm ile yıkayın. Şırınga bir şırınga enjektör yerleştirin. Bir lastik conta ile iğne ucu yuvarlak alt kabı (25 mL) yerleştirin. Şişeye 90 ±1 ° C teyp Isıtma tarafından ön ısı. Şırınga enjeksiyon açın ve uygun bir değer (1.1-4.4 μL∙min-1) ayarlayın. Habercisi gaz fazlı konsantrasyon şırınga enjeksiyon hızı kontrol ederek farklı deneme için ayarlanır. Uzun deneyler için gerektiği gibi şırınga yenileyin. 2 sLpm buharlaştırmak ve uzak yuvarlak alt şişeye enjekte izopren taşımak için saflaştırılmış hava akışını tanıtmak. Hava akışını şırınga ucunda sesil damlacık damlama balonun içine yerine buharlaşmış yeterli büyüklükte. Sonuç olarak, gaz faz habercisi konsantrasyonu sabit kalır. Ultraviyole ışıklar içinde HEC anahtarı açın. 4. enstrüman ölçümü Not: İzopren ve UV ışığı ile birlikte sülfat tohum parçacıklar üzerine ikincil organik malzemenin üretim yol açar. Çantayı çıkmadan parçacık numarası-çapı dağılımı Çantasından çıkım dayanıklı elektrostatik boru kullanarak örnek. Aerosol ölçüm yazılımı başlatın ve yanında tıkırtı üstünde A yeni dosyası oluşturyeni bir dosya oluşturun. Her parametre Şekil 3′ te gösterildiği gibi ayarlayın. Çanta yanında tıkırtı üstünde OK düğme çıkmadan parçacıklar numarası-çapı dağılımları kaydedin. Organik partikül madde kimyasal karakterizasyonu. Paslanmaz çelik torba örnekleme vanayı aç. Yüksek çözünürlüklü bir uçuş saat Aerosol kütle spektrometre (HR-ToF-AMS) örneklenmiş aerosol akışında. Veri toplama yazılımı üzerinde (Şekil 4) panelinin sol alt Al düğmesini tıklatarak başlatın. Yüksek çözünürlüklü kitle spectra organik PM deneyler saat boyunca kaydedilir. Toplam Organik kütle konsantrasyonu da elde edilir. Gaz fazlı türler karakterizasyonu PTFE Teflon tüp torba örnekleme vanayı aç. Örneklenen akışı bir Proton-Transfer-reaksiyonu uçuş zaman kütle spektrometre (PTR-TOF-MS) için yönlendirilir. Sudan daha yüksek bir proton yakınlık sahip gaz halinde olan yakıtlar türlerin kitle spectra elde edilir. PTR-TOF-Bayan PTR-Manageryazılımı Şekil 5 ‘ te gösterilen İyon kaynağı, parametre ayarlarını kullanın. Veri toplama TofDAQ Viewer yazılımı açılır menüde edinme erişme ve ardından Starttuşuna basarak başlatın. Bu yazılım sayesinde her iyon zaman dizi kaydedin. 5. deney ve çanta temizlik sonu Gaz fazlı öncüleri ve aerosol tohum parçacıklar enjeksiyon durdurmak. Birkaç gün için sürekli saf hava 40 L∙min-1 torba içine enjekte. Tüm ultraviyole ışığı aç. Ozon konsantrasyonu için 600 App ve sıcaklık 40 ° C’ye Böylece, bir saldırgan oksidasyon ortam çanta girecek birkaç gün boyunca korunur. Sayı toplama odası içinde parçacıkların daha az 0.2 cm-3 olduğunda odası temiz kabul edilir ve sonraki deneme için kullanılabilir.

Representative Results

Organik kütle konsantrasyonu HR-ToF-AMS tarafından bir deneme sırasında kaydedilen zaman dizi örneği Şekil 6′ da gösterilmiştir. Deneysel koşullar 490 App izopren ile UV ışık OH oksidan radikal sağlamak için tahrik olduğunu. Kadar 4 s kararlı duruma hakkında deneyden sonra başlangıcı ulaşıldı sonra organik PM kütle konsantrasyonu giderek arttı. Gaz fazlı organik bileşikler evrimi aynı anda+ C4H6O zaman serisi yoğunluğu büyük izopren doğar aynı deneyi altında sinyal PTR-TOF-Bayan Şekil 7 gösterildiği kullanarak incelenmiştir oksidasyon ürünleri (örneğin, metil vinil keton, methacrolein ve çeşitli organik hydroperoxides). Aydınlatma başladı sonra C4H6O+ sinyal yoğunluğu artmış ve kararlı duruma 50 dk sonra ulaşana kadar böylece devam etti. Şekiller HEC ikincil organik malzemenin zaman evrim gösterir. Enjeksiyon, tepki ve spin kararlı duruma kadar sonra AMS veri parçacıkları organik bileşikler oluşur ve zamanla organik bileşenleri konsantrasyonu artırır gösterir. PTR-MS veri üst habercisi gaz faz kaybolur ve reaksiyon başlatıldıktan sonra ilk nesil ürün türleri görünür göster. Veri Analizi online ve offline ölçümler genellikle kararlı durum dönem üzerinde odaklanın. Türler tarafından süresiz olarak stabil gaz ve parçacık faz konsantrasyonları önemli odası parametrelerdeki geribildirim denetimleriyle CMFR işleminin kullandığından bitirmek için gün gerektiren deney için fırsat vardır. Özetle, HEC atmosfer kimyası benzetimi yapmak ve böylece hipotezler sınamak için kullanılır ve hava kirliliği anlamak için ilgili önemli konularda anlayış, iklim parçacıklar ve aerosoller bile sağlığa etkileri etkiler. Resim 1 . Bir şematik akış diyagramı Harvard çevre odası (HEC). Satırları sprey akışı temsil eden. Sol kapı aynası reaksiyon koşulları izlemek için kullanılan aletler göster. Doğru kapı aynası parçacık karakterize ve faz tür gaz için kullanılan bu araçlar listelenmektedir. Bu rakam üzerinden adapte Kral vd. 26 Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Resim 2 . Eskiden monitör sıcaklık, ozon, bağıl nem ve basınç, diğer türler arasında geliştirilen program için grafik kullanıcı arabirimi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 3 . Grafik Kullanıcı arabirimini kullanarak bir SMPS numarası-çapında dağıtım kaydetmek için kullanılan yazılım. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 4 . Grafik Kullanıcı arabirimi Aerosol kütle spektrometre çalışmasına yazılım. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 5 . Grafik Kullanıcı arabirimi yazılımının Proton-Transfer-reaksiyonu kütle spektrometre (PTR-MS) kontrol etmek için Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 6 . Örnek olarak karakterize Aerosol kütle spektrometre organik PM ölçülerini. Kırmızı çizgi organik iyonları için toplam sinyal şiddeti temsil eder. Gösterilen veri sonra kısa bir süre izopren enjekte ettiler ve ultraviyole aydınlatma başladı karşılık gelir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 7 . C 4 H 6 O+ iyon sinyal yoğunluğu örneği, büyük, izopren fotoğraf-oksidasyon ölçüm Proton-Transfer-reaksiyonu kütle spektrometresi tarafından ürünü. Sinyal şiddeti 8 dk sonra aydınlatma artmaya başladı ve kararlı duruma 50dk adlı ulaştı Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Discussion

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, f_enjeksiyon, odanın içine enjekte her türün hesaplamak için kullanılabilir.

(1)

nerede c_hedef ve c_ilk her odası içinde kontrollerimiz son hedef konsantrasyonu ve kaynaktan oluşturulur kontrollerimiz başlangıç konsantrasyonu temsil eder. Sembolü f_Toplam 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. Hayır_x 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.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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.

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	National Instrument	USB-TC01
water circulator	Brinkmann	RC6

References

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

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

Zhang, Y., Gong, Z., Sa, S. d., Bateman, A. P., Liu, Y., Li, Y., Geiger, F. M., Martin, S. T. Production and Measurement of Organic Particulate Matter in the Harvard Environmental Chamber. J. Vis. Exp. (141), e55685, doi:10.3791/55685 (2018).

Automatically Generated