Analiza substancji chemicznej atmosferycznych aerozoli

Wprowadzenie

Aerozol jest zgromadzeniem płynu albo stałych cząstek których

jest zawieszony w lotnym środku wystarczająco długo by umożliwić

obserwacja i pomiar. Atmosferyczny aerozol

w ten sposób opisuje system cząstek zawieszonych w naszym

atmosfera. Ogólnie, wielkości aerozolu cząstki są

zasięg 0.001-100 ?m. Wzięte próbki cząstki aerozolu są też

zadzwoniona cząsteczkowa sprawa (PM). Według odcięcia użył

podczas brania próbki, przyrostek często jest użyty, w ten sposób, PM10 wskazuje

wszystkie cząstki aerozolu z aerodynamiczną średnicą cząstki

d?10 ?m. Prawne normy większości są wiązać się z PM10.

Atmosferyczne aerozole są zainteresowania głównie ponieważ z

ich skutki na zdrowiu i klimacie. Dotycząc zdrowie,

wiele epidemiologicznych studiów pokaż związek pośrodku

powiększyła się śmiertelność / zachorowalność i powiększył się PM10 albo PM2.5

(zobacz [1] i odniesienia w tym). Dotycząc klimat,

niewielka ilość cząstek aerozolu i wchłoń rozjaśnić się { rozpoznany jako

bezpośredni skutek na klimacie) i zmodyfikuj własności chmury { z

rozmaitość skutków znanych jako pośrednich skutków) [2]. Te

skutki są wpłynięte przez substancję chemiczną i fizyczny

własności cząstek aerozolu, które cząstki robi te

własności ważne, by być zmierzony. W dodatku ,

kompozycja substancji chemicznej ujawnia informację o źródłach

atmosferycznych aerozoli. W ten sposób, dla optymalnego złagodzenia

procesy chemiczne potrzeby kompozycji, by zostać rozpoznany.

Liczba 1 przedstawia przeciętna chemiczna kompozycja z

PM10 od Zurich (dane od [3]). Pierwiastkowy węgiel (EC),

mikroelementy i kurz minerału są tak zwany warunkiem zasadniczym

wyborcy aerozolu, i.e., oni bezpośrednio są wyemitowani do

atmosfera w cząsteczkowej formie. Z drugiej strony , azotan

i siarczan tylko jest utworzony w atmosferze przez

utlenianie lotnego gatunku NOx { i.e., suma NO i

NO2) i SO2 do azotowego i siarkowego kwasu i dalszy

neuralizacja amoniaku. Te komponenty są w ten sposób

zajrzał wtórny. Organiczna sprawa (OM) jest skomponowany z

organiczny węgiel (OC), który zawiera rozmaitość heteroatoms

takie jak tlen, wodór, albo azot. Konwersja

czynnik dlatego jest użyty, by obliczyć OM od zmierzony

Koncentracja OC. OM może być z najważniejszym albo najbardziej wtórnym

początek. Suma OM i EC też są zadzwonione carbonaceous

aerozol. Nieznany ułamek składa się z znacznego

ilość woda [3].

Kiedy źródła nieorganicznych wyborców są całkiem

dobrze rozpoznany, bardzo mało nadal jest rozpoznany o substancji chemicznej

kompozycja OM. Ten papier dlatego skupia się na

analiza substancji chemicznej OM i zawiera dyskusję z

najważniejszy przeciw wtórnemu i antropogenicznemu przeciw biogennemu

węgiel.

Carbonaceous aerozol

Bardzo dużo indywidualnych mieszanin są obecni w

OM: Al et Hamilton. [4] odizolował więcej niż 10,000 różny

mieszaniny od próbki aerozolu przez prostokątny gaz

chromatografia (GC × GC) dobrał do czasu lotu

spektrometr masy (ToF - Pani). Jednakże, tylko mały

ułamek mieszanin właściwie został zidentyfikowany i został określony ilość.

Jako pokazany przez grupę Cass Doliny { Caltech,

Pasadena) w 1990s, typowo tylko około 20%

całkowity OM może zostać zidentyfikowany (e.g., zobaczyć [5]). To jest częściowo spowodowane

do ostatnio odkrytego faktu, że organiczne mieszaniny skłaniają się

do oligomerize [6]. W tym procesie, dużych cząsteczkach z

molekularna waga, aż 1,000 Transu jest utworzony, który może

Odbytowy Chem Bioanal (2008) 390:277-280

DOI 10.1007 / s00216-007-1687 - z

U. Baltensperger (*) : S. A. H. Prévôt

Laboratorium Atmosferycznej Chemii, Paweł Scherrer Institut (PSI),

5232 Villigen, Szwajcaria

e-mail: [e-mail]

nie bądź dostępny do tradycyjnych metod analizy. W ten sposób, nowy

metody są potrzebowane, którzy są w stanie, by analizować te

oligomers. Formacja tego oligomers jest podejrzewana do

bądź jednym z głównych powodów dla faktu który modeluje

typowo poddają się niższe organiczne koncentracje masy aerozolu

niż pomiary pola, zarówno w miejskich i odległych obszarach

[7-9]. Al et Johnson. [10] musiał powiększyć wszystko dzielenie

współczynniki między gazem i fazą aerozolu przez speciesindependent

czynnik 500, przynieść skutki symulacji z

całkowite organiczne koncentracje masy aerozolu zgodny z

skutki pola. Skutki izby smogu będą ważne dla

kwantyfikacja takich dzielących współczynników. Jednakże,

oni potrzebują zostać zrobieni w atmosferycznych koncentracjach, od

eksperymenty w wysokich koncentracjach prekursora wywołują wysokiego

(atmospherically nie związany) organiczny koncentracja masy aerozolu,

który uprawia gatunek semivolatile do

faza aerozolu, wywołując wyższe produkcje dla niewłaściwego

powód [11].

Masa substancji chemicznej bilans

Cass i współpracownicy użyły bilans masy substancji chemicznej (CMB)

analiza bazowała na substancjach wskaźnika od pomiarów emisji

aby wykonać studia przydziału źródła w rozmaitości

miejsc. Te wskaźniki zawarły hopanes i steranes

od użycia ropy naftowej w pojazdach motoru; phytosterols, lignans,

produkty phenolic od lignin i diterpenoids od

żywice w dymie lasu; cholesterol w charbroiling mięsa

dym; Wysoki molekularny - obciążają nieparzysty - nalkanes numeru węgla

w cząstkach zrzucił jako urlopy ścierają razem

wiatr i iso - i anteiso - alkanes w dym papierosa [12].

To podejście było wysoce pomyślne, ale to wycierpiało od

słabości, że wskaźniki zostały musiane, by zostać założone by być

bezwładny, i.e., nie podatny na atmosferyczną degradację

procesy i, że tylko najważniejsze organiczne komponenty aerozolu

mógłby zostać zidentyfikowany. To podejście nadal jest używane,

z znacznie rozciągniętym listą wskaźników: Subramanian

al et. [13] też rozważył, że niepewności zrzeszyły się z

photochemical starzejący i byli w stanie, by wyjaśniać emisje

z ośmiu najważniejszego źródła klasyfikuje, zawierając główny

antropogeniczne źródła takie jak pojazdy motoru, gotowanie i

spalanie biomasy jak również jakieś najważniejszy biogenne

emisje ( produkty otarcia liścia). Jednakże, wtórny

organiczny aerozol był nadal tylko pośrednio dostępny przez to

podejście, zakładając, że otaczający OC, który nie jest

przydzielił przez model CMB należy do SOA.

Rozróżnienie najważniejszego i najbardziej wtórnego organicznego aerozolu

też został zrobiony oparty na EC / OC stosunku, zakładając że OC

znalazł w nadmiarze EC / OC stosunku związanych źródeł

mógłby zostać przypisany do SOA [14]. To podejście jak również

podejście CMB skłaniało się, by wydać skutki gdzie

najważniejszy organiczny aerozol (POA) dominował. Ostatnie studia

wskaż, że to podejście często przecenia POA.

Al et Robinson. był widoczny [15] że najwięcej najważniejszy najbardziej organiczny

cząsteczkowe emisje są semivolatile. Fakt że oni

częściowo wyparuj z atmosferycznym rozrzedzaniem wyjaśnia dlaczego

tradycyjny EC / OC stosunek podejście skłaniało się by przecenić

najważniejszy ułamek. Al et Robinson. dalej było widoczne to

Zdjęcie zdjęcie - utlenianie tego niska lotność gaz gaz - faza materiału

od emisji diesla ma wysoki potencjał formacji SOA

[15]. Biorąc te skutki pod uwagę skutki znacznie

wyższe ułamki SOA i przynosi przepowiadania modelu

do lepszego porozumienia z obserwacjami.

Figa. 1 Chemiczna kompozycja PM10 od Zurich, Szwajcarii (dane od [3])

278 Odbytowego Chem Bioanal (2008) 390:277-280

Spektrometr masy aerozolu Aerodyne

Ostatnio, wiele obserwacji pola zostało otrzymane z

pomiary z spektrometrem masy aerozolu Aerodyne

(AMS). Ten instrument dostarcza online, ilościowy

pomiar całkowitej masy i wielkość rozprowadziły nonrefractory

kompozycja substancji chemicznej ambient submicron

aerozol w wysokie czasowe rozdzielenie [16]. Studia z tym

instrument zasugerują, że SOA dominuje poziomy OM, nawet w

obszary miejskie [8, 17, 18]. W większości tych studia AMS

dane były deconvolved do węglowodoru - lubić OA (HOA)

i kilka typów utleniony OA (OOA) komponentów

używając indywidualne masowe fragmenty albo połączenie tego.

HOA został link do najważniejsze emisje spalania { głównie

od paliwo kopalne) i inne najważniejsze źródła takie jak mięso

gotowanie, kiedy OOA głównie został związany z SOA.

Inne potencjalne źródło OOA jest utlenianiem POA.

Ułamek wypływający od tego procesu ma być

nieletni porównał do SOA; jednakże, to pozostaje być

wyjaśnił.

Ostatnie nowe podejście korzysta z pełnego

spektrum niż indywidualne masowe fragmenty i użycia

pozytywny factorization macierzy (PMF) zidentyfikować głównego

komponenty całkowitego organicznego aerozolu i ich źródeł

[17]. Jako skutek, kilka najważniejszych źródeł takie jak paliwo kopalne

spalanie, charbroiling, albo palenie lasu został zidentyfikowany.

Interestingly, to zbliżyć się do wywołać prawdziwe podobne źródła

jako podejście CMB Cass i współpracowników. Jednakże, w

dodatek do najważniejszych źródeł wtórny organiczny

aerozol jest teraz też dostępny. Ponadto, utlenił

organiczny aerozol mógłby zostać rozdzielony do wysoce postarzał się

ułamek, OOA ja, z niską lotnością i masowym spektrum

podobny do fulvic kwas i bardziej lotny i prawdopodobnie mniej

przetworzony ułamek, OOA II. Chwila czasowy rozwój

OOA ja ma wysokie podobieństwo do tego z siarczanu { który

nie paruje w poprawionej otaczającej temperaturze i

w ten sposób typowo pokazuje najwyższe koncentracje po południu),

czasowy rozwój OOA II jest podobny że z

azotan (który typowo osiąga maksimum podczas czasów nocy) [17].

Podobne obserwacje zasugerują, że te odkrycia mogą też

odnieś się do innych miejsc i to ma zostać oczekiwane że numer

z dalej papiery zajmą się tym aspektem. Dalej

zajmować się rozwoju skrzyżowanymi modelami receptora którymi

połącz a priori znany kompozycja źródła [19]. W ten sposób

to podejście jest mieszańcem CMB { gdzie natura z

źródło opisuje jest musiany, by zostać rozpoznany z góry) i PMF

{ gdzie nieujemna kompozycja danego numeru z

źródło opisuje może zostać oszacowany trochę a priori

wiedza). W dodatku większość studiów pola opublikowała

dotychczas został wykonany z wersją quadrupole z

AMS. To jest oczekiwane, że nowy rozwój ToFAMS

[20] dalej poprawi możliwości takiego

analizy.

Węgiel -14 analizy

Kiedy AMS wysoce obiecuje w odróżnianiu

organiczny aerozol do najważniejszych i najbardziej wtórnych komponentów, jego

ograniczenie powinno też zostać były znane. Pierwszy, jako wspomniał,

AMS tylko określa nie - uparty materiał. W ten sposób,

uparte komponenty potrzebują zostać zwrócony do z innym

metody. W dodatku , to nie jest nadal możliwe by odróżniać

antropogeniczny i biogenny SOA. Tutaj, połączenie

z węglem inna potężna metoda -14 analizą - bądź

dużo obiecujący. Te pomiary węgla - 14 z

oferta aerozolu carbonaceous okazja bezpośredniego

rozróżnienie między skamieniałością i nie - kopalnymi źródłami, e.g.,

cząsteczkowa sprawa od palenie lasu i ruch [21]: spowodowany

do jego wieku 14C zupełnie rozpadł w skamieniałości

substancje, podczas gdy nowoczesny materiał rośliny jest włączony

współczesny poziom węgla - 14 [22]. To wrodzony izotopowe

informacja charakteryzuje źródła otaczającego PM

niezależny jego historii w warunkach warunków emisji

albo atmosferyczny transport. Takie węgiel -14 pomiarów

zostać wykonany przez całkiem jakiś czas, ale tylko

dyskryminacja OC i EC przed węgiel -14

determinacja ujawnia pełną władzę tej metody: EC jest

często dominowany przez paliwo kopalne, kiedy OC typowo ma

wyższy biogenny ułamek. Te cechy nie są dostępne

w węglu -14 analizie całkowity węgiel [23].

Terminologia

Najważniejsi i najbardziej najbardziej wtórni wyborcy aerozolu nie są zawsze

użył w stałym sposobie, który często tworzy zakłopotanie.

Dlatego, tutaj dostarczamy definicji, której jak dobrze pójdzie

unika zakłopotania. Jako wspomniał powyższy, najważniejszy aerozol

wyborcy bezpośrednio są wyemitowani w cząsteczkowej formie. Chwila

ta definicja jest jasna, e.g., dla EC, potencjalnego zakłopotania

powstaje dla trybu zarodkowania, który często jest zobaczony w ruchu

emisje. Te cząstki nie zawierają sadzy i uformowują się jako

skutek spadku w temperaturze z gazy wydechowe

bez modyfikacji lotnych prekursorów przez substancję chemiczną

reakcja i nie z powodu wtórnych atmosferycznych reakcji,

i dlatego zostać musiany zostać dotyczony jako najważniejszy aerozol

[24]. Jako wspomniał powyższy, semivolatile najważniejsi wyborcy

może częściowo wyparować kiedy skutki rozrzedzania w

spadek całkowita organiczna koncentracja aerozolu [15].

Dalej potencjalne zakłopotanie wynika z POA który jest

utlenił w atmosferze. Al et Fuzzi. [25] zasugerował

dzwoniąc tego zastępcę ułamka. Jednakże, główna część z

te utleniać cząsteczki nadal zawiera oryginalną informację

od ich najważniejszej emisji, e.g., ich węgiel -14

zawartość nadal odbija ich skamieniałość albo biogenny początek. W ten sposób my

zasugeruj rezerwowanie zastępcy okresu wyłącznie dla

wyborcy aerozolu, którzy wchodzą fazę aerozolu od

Odbytowy Chem Bioanal (2008) 390:277-280 279

faza gazu w wyniku substancji chemicznej procesów transformacji.

W konsekwencji, utleniony POA powinien być nazywany postarzał się najważniejszy

organiczny aerozol i nie SOA.

Widok

Wyraźnie oprzyrządowanie, które stało się uchwytne w

ostatnie lata oferuje wysoce interesujący nowy sposób dla źródła

przydział organicznych aerozoli. Alternatywne ostatnie rozwoje

w zwracających technikach jak H - NMR, spektroskopia

w różnych długościach fali zawierających synchrotron

promieniowanie i LC - Pani powinna dalej zostać zbadana w połączeniu

z metodami dyskutowanymi tutaj. Całkowity, jest

dużym pozostawanym dylematem: kiedy węgiel -14 punktów analizy do

duży biogenny ułamek organicznego węgla i specjalnie z

jego wodny - rozpuszczalny ułamek [22, 26], drugi ukazuje się by być

wysoce znalazł w korelacji z antropogeniczne wskaźniki [26]. Aby rozwiązać

ten dylemat, metody odróżniać antropogeniczny i

biogenny SOA, który uwzględnia wyższe rozdzielenie czasu niż

Węgiel -14 analizy byłoby wysoce korzystną.

Uznanie Ta praca została poparta przez Szwajcara Narodowego

Założenie nauki, szwajcarskie Federalne Biuro dla Środowiska jako

dobrze jako europejskie projekty Komisji ACCENT, EUCAARI,

EUROCHAMP i POLYSOA.

---