L'obiettivo generale di questo progetto è quello di produrre materia particolare organica nella camera ambientale e caratterizzarne le proprietà chimiche e fisiche. La Harvard Environmental Chamber è stata costruita per studiare la formazione di particolato organico e la reazione dei componenti in fase gassosa in condizioni vicine all'ambiente. Questo è il decimo anniversario delle operazioni della Camera.
La parte unica di questa camera è che è gestito come un reattore a flusso completamente misto che offre la possibilità di eseguire operazioni in stato stazionario durante i giorni. Per garantire il funzionamento dello stato stazionaria, la camera utilizza un sistema di feedback per controllare importanti parametri della camera e mantenerli stabili. Possiamo condurre varie misurazioni online e offline che richiedono giorni per finire perché le concentrazioni delle specie in fase gassosa e particellare rimangono stabili indefinitamente.
La Harvard Environmental Chamber, si compone di tre parti. La prima parte sono le aree di semi di generazioni e il sistema di generazione di composti organici volatili. La seconda parte è la camera ambientale stessa, e la terza parte è lo strumento che analizza questo sistema.
L'uso di particelle di semi, nelle reazioni alla Harvard Environmental Chamber, è una tecnica critica, che permette una generazione stabile, di materiali organici in fase particellare. Scegliamo specificamente i sali inorganici come particelle di semi e nelle reazioni saranno rivestiti con materiali organici. In seguito facciamo analisi dei dati sui materiali organici, e poiché scegliamo sali inorganici, l'interferenza delle particelle di semi può essere ridotta al minimo.
Uno degli strumenti che usiamo qui nel nostro laboratorio, è un tempo di volo ad alta risoluzione aerosol spettrometro di massa, o per breve AMS. È uno strumento mercelizzato da Aerodyne Research, e al giorno d'oggi è ampiamente utilizzato sia negli studi di laboratorio che sul campo, compresi i dispiegamenti di aerei. L'AMS fornisce misurazioni in tempo reale della composizione chimica delle particelle non refrattarie, e può anche essere utilizzato in una modalità che fornisce informazioni sulla dimensione delle particelle misurando il tempo di volo delle particelle.
Quindi, combinando le informazioni sulle dimensioni e le informazioni sulla composizione chimica dagli spettri di massa, possiamo ottenere distribuzioni di ionomeri di massa per gli ioni misurati. I parametri ambientali misurati chiave includono ozono, NO e NO2, umidità relativa, temperatura e pressione differenziale tra il sacchetto e la camera. Impostare i parametri fisici della camera ambientale in base al sistema di feedback.
Impostare la pressione differenziale su quattro Pascal o 30 mini Torr. Accendere il generatore di ozono per generare flusso di ozono passando l'aria secca attraverso una lampada ultravioletta. Impostare la portata su 0,1 litri standard al minuto.
Impostare l'umidità relativa del sacchetto sui valori designati. Impostare la temperatura della camera su 25 più o meno 0,1 gradi Celsius. Collegare le entrate degli strumenti alla camera ambientale.
Avviare il software autoprodito facendo clic sul pulsante Start. Controlla i dati in tempo reale visualizzati sul software auto-sviluppato che integra il controllo del feedback. Accendi tutti gli strumenti e attendi che si il riscaldamento completo.
Sciogliere il solfato di ammonio in acqua ad alta purezza in vetro volumetrico da 100 millilitri per preparare una soluzione di solfato di ammonio. Utilizzare un atomizzatore per produrre particelle di solfato di ammonio ad una portata di tre litri standard al minuto. Passare il flusso di aerosol attraverso un essiccatore di diffusione per portare l'umidità relativa al 10%Passare il flusso di aerosol attraverso un caricabatterie bipolare e un analizzatore di mobilità differenziale per ridimensionare selezionare le particelle e preparare una distribuzione quasi monodispursata dalla mobilità elettrica.
Utilizzare una siringa per prelevare un millilitro di soluzione di isoprene. Risciacquare la siringa tre volte con la soluzione prima del ritiro finale. Posizionare la siringa in un iniettore di siringhe.
Inserire la punta dell'ago attraverso una guarnizione di gomma in un pallone dal fondo rotondo. Preriscaldare il pallone a 90 più o meno 1 grado Celsius riscaldando il nastro adesivo. Accendere l'iniezione di siringa e impostarla su un valore appropriato.
La concentrazione della fase gassosa del precursore viene regolata per diversi esperimenti controllando il tasso di iniezione della siringa. Per lunghi esperimenti, aggiornare la siringa in base alle esigenze. Introdurre un flusso di due litri standard al minuto di aria purificata per vaporizzare e trasportare l'isoprene iniettato nel pallone dal fondo rotondo.
Il flusso dell'aria è abbastanza grande che la goccia di sessile sulla punta della siringa viene vaporizzata invece di gocciolare nel pallone. La combinazione di isoprene e luce UV porta alla produzione di materiale organico secondario. Avviare il software di misurazione aerosol e creare un nuovo file facendo clic su Crea un nuovo file.
Ogni parametro viene impostato come mostrato. Registrare le distribuzioni del diametro del numero di particelle che escono dal sacchetto facendo clic sul pulsante Ok. Misurare il flusso di aerosol utilizzando un tempo ad alta risoluzione di spettrometro di massa aerosol di volo.
Avviare il software di acquisizione dati premendo il pulsante Acquisisci in basso a sinistra del pannello. Gli spettri di massa ad alta risoluzione del PM organico sono registrati durante il corso del tempo degli esperimenti. Si ottiene anche la concentrazione totale di massa organica.
Aprire il valore di campionamento di un tubo in teflon PTFE all'interno della borsa. Il flusso campionato è guida ad un tempo di reazione di trasferimento protonico dello spettrometro di massa di volo. Le impostazioni dei parametri della sorgente ionica dello spettrometro di massa di trasferimento protonico dello spettrometro di massa di volo sono mostrate in questo video.
Avviare l'acquisizione dei dati accedendo al menu a discesa Acquisizione, nel primo piano del software e quindi premendo Start. Registrare le serie temporali di ogni ione tramite questo software. Interrompere l'iniezione dei precursori della fase gassosa e delle particelle di semi di aerosol.
Per diversi giorni, iniettare continuamente aria pura a 40 litri al minuto nella borsa. Accendere tutte le luci ultraviolette. Impostare la concentrazione di ozono su 600 parti per miliardo e impostare la temperatura a 40 gradi Celsius.
In questo modo, un ambiente di ossidazione aggressivo viene mantenuto per diversi giorni per pulire la borsa. I dati acquisiti dallo spettrometro di massa aerosol vengono registrati ed elaborati. Le condizioni sperimentali sono 490 PPB di isoprene con luci UV accese per fornire il radicale OH come ossidante.
La concentrazione di massa di materiali organici secondari stava aumentando all'inizio dell'esperimento e dopo circa quattro ore ha raggiunto uno stato stazionario. La trama suggerisce che la camera ambientale è in grado di produrre SOM dai precursori dei gas. L'evoluzione dei composti organici in fase gassosa all'interno della camera può essere studiata utilizzando il PTRTOFMS.
Un esperimento di esempio sull'ossidazione fotografica dell'isoprene è stato condotto con circa 16 PPB di isoprene messi continuamente nella camera. La figura mostra le serie temporali del C4H6O+ion uno dei principali prodotti di ossidazione dell'isoprene misurati dal PTRTOFMS. All'inizio dell'esperimento, non c'era luce UV all'interno della camera.
A circa otto minuti, la luce UV è stata accesa e c'è stata una chiara tendenza dell'aumento del C4H8O + ione. Dopo circa 50 minuti, la reazione raggiunge lo stato stazionario. Gli studi a camera di laboratorio sono molto importanti nel campo della scienza degli aerosol o, più in generale, delle scienze atmosferiche e questo perché ci permettono di simulare e indagare, in modo controllato, i complessi fenomeni chimici e fisici che si verificano nell'atmosfera.
Gli studi chambered hanno notevolmente contribuito a sviluppare la nostra comprensione della formazione e dell'evoluzione degli aerosol organici secondari, ad esempio SOA, che sono una componente dominante del particolato su base globale. Quindi, i dati provenienti da questi studi da camera, esaminando le domande relative alla SOA, sono stati utilizzati per guidare lo sviluppo di meccanismi chimici e sono stati utilizzati anche nelle parametrizzazioni per la formazione e l'evoluzione soa nei modelli.
