Name: Automatisierte, hochauflösende Mobilsammelsystem für die Stickstoffisotopenanalyse von NO x (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-20T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 14 s
Description: Erfahren Sie eine automatisierte Methode zur Stickstoffisotopenanalyse von NOx für die atmosphärische Chemie. Dieses hochauflösende Sammelsystem ermöglicht die effiziente Erfassung und Quellenverfolgung von Stickstoffoxiden im Feld.

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PKW möchte sich bei der Voss Environmental Fellowship an der Brown University für die Finanzierung und Unterstützung bedanken. Diese Forschung wurde durch einen CAREER Award der National Science Foundation (AGS-1351932) an MGH finanziert. Die Autoren danken Ruby Ho für ihre Unterstützung dieses Projekts. Die Autoren danken auch Rebecca Ryals; Jim Tang und seine Forschungsgruppe am Marine Biological Laboratory, insbesondere Elizabeth de la Reguera, für den Zugang zu den LMA-3d- und Li-COR 7000-Analysatoren; Barbara Morin vom Rhode Island Department of Environmental Management; Roy Heaton und Paul Theroux vom Gesundheitsministerium von Rhode Island; Adam McGovern an der Warren Alpert Medical School; und Charlie Vickers und Tom Keifer für die Bearbeitung von Sammelsystemen. Wir danken auch der Redaktion und zwei anonymen Gutachtern für ihre hervorragenden Änderungsvorschläge, die das Manuskript verbessert haben.

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</ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen haben.

Das Protokoll über Details der einzelnen Schritte, von der Feld Sammlung von Luftproben in Lösung für das Labor Verarbeitung dieser Lösungen, Konzentration und Isotopen Ergebnisse zu erzielen. Die kritischen Schritte in diesem Protokoll umfassen NO x -Analysator Messungen zu vergleichen, die Zeit vor der Reduktion von Lösungen minimiert wird . und die Aufrechterhaltung stabiler Strömungsgeschwindigkeiten. Wenn direkt Lösungen mit in - situ - Messungen der NO x -Konzentrationen zu vergleichen, ist es sehr wichtig , dass ein NO x -Analysator für Bereiche relevant für die gewählte Umgebung geeicht wird , und dass die kurzfristigen Schwankungen der NO x -Konzentrationen im Rahmen der längeren Zeit zu verstehen Sammlungen für die Lösungen. Die genaue Bestimmung der Lösung NO 3 - Konzentrationen ist auch wichtig, sowohl für die Berechnung der Luft NO x Konzentrationen und zur Bestimmung genaue Injektionsvolumina für die Isotopen denitrifier Methode. Die Zeitdauer der Lösungsstabilität vor der Probenreduktion ist wichtig, konsequent Isotopenverhältnisse zu gewährleisten. Als Ergebnis des Oxidationspotential der Lösung ist es möglich , in Lösung anderen reaktiven Stickstoffspezies zu oxidieren, insbesondere NH 3, wie sie in ausreichend hohen Konzentrationen in bestimmten Bereichen , um potenziell beeinflussen die Konzentration an NO 3 sein kann - in Lösung . Die Oxidation von NH 4 + NO 3 - wird erwartet , dass NO 3 länger als die Oxidation von NO x zu nehmen -, so war es , die Proben empfohlen worden zu verringern (und damit die Reaktion zu stoppen) innerhalb von 1 Tag der Probenentnahme. Da die Feldbedingungen in der Anforderung von längeren Lagerzeiten Lösung führen kann, wurde die Stabilität der Lösungen durch die Untersuchung Lösungen mit und ohne Zusatz von Ammonium getestet. Mit und ohne die Zugabe von Ammoniumchlorid, Konzentration und Isotopenwerte waren stabil in der 1 &amp; #963; Unsicherheitsbereich (1,5 ‰) bis zu einer Woche (Abbildung 3). Zwei Wochen nach der Probenahme, Lösungen mit oder ohne Zusatz von NH 4 + nicht stabil waren, daß NO 3 - Konzentration sinkt in einigen Fällen beobachtet wurden und leere Korrekturen waren nicht mehr robust. Obwohl erwartet wurde , dass NO 3 - im Laufe der Zeit aufgrund von NH 4 + erhöhen könnte Oxidation, verringert in Konzentration tatsächlich in einigen Fällen beobachtet, was nahe legt , dass selbst nach zwei Wochen, NH 4 + keine Störungen ist die Instabilität verursacht. Als solche Lösungen sollten innerhalb einer Woche reduziert werden, insbesondere dann , wenn Probenahme in einer Umgebung mit hoher NH 3 Konzentrationen durchgeführt wird (zB&gt; 200 ppbv). Schließlich ist es auch wichtig, die Strömungsrate während der Feldsammel aufzuzeichnen. Die Durchflussrate am Einlass gemessen wurde gefunden, beträchtlich zu variieren und schwierig zu steuern ist, auch mit einem kritischen oderwennEis in dem System, da es durch das Zusetzen der hydrophoben Filter und / oder der Fritte beeinflußt werden kann. Es wird empfohlen , regelmäßig die Strömungsrate zu erfassen (beispielsweise in 5 min - Intervallen) im gesamten Sammelperioden, so dass das Luftvolumen über der Zeit für jede Probe gesammelt exakt (siehe Schritt 5) bestimmt werden. Es gibt mehrere Alternativen oder mögliche Modifikationen der dargestellten Protokollen. Zum Beispiel ist ein wichtiger Vorteil des Denitrifizierer Verfahren die geringe Stichprobengröße Anforderung 12,13. Es können jedoch andere Isotopenverfahren verwendet werden. In ähnlicher Weise verwenden wir kolorimetrischen Bestimmung der Konzentration, aber andere Verfahren können genaue NO 3 ergeben - Konzentration führt. Sammelwirkungsgrad in dem Bereich, wie detailliert in Figur 2, ist 92 ± 10%. Dies ist entscheidend, um sicherzustellen, dass es keine Fraktionierung während des Sammelprozesses. Mit Sammeleffizienz less als 100%, Fraktionierung im Sammelprozess auftreten können, die daraus resultierenden Isotopenverhältnisse gemessen vorspannen. Die Wirksamkeit dieser neuen Erhebungsmethode in einer Reihe von Bedingungen in den städtischen beeinflusste Luft gezeigt wurde. Tabelle 1 beschreibt die mehreren Tests , die unter Umgebungsluft, nahe Straßenrand, und Smog-chamber Probenahmebedingungen durchgeführt wurden , um die Reproduzierbarkeit des Verfahrens zu bestimmen. Alle Isotopenverhältnis Unterschiede zwischen den Systemen sind &lt;1,57 ‰. Dies demonstriert die Reproduzierbarkeit dieses Verfahrens über einen Bereich von verschiedenen Probenahmebedingungen. Die feldbasierte Methode hat eine Präzision und Reproduzierbarkeit deutlich besser als die ~ 12 ‰ Isotopenverhältnis Schwankungen in der Umgebung beobachtet werden (Abbildung 4). Die bedeutendste Einschränkung des Verfahrens ist , die NO 3 - leer oder Hintergrund mit der Lösung 4 KMnO verbunden. Eine Vielzahl von KMnO 4 Typen wurden getestet (zB, Kristalle, Pulver und Stammlösungen) 4, und alle enthaltenen NO 3 - , bevor sie in die Luft zu NO x freiliegt. Als Ergebnis ist es notwendig , ausreichend NO x als NO 3 zu sammeln , - in Lösung mit einer Konzentration über dem Rohling zu erzielen. Weitere Studien sind derzeit im Gange um das Niveau zu quantifizieren, bei der die Probe die leere Konzentration für die genauesten Ergebnisse nicht überschreiten sollte. Bei sehr niedrigen Umgebungs NO x Konzentrationen kann es notwendig sein , die Sammlung Bedingungen ändern , um die Probenkonzentration zu maximieren. Zum Beispiel könnte die Strömungsrate erhöht werden, um mehr Luft in einem kürzeren Zeitraum zu sammeln oder das Lösungsvolumen reduziert werden, um das Luft-Lösungsvolumen zu erhöhen und die Luftsammel zu konzentrieren. In jedem Fall muss die Lösung über der Fritte in dem Sammelgefäß verbleiben das Durchblasen von Luft durch die Lösung zu halten. Dieses Verfahren der NO xSammlung für die Isotopenanalyse ist einzigartig unter den bestehenden Methoden (zB Passivsammler 6,17 und Schwefelsäure und Wasserstoffperoxidlösung 8), dass es wurde Labor- und Feldprüft in Bezug auf Feld Anwendbarkeit, Reproduzierbarkeit, Probenlösung Stabilität und Effizienz der Sammlung unter einer Reihe von Feldbedingungen. Dieses neue Verfahren ist einzigartig in seiner Fähigkeiten aktiv NO x in Feldbedingungen für die Isotopenanalyse bei Umgebungskonzentrationen bei einer 30-120 min Zeitauflösung zu sammeln. Es sammelt NO x bei nahezu 100% Effizienz und ist wiederholt im Bereich der Unsicherheit des Verfahrens zu sein , reproduzierbar nachgewiesen. Die Probenlösungen auf dem Gebiet gesammelt stabil bleiben für bis zu 1 Woche vor reduziert werden müssen. Das Verfahren kann Proben über einen Bereich von Konzentrationen und Isotopenverhältnisse sammeln, und es wird von der Sammlung zu Sammlung reproduzierbar erwiesen. Diese Technik kann verwendet werden, foder Abtasten unter einer Vielzahl von verschiedenen Bedingungen, einschließlich der auf der Straße, das mobile Labor Ansatz im Protokoll skizziert werden. Die Interpretation der räumlich - zeitlichen Variabilität in Fahrzeugemissionen von NO x ist der Gegenstand einer separaten Manuskript in Vorbereitung (Miller, DJ, et al. 2016. J. Geophys. Atmos. Übermittelt). Zukünftige Abtastung die Anwendung dieses Verfahrens auf andere Arten von NO x -Emissionen umfasst (beispielsweise mikrobiell erzeugten Emissionen in Böden und Biomasse Brände). Isotopes sind eine mögliche Art und Weise NO x Quellen zu verfolgen, aber nur , wenn andere Quelle Signaturen können quantifiziert und verstanden werden. Unser neues Verfahren ist es möglich , die Isotopenzusammensetzung von NO x aus einer Vielzahl von NOx - Emissionsquellen und direkt zu testen , ob die Auswirkungen der Emissionen in die Umwelt zu quantifizieren können verfolgt direkt und quantitativ sein.

An erratum was issued for: <a href="https://www.jove.com/video/54962/automated-high-resolution-mobile-collection-system-for-nitrogen">Automated, High-resolution Mobile Collection System for the Nitrogen Isotopic Analysis of NOx</a>. An author name was updated.
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Mary O&#39;Conner
to:
Mary O&#39;Connor

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Erratum: Automated, High-resolution Mobile Collection System for the Nitrogen Isotopic Analysis of NOx

Atmosphärischer Stickoxide (NO x = NO + NO 2) sind wichtige Spezies in dem globalen reaktiven Stickstoffkreislauf 1,2. NO x in der Atmosphäre ist sehr reaktiv und trägt direkt zur Oxidationskapazität der Atmosphäre durch ihre Wechselwirkungen mit Ozon (O 3) und Hydroxylradikale (OH). NO x wird aus der Atmosphäre auf der Skala von Stunden bis Tagen in der unteren Troposphäre über Oxidation zu Salpetersäure (HNO 3) oder Nitrat entfernt (NO 3 -), welche beide sehr gut löslich sind und in gasförmigem abgeschieden auf Oberflächen trocken sein und Partikelaerosolformen oder nass durch Ausfällung abgeschieden (zB Säure regen) 2. NO x wird aus einer Vielzahl von Quellen emittiert werden , einschließlich der Verbrennung fossiler Brennstoffe, Biomasseverbrennung, mikrobielle Prozesse in Böden und Blitzschlag. Quelle Aufteilung ist von entscheidender Bedeutung für die Auswirkungen der einzelnen Quellen zu verstehen, aber die Vielzahl von Quellen, Ihre Variabilität in Raum und Zeit, und die relativ kurze Lebensdauer von NO x und Make - Konzentration HNO 3 Analysen allein eine unzureichende Metrik. In der Umwelt und um neue Beschränkungen für Atmosphärenmodellen 3 - Stabile Isotope können als eine Möglichkeit, besser zu verfolgen , die räumlichen Muster und zeitlichen Trends der Quellen und die Chemie von NO x und NO 3 nützlich sein. Bis heute bleiben die Isotopensignaturen im Zusammenhang mit verschiedenen NO x Quellen höchst unsicher, vor allem wegen der großen Unsicherheiten im Zusammenhang mit den bisherigen Methoden 4 zugeordnet. Frühere Studien stellen eine Reihe von verschiedenen aktiven und passiven Erfassungsmethoden und liefern große Bereiche der gemeldeten Isotopenwerte auch für die gleiche Emissionsquelle. Fibiger et al. festgestellt , dass influ mit Änderungen der Bedingungen in Bezug auf ihre Effizienz variiert Methoden bisher oft stark von NO x bei der Erfassung, erheblichrenzen Feldsammlung (zB Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Durchflussraten, Alter der Lösung) 4. Die ineffiziente Aufnahme von früheren NO und NO 2 -Abscheidung Methoden könnten zu Fraktionierungen führen. Zum Beispiel können höhere Oxidationsraten für 14 N bezogen auf 15 N könnte niedrige Verzerrungen in δ 15 N-NO x ergeben , die nicht repräsentativ für atmosphärische Werte sind. Neben methodologische Probleme 4,17, eine Vielzahl von verschiedenen Arten von Luftproben können auch zu Unterschieden in den ausgewiesenen Bereiche für Isotopenwerte assoziiert mit der gleichen Quelle beitragen. Zum Beispiel Isotopensignaturen mit Fahrzeug - Emissionen von NO x in Verbindung gebracht wurden auf Sammlungen in der Nähe von Straßenstellen 5, in Verkehrstunneln 6, vorgeschlagen basiert und direkt von den Endrohren von Fahrzeugen 7,8. Weiterhin besten bisherigen Verfahren haben Zeitauflösungen von 24 h, und signifikante Änderungen in Umgebungs NO x Konzentrationenbeobachtet auf stündlich (oder kürzer) Fristen für 9, die die Anwendung von Isotopen - Erkennung für verschiedene Quellen zu begrenzen. Viele der NO x Erfassungsmethoden erfordern sehr stark oxidierende Lösungen fähig NO x zu oxidieren, aber auch andere gesammelt reaktiven Stickstoffspezies (zB Ammonium), zu Nitrat im Laufe der Zeit, was möglicherweise eine Isotopenmessung Interferenz beitragen. Einige frühere Verfahren sind auch auf das Sammeln NO 2 in Lösung beschränkt, die nur eine begrenzte Verständnis von NO x Isotope bietet, da es nicht NO sammelt (die primäre Emission). Somit besteht ein Bedarf NO x aus verschiedenen Emissionsquellen zu erfassen eine konsistente, validierte Methode , um besser zu beschränken , ob die Variabilität in Isotope von NO x (und NO 3 -) in der Umwelt können direkt verwendet werden , um Quellen und Chemie verfolgen. Dieser Artikel berichtet über eine feldbasierte NO x </sub&gt; Sammeltechnik für die Isotopenanalyse mit der erforderlichen Zeitauflösung, Sammeleffizienz (100%) und Reproduzierbarkeit (≤1.5 ‰) für die Anwendung in mehreren Feld Umgebungen. Die Methode, die ursprünglich von Fibiger et al. 4 wird weiter durch die Demonstration seiner Abscheideleistung validiert unter NO x und meteorologischen Bedingungen im Feld, der Test der Lösungsstabilität und Ammoniak Störungen und die Untermauerung seiner Reproduzierbarkeit im städtischen Umfeld zu verändern. Räumliche und zeitliche Unterschiede in der Isotopenwerte werden untersucht ein einzelnes Labor- und Feld verifiziert Methode , die NO x in Lösung mit hoher Effizienz erfassen kann. Dieses Papier zeigt die Anwendung des Verfahrens zur nahen Straße, auf der Straße und Umgebungs städtische Luft Sammlungen Zeitauflösungen von 30 bis 120 min. Kurz gesagt, NO x (NO und NO 2) aus der Atmosphäre gesammelt ineine stark oxidierende Lösung , wie NO 3 -. Zur gleichen Zeit, Umgebungs NO x, NO 2 und CO 2 -Konzentrationen und andere relevante Daten, wie beispielsweise GPS - Position und der Zeit der Sammlung, werden aufgezeichnet. Nachdem eine Probe entnommen wird, wird die Lösung im Labor verarbeitet, die die Lösung umfasst das Reduzieren der Reaktion zu stoppen, dann für nachfolgende NO die Lösung pH neutralisiere 3 - Konzentration und Isotopenanalysen. Die NO 3 - Konzentration wird durch eine automatisierte spektrophotometrische (dh farbmetrischen) Prozess hier bestimmt. Die Stickstoffisotopenzusammensetzung wird die Denitrifizierer Methode ermittelt, die die NO 3 quantitativ wandelt - in Lösung zu gasförmigem N 2 O , die anschließend auf einem Isotopenverhältnis - Massenspektrometer gemessen wird. Labor- und Feldrohlinge werden auch die Probenintegrität zu gewährleisten, gesammelt und als Teil der Sammlungen gemessen. Nachfolgend finden Sie eine detaiführte Schritt-für-Schritt-Protokoll.

<table><tbody><tr><td>Gaswaschflasche Custom Design</td><td></td><td></td><td>verwendet, zahlreiche Unternehmen verkaufen andere Gaswaschflaschen. In der Flasche muss sich eine Fritte befinden.</td></tr><tr><td>Spritzenpumpe</td><td>Kloehn</td><td>Kloehn Versa Pumpe 6, 55 Serie</td><td></td></tr><tr><td>PTFE Absperrventile</td><td>Parker</td><td>002-00170-900</td><td>Sowohl 2 Dreiwege als auch Doppel Zweiwege stromlos geschlossene, elektronisch betätigte</td></tr><tr><td>Ventile Gashandhabung Teflonschlauch</td><td>McMaster Carr</td><td>5033K31</td><td>Viertelzoll Außendurchmesser, achter Zoll Innendurchmesser, PTFE-Schlauch</td></tr><tr><td>Liquid Handling Tygon Schlauch</td><td>McMaster Carr</td><td>5103K32</td><td>Viertelzoll Außendurchmesser, acht Zoll Innendurchmesser, PTFE-Schlauch</td></tr><tr><td>Kompressionsgasarmaturen und Kugelhähne (sortiert)</td><td>Swagelok</td><td>Verschiedene</td><td></td></tr><tr><td>Edelstahl-Durchflusskalibratoren</td><td>MesaLabs</td><td>Defender 520</td><td></td></tr><tr><td>Kompressions-PFA-Fittings</td><td>Cole Parmer</td><td>Verschiedene</td><td>Gas- und Liquid-Handling-Datenerfassungsplatine</td></tr><tr><td></td><td>National Instruments</td><td>NI USB-6001</td><td>Für die Umschaltung von Ventilen</td></tr><tr><td>Halbleiterrelais</td><td>Crydom</td><td>DC60S5</td><td>Für die Ventilschaltung</td></tr><tr><td>Einstufige Filterbaugruppe</td><td>Savillex</td><td>401-21-25-50-21-2</td><td>Verwendung von Haltern mit einem Durchmesser von 25 mm und 47 mm</td></tr><tr><td>Nylonmembranfilter</td><td>Pall Corporation</td><td>66509</td><td>1 &mu; m Filter, sowohl Filter mit 25 mm als auch mit 47 mm Durchmesser</td></tr><tr><td>Hydrophober Membranfilter</td><td>Millipore</td><td>LCWP04700</td><td>10,0 &mu; Filter mit m, 25 mm und 47 mm Durchmesser</td></tr><tr><td>Partikelmembranfilter</td><td>Millipore</td><td>FALP04700</td><td>1 &mu; m Filter, sowohl Filter mit 25 mm als auch mit 47 mm Durchmesser</td></tr><tr><td>Mini-Membranpumpe</td><td>KNF</td><td>UN 816.1.2 KTP</td><td>Wird für stationäre Labore</td></tr><tr><td>verwendet Mini-Membranpumpe</td><td>KNF</td><td>PJ 26078-811</td><td>Wird für mobiles Labor</td></tr><tr><td>verwendet Aluminium</td><td>Onlinemetals.com</td><td>6061-T6</td><td>Zuschneidbar, um ein System zu bauen</td></tr><tr><td>Deep Cycle Power Batterie</td><td>EverStart</td><td>24DC</td><td></td></tr><tr><td>MilliQ Wasser</td><td>Millipore</td><td>ZMQSP0DE1</td><td></td></tr><tr><td>Kaliumpermanganat 1 N Lösung</td><td>Fischer Scientific</td><td>SP282-1</td><td></td></tr><tr><td>Natriumhydroxid-Pellets</td><td>Fischer Scientific</td><td>S318-1</td><td></td></tr><tr><td>Ohaus Tischwaage</td><td>Pioneer</td><td>EX224N</td><td></td></tr><tr><td>4 Unzen Braunglasflaschen</td><td>Qorpak Flaschen</td><td>GLC-01926</td> <td>(60 ml und WM 125 ml Flaschen)</td></tr><tr><td>Bernsteinfarbene HDPE-Flaschen</td><td>Fischerbrand</td><td>300751</td><td>Teilenummer angegeben für 125 ml Enghalsflaschen, Zwei Varianten (125 Weithalsflaschen und Enghalsflaschen mit einigem Volumen)</td></tr><tr><td>Vorgereinigte EPA Amber Weithalsflasche, 500 ml</td><td>Cole Parmer</td><td>EW-99540-55</td><td></td></tr><tr><td>Wasserstoffperoxid 30%</td><td>Fischer Chemical</td><td>H325-500</td><td>Korrosive</td></tr><tr><td>Zentrifuge 5810 R</td><td>Eppendorf</td><td>5821020010</td><td></td></tr><tr><td>50 ml konisches Polypropylen-Röhrchen</td><td>Falcon</td><td>14-432-22</td><td></td></tr><tr><td>12 N Salzsäure</td><td>Fischer Scientific</td><td>A114SI212</td><td>Korrosiver</td></tr><tr><td>kolorimetrischer Nährstoffanalysator</td><td>Westco Scientific Instruments</td><td>SmartChem 170</td><td>Beim Kauf des kolorimetrischen Nährstoffanalysators sind Puffer, Reinigungslösungen, Spüllösungen und Lösungen für den Betrieb des Instruments enthalten, einschließlich der Lösungen, um in der Lage zu sein, Aktivieren Sie die Cadmiumsäule im Gerät für die Nitratanalyse.</td></tr><tr><td>Automatischer Titrator</td><td>Hanna Instruments</td><td>HI 901</td><td></td></tr><tr><td>20 ml Clr Headspace Vial</td><td>Microleter, ein WHEATON Company</td><td>W225283</td><td>Informationen aufgeführt&nbsp; ist für 20 ml Fläschchen. 50 ml Fläschchen können auch von dem aufgeführten Anbieter erworben werden.</td></tr><tr><td>Septen, 20 mm Grauer Butylstopfen</td><td>Microleter, eine WHEATON Company</td><td>20-0025</td><td></td></tr><tr><td>Dichtung, 20 mm Standard Aluminium</td><td>Microleter, eine WHEATON Company</td><td>20-0000AS</td><td></td></tr><tr><td>25 G x 1 1/2 BD PrecisionGlide Nadel</td><td>BD</td><td>305127</td><td></td></tr><tr><td>26 G x 1/2 BD PrecisionGlide Nadel</td><td>BD</td><td>305111</td><td></td></tr><tr><td>Helium</td><td></td><td>05078-536</td><td>Kann von vielen verschiedenen bestellen </td></tr><tr><td>Crimp-/Lösemaschine</td><td>WHEATON</td><td>61010-1</td><td></td></tr><tr><td>Isopropanol</td><td>Fischer Chemical</td><td>A459-1</td><td></td></tr><tr><td>Spritzen unterschiedlicher Größe für die Massenspektrometrie-Injektion</td><td>BD</td><td>Variiert je nach Größe</td><td></td></tr><tr><td>Antifoam B Emulsion</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A5757-500ML</td><td></td></tr><tr><td></td><td>IRMS ThermoFischer Scientific</td><td>IQLAAMGAATFADEMBHW</td><td>Das eigentliche Isotopenverhältnis-Massenspektrometer ist hier aufgelistet. Zu unserer Ausstattung gehören auch eine Gasbank und ein Autosampler.</td></tr><tr><td>Gass Bench II</td><td>ThermoFischer Scientific</td><td>IQLAAEGAATFAETMAGD</td><td></td></tr><tr><td>TriPlus RSH&trade; Autosampler</td><td>ThermoFischer Scientific</td><td>1R77010-0200</td><td>Produkt für Headspace-Injektion</td></tr><tr><td>auswählen 42i NOx-Konzentrationsanalysator</td><td>ThermoFischer Scientific</td><td>101350-00</td><td></td></tr><tr><td>NOx Box</td><td>Drummond Technologies</td><td>LMA-3D/LNC-3D</td><td></td></tr><tr><td>CO2 Analysator</td><td>Licor 7000</td><td>7000</td><td></td></tr><tr><td>GPS</td><td>Garmin</td><td>010-00321-31</td><td></td></tr><tr><td>Modell 146i Dynamischer Gaskalibrator</td><td>ThermoFischer Scientific</td><td>102482-00</td><td></td></tr><tr><td>Modell 111 Null-Luftzufuhr</td><td>ThermoFischer Scientific</td><td>7734</td><td></td></tr><tr><td>50,2 ppm NO in N2 Gasstandard</td><td>Praxis Air</td><td>Variiert mit jedem gekauften</td><td></td> Tank mit Standardluft</tr></tbody></table>

automatisierte, hochauflösende mobilsammelsystem für die stickstoffisotopenanalyse von no<sub&gt; x</sub

Automated, High-resolution Mobile Collection System for the Nitrogen Isotopic Analysis of NOx

Stickoxide (NO x = NO + NO 2) sind eine Familie von atmosphärischen Spurengasen , die großen Einfluss auf die Umwelt haben. NO x Konzentrationen beeinflussen direkt die Oxidationskapazität der Atmosphäre durch Wechselwirkungen mit Ozon und Hydroxyl - Radikalen. Der Hauptkörper von NO x ist , die Bildung und Ablagerung von Salpetersäure, eine Komponente des sauren regen und bioverfügbar Nährstoff. NO x wird aus einer Mischung aus natürlichen und anthropogenen Quellen emittiert wird , die in Raum und Zeit variieren. Die Kollokations von mehreren Quellen und die kurze Lebensdauer von NO x machen es schwierig , quantitativ den Einfluss verschiedener Emissionsquellen und deren Auswirkungen auf die Umwelt zu begrenzen. Stickstoffisotope von NO x wurden unter verschiedenen Quellen zu variieren , vorgeschlagen, die eine potenziell leistungsfähiges Werkzeug , um die Quellen und den Transport von NO x zu verstehen. Allerdings bisherigen Methoden des Sammelns von atmosphärischenNO x integrieren über lange (Woche Monat) Zeitspannen und nicht für die effiziente Erfassung von NO x in relevanten, diverse Feldbedingungen validiert. Wir berichten über eine neue, hocheffiziente Feldbasiertes System , das für die Isotopenanalyse bei einer zeitlichen Auflösung zwischen 30 min und 2 h atmosphärischer NO x sammelt. Dieses Verfahren sammelt gasförmigem NO x in Lösung als Nitrat mit 100% Effizienz unter einer Vielzahl von Bedingungen. Protokolle sind für das Sammeln von Luft in den Städten unter stationären und mobilen Bedingungen präsentiert. Wir ausführlich die Vorteile und Grenzen des Verfahrens und zeigen ihre Anwendung auf dem Gebiet. Daten von mehreren Implementierungen sind gezeigt , 1) auswerten feldbasierten Abscheideleistung durch Vergleich mit in situ NO x Konzentrationsmessungen, 2) Testen der Stabilität von gespeicherten Lösungen vor der Verarbeitung, 3) Quantifizierung von in situ Reproduzierbarkeit in einer Vielzahl von städtischen Umfeld und 4) zeigen den Bereich von NIsotope von NO x in der Umgebungsstadtluft und an stark befahrenen Straßen erfasst.

In der ursprünglichen Methode Entwicklungsarbeit von Fibiger et al. Wurde die NO x Sammelverfahren streng im Labor unter einer Vielzahl von Bedingungen 4 getestet. Hier liegt der Fokus auf Aktualisierungen der Verfahren und Feldanwendungen unter einer Vielzahl von Umgebungsbedingungen. Die Ergebnisse werden auf (1) Feldsammelwirkungsgrad, (2) Probenlösungsstabilität in Bezug auf die Zeit vor der Probenreduktion und Empfindlichkeit gegenüber hohen Konzentrationen an Ammonium (NH 4 +) in Lösung, und (3) die Reproduzierbarkeit im Bereich berichtet. Die Vielseitigkeit des Verfahrens ist in ihrer Anwendung für die Umgebungsluft in der Nähe der Straße gezeigt, und Straßenmessungen. Die mittleren Konzentrationen in Lösung gesammelt wurden aus der Chemilumineszenz NO x Analysator über einen zweitägigen täglichen Studie in Ambien mit denen von 1 min NO x -Konzentrationen im Vergleicht städtische Luft in Providence, Rhode Island. Abbildung 2 beschreibt die Sammeleffizienz während einer Periode, in Konzentrationen über einen großen Bereich variiert von ~ 2,5-18 ppbv NO x. 2A zeigt einen direkten Vergleich der Median NO x Konzentrationen aus dem NO x -Analysator verglichen mit Konzentrationen von der Lösung und Durchflussmessungen berechnet, die anzeigt , dass im Durchschnitt Lösungskonzentrationen sind 92% der medianen Konzentrationen in situ. Dies fällt in den erwarteten Unsicherheitsbereich von ± 10%, aber der Unterschied spiegelt wahrscheinlich unterschiedlichen Konzentrationen während der Sammelperioden (2B). Basierend auf Prüfung der Perzentil der Verteilung der 1-min NO x Konzentrationsdaten, die lösungsbasierte NO x Konzentrationen sind in der Verteilung für jedes Erfassungsintervall (2B). Es hat seinen empfohlen , um die Reduktion der Proben im Bereich innerhalb von 1 Tag gesammelt abzuschließen nach dem Sammeln abgeschlossen ist (dh alle Schritt abgeschlossen 3). Dieses Ziel wurde vorgeschlagen , um mögliche Störungen aus der Sammlung von anderen löslichen Stickstoffspezies, wie beispielsweise NH 3, zu reduzieren , die zu Nitrat in der stark oxidierenden KMnO 4 / NaOH - Lösung über die Zeit umgewandelt werden könnte. Um dies zu testen genauer Proben wurden im Mai und Juli 2015 in Providence, Rhode Island auf dem Campus der Brown University, an einer Laderampe gesammelt, die in der Nähe einer regelmäßig gereist lokalen Straße ist, wo Diesel Lieferwagen im Leerlaufbetrieb regelmäßig laufen zu entladen. Proben wurden gesammelt und dann Aliquots der Proben wurden zu unterschiedlichen Zeiten getrennt und reduziert (1 Tag, 4-7 Tage, und 13-15 Tage) nach der Probenentnahme (3A). Die Proben in 3B wurden auch im Mai und Juli gesammelt wurden aber durch Zugabe von 5 ml 10 mM ammoniu vorbereitetm Chlorid auf 450 ml Lösung. Dies ergab eine Konzentration von 111 &amp; mgr; M NH 4 + in Lösung, entsprechend 220 ppbv von NH 3 in die Luft zu sammeln, wenn nur NH 3 gesammelt wurde. Diese Konzentrationen sind die maximal zu erwartende bei Straßen Messungen in der Nähe von Fahrzeug NH 3 Quellen 16. Mit oder ohne den zusätzlichen NH 4 +, Proben reduziert innerhalb von 7 Tagen nach der Sammlung im Einklang Isotopenverhältnisse hatten , als mit dem ersten Rückgang im Vergleich (innerhalb von 1 Tag der Sammlung), die alle , die innerhalb des erwarteten Unsicherheitsbereich von ± 1,5% (3A und 3B ). Beachten Sie, dass die ± 1,5% Unsicherheit ist repräsentativ für die Isotopenbestimmung von wiederholten Sammlungen von Tank NO x 4. Die Unsicherheit im Zusammenhang mit wiederholten Messungen von Isotopen-Referenzmaterialien allein ist in der Regel 0,3%. Nach zwei Wochen mit oder ohne Zusatz jedoch Proben NH 4 + warennicht unbedingt stabil. Während in einigen Fällen immer noch die Isotopenwerte konsistent (zB 3A), Proben zeigten kleine NO 3 zu sein scheinen - Konzentration steigt (&lt;1 &amp; mgr; M) , wenn sie mit der ersten Reduktions und in einigen Fällen im Vergleich nimmt in NO 3 - Konzentrationen . Mit dem zusätzlichen NH 4 +, wäre zu erwarten gewesen , dass NO 3 - Konzentration erhöhen würde im Laufe der Zeit über dem erwarteten Unsicherheitsbereich (~ 0,8 uM) für Konzentrationsmessungen, was nahe legt , dass selbst nach zwei Wochen, die NH 4 + war nicht die Quelle von Störungen. Weitere Experimente sind notwendig, um besser auf die Quelle dieser Instabilität zu verstehen, wenn festgestellt wird, dass leere Lösungen unbehandelt über die gleiche Zeitverlauf konsequent keine Veränderung oder ein leichter Anstieg der Konzentrationen zeigte, und deshalb muss die Instabilität, die durch die Anwesenheit anderer geschaffen werden Spezies found in der Umgebungsstadtluft. Bis dieses Problem gelöst ist, wird empfohlen, dass Probenlösungen innerhalb von 7 Tagen ab dem Zeitpunkt der Entnahme reduziert werden. Abbildung 4 beschreibt die Entnahme von Proben mit der mobilen Einrichtung über verschiedene Feldkampagnen in städtischen, in der Nähe der Straße, und On-Road - Einstellungen. Die NO x Konzentrationsbereich erstreckt sich über drei Größenordnungen und die Isotopenverhältnisse reichen von -1 bis -13 ‰. Diese Abtastung Set enthält 51 On-Road - Proben über 52 Stunden entnommen, über 4.000 km zurückgelegt und in einer Vielzahl von Fahrbedingungen (zB starker Verkehr auf sehr wenig Verkehr mit hohen Geschwindigkeiten auf der Autobahn Stop-and-go). Die Probenahme erfolgte auf den Straßen in und zwischen 6 großen Städten, darunter Providence, RI, Philadelphia und Pittsburgh, PA, und Cleveland, Columbus, und Cincinnati, OH. Durchschnittliche Fahrzeuggeschwindigkeiten lagen im Bereich von 12,4 km / h bis 119,7 km / h. Die nahen Straßenrand Proben (N = 27) wurden bei einer monito erhaltenRing-Stelle am I-95 in Providence, Rhode Island. Die Umgebungs städtischen Luftproben (N = 44 Proben über 117,5 h genommen) wurden von zwei Dach Standorten in Providence genommen, RI, ein in der Nähe der I-95, I-195 Austausch und eine 775 Meter entfernt von der Austausch-Website. Dies stellt die ersten Schritte zum Aufbau neuer Fähigkeiten die Bereiche der Isotopensignaturen von NOx-Quellen zu lösen, in diesem Fall, die Fahrzeugemissionen und Umgebungs städtischen Quellen. Die Variationen in der Tageszeit auf der Straße und Straßenseiten δ 15 N-NOx (4) nicht mit Schwankungen korrelierte Bedingungen in Lenk- und trat über relativ konstante Fahrzeugkraftstoffklasse Verkehrszählungen. Eine ausführlichere Beschreibung der Variationen von Isotopen - Signaturen aufgrund Fahrzeugkraftstoffarten ist Gegenstand eines anderen Manuskript (Miller, DJ, et al. 2016. J. Geophys. Atmos. Übermittelt). Schließlich Tabelle 1 Details Feld und Laboratory Sammlungen, wo zwei Sammelsysteme zur gleichen Zeit im Einsatz waren Reproduzierbarkeit zu testen. Die Vergleiche zeigen eine sehr gute Übereinstimmung für die Isotopendaten, hier als die absolute Abweichung zwischen den beiden Datenpunkte für jeden Erfassungszeitraum quantifiziert. Die Daten werden aus städtischen Luft Sammlungen an einem Dach Lage in Providence, RI angezeigt; nahe Straßenrand Sammlungen in Providence, RI; und aus Sammlungen in einem Labor-basierten Smogkammer an der University of Massachusetts, Amherst. <img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/54962/54962fig1.jpg" /> Abbildung 1: Sammlung Schaltplan und Bild. (A) Schematische Darstellung des automatisierten NO x Sammelsystem. Gray ist Luftstrom, blau ist Wasser / Lösungsstrom, grüne Elektronik-Verbindungen ist, gelb ist die Fritte und Purpur ist die Permanganat-Lösung. Die Spritzenpumpe wird verwendet, um hinzuzufügen und zu entfernen Spüllösung (Reinst-Wasser) und neue Lösung für den Beginn der Probenentnahme (die Spritzenpumpe ist ein handelsüblicher Schrittmotor Spritzenpumpe mit einer 50-ml-Spritze, ein 5-Port-Verteilerventil und Treiber / Steuerplatinen mit einem seriellen RS-232 ausgestattet hinzufügen Schnittstelle). Die Probe wird am Boden des Gaswaschflasche manuell über die schwarz Ventil entfernt. (B) Bild des NO x Sammelsystem und NO x - Box in der mobilen Labor. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54962/54962fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54962/54962fig1large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54962/54962fig2.jpg" /> Abbildung 2: Sammlung Effizienz des automatisierten Sammelsystem. (A) Die NO x -Konzentrationen berechnet aus dem NO 3 - Konzentrationen in Lösung gemessenund die Strömungsdaten verglichen gegenüber der Median - Konzentration durch eine chemolumineszierende NO x Konzentration Analysator an einem Dach Ort gemessen in Providence, Rhode Island. Die Fehlerbalken sind die Standardabweichung (± 1σ) der lösungsbasierten NOx Misch Schätzungen Verhältnis von den propagierten Fehler der gepoolten Standardabweichungen der Qualitätskontrollen abgeleitet (0,4 uM) über farbmetrische Konzentrationsmessung läuft und die Fließgeschwindigkeit Unsicherheit (± 1%). Die NO x Analysator Konzentration Unsicherheiten sind ± 5%. (B) Die Zeitreihen von NO x Konzentrationsverteilungen während tagaktiv Messungen an einer Dach Standort in Providence, Rhode Island. Die Kästen stellen die 25., 50. und 75. Perzentile. Die Whisker repräsentieren die Extreme ohne Ausreißer. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54962/54962fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54962/54962fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> Abbildung 3: Vergleich der Reduktionszeiten für NO x Proben an der Brown University im Mai und Juli 2015 gesammelt (A) Die Ergebnisse werden als Abweichungen von der ersten Reduktion aufgezeichnet, innerhalb von 1 Tag der Probenahme durchgeführt. Kann Proben werden als Dreiecke und Juli Proben wie Kreise, die mit Farben bezeichnet verschiedenen Sammelperioden angezeigt. Proben , die in (B) wurden mit Ammoniumchlorid vorbehandelt vor der Luftsammel die Interferenz von NH 4 + in Lösung über die Zeit zu testen. Die gestrichelten Linien repräsentieren das erwartete Gesamtgenauigkeit der Isotopensammlungsverfahren, als eine Standardabweichung von ± 1,5% angegeben. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54962/54962fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54962/54962fig3large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/54962/54962fig4.jpg" /> Abbildung 4: Die δ 15 N-NO x (‰) und NOx - Konzentration von Proben in Umgebungsstadtluft gesammelt, auf der Straße und in der Nähe von Straßenseiten. Die Typen von Proben werden durch verschiedene Farben abgegrenzt, und stellen eine Reihe von Bedingungen (siehe Text) und NO x Konzentrationen. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54962/54962fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54962/54962fig4large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <table fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td> Sample Name </td><td> Systemnummer </td><td> Abholtermin </td><td> Stunden nach der Sammlung </td> &lt;td&gt; Temperatur (ºC) </td><td> [NO 3 -] (uM) </td><td> Blank / Gesamt-N </td><td> δ 15 N (‰) </td><td> Abweichung δ 15 N (%) </td></tr><tr><td rowspan="2"> Urbane Luft PVD 1 </td><td> 1 </td><td rowspan="2"> 2013.10.08 - 2013.10.09 </td><td rowspan="2"> 6,75 </td><td rowspan="2"> 15.8 </td><td> 14,43 </td><td> 0,3 </td><td> -0,6 </td><td rowspan="2"> 0,7 </td></tr><tr><td> 2 </td><td> 16.78 </td><td> 0,26 </td><td> -1,3 </td></tr><tr><td rowspan="2"> Urbane Luft PVD 2 </td><td> 1 </td><td rowspan="2"> 2013.11.06 - 2013.11.07 </td><td> 2.5 * </td><td rowspan="2"> 17.1 </td><td> 30,86 </td><td> 0,2 </td><td> -7,7 </td><td rowspan="2"> 1 </td></tr><tr><td> 2 </td><td> 5,25 </td><td> 37,05 </td><td> 0,17 </td><td> -6,7 </td></tr><tr><td rowspan="2"> Urbane Luft PVD 3 </td><td> 1 </td><td rowspan="2"> 2013.11.20 - 2013.11.21 </td><td rowSpan = &quot;2&quot;&gt; 8,9 </td><td rowspan="2"> 3.28 </td><td> 44.29 </td><td> 0,14 </td><td> -7,1 </td><td rowspan="2"> 0,4 </td></tr><tr><td> 2 </td><td> 29.66 </td><td> 0,21 </td><td> -6,7 </td></tr><tr><td rowspan="2"> In der Nähe Straßenrand 1 </td><td> 1 </td><td rowspan="2"> 2014.08.14 - 2014.08.15 </td><td rowspan="2"> 29 </td><td rowspan="2"> 19.2 </td><td> 13.3 </td><td> 0,37 </td><td> -9,47 </td><td rowspan="2"> 0,69 </td></tr><tr><td> 2 </td><td> 16.4 </td><td> 0,3 </td><td> -10,16 </td></tr><tr><td rowspan="2"> In der Nähe Roadside 2 </td><td> 1 </td><td rowspan="2"> 2014.08.17 - 2014.08.18 </td><td rowspan="2"> 30 </td><td rowspan="2"> 21,85 </td><td> 9.4 </td><td> 0,68 </td><td> -8.95 </td><td rowspan="2"> 1.56 </td></tr><tr><td> 2 </td><td> 11.6 </td><td> 0,55 </td><td> -7,39 </td></tr><tr><td rowspan="2"> In der Nähe Straßenrand 3 </td><td> 1 </td><td rowspan="2"> 2015.05.25 </td><td rowspan="2"> 3.5 &lt;/ Td&gt; <td rowspan="2"> 20 </td><td> 6,86 </td><td> 0,51 </td><td> -7.67 </td><td rowspan="2"> 0,86 </td></tr><tr><td> 2 </td><td> 9.49 </td><td> 0,42 </td><td> -8,53 </td></tr><tr><td rowspan="2"> In der Nähe Straßenrand 4 </td><td> 1 </td><td rowspan="2"> 2015.05.26 </td><td rowspan="2"> 2.75 </td><td rowspan="2"> 25,56 </td><td> 6,07 </td><td> 0,656 </td><td> -8,7 </td><td rowspan="2"> 1.57 </td></tr><tr><td> 2 </td><td> 6,49 </td><td> 0,61 </td><td> -7,13 </td></tr><tr><td rowspan="2"> Smogkammer 1 </td><td> 1 </td><td rowspan="2"> 2014.08.26 - 2014.08.27 </td><td rowspan="2"> 24.4 </td><td rowspan="2"> 21 </td><td> 24,392 </td><td> 0,27 </td><td> -12,28 </td><td rowspan="2"> 0,33 </td></tr><tr><td> 2 </td><td> 33.2 </td><td> 0,2 </td><td> -12,61 </td></tr><tr><td rowspan="2"> Smogkammer 2 </td><td> 1 </td><td rowspan="2"> 2014.08.27 - 2014.08.28 </td><td rowspan="2"> 19.8 </td> &lt;td rowspan = &quot;2&quot;&gt; 21 </td><td> 10,96 </td><td> 0,54 </td><td> -10,22 </td><td rowspan="2"> 1,25 </td></tr><tr><td> 1 </td><td> 14,245 </td><td> 0,41 </td><td> -11,47 </td></tr><tr><td> Smogkammer 3 </td><td> 1 </td><td> 2014.08.28 - 2014.08.29 </td><td> 24.2 </td><td> 21 </td><td> 7,476 </td><td> 0,8 </td><td> -5,86 </td><td> 1,27 </td></tr></tbody></table> Tabelle 1: Die Reproduzierbarkeit von Proben zur gleichen Zeit unter Verwendung von zwei identischen Sammelsysteme gesammelt. * Die Sammlung hatte aufgrund eines verstopften Filter gestoppt werden. Urbane Luft PVD (PVD = Providence, RI) 1-3 wurden bisher 4 veröffentlicht. In der Nähe Straßenrand steht Straßenrand Sammlungen in Providence, RI; Smogkammer stellt Proben von Luft innerhalb eines Smogkammer an der University of Massachusetts, Amherst 4 gesammelt.

Frühere Arbeiten deuten darauf hin, dass die Stickstoffisotopenzusammensetzung von atmosphärischen Stickoxiden den Einfluss verschiedener Quellen in der Umwelt unterscheiden könnte. Wir berichten über eine automatisierte, mobile, feldbasierte Methode zur hohen Abscheideeffizienz der atmosphärischen NOx für N-Isotopenanalyse mit stündlicher Zeitauflösung.

Automatisierte, hochauflösende Mobilsammelsystem für die Stickstoffisotopenanalyse von NO<sub&gt; x</sub

Nitrogen oxides (NOx = NO + NO2) are a family of atmospheric trace gases that have great impact on the environment. NOx concentrations directly influence ...

Das übergeordnete Ziel dieser Methode besteht darin, gasförmige Stickstoffoxide quantitativ in einer Lösung zu erfassen, um die stabile Stickstoffisotopenzusammensetzung dieses ökologisch wichtigen Gases zu bestimmen. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen in den Bereichen der Atmosphärenchemie und Umweltchemie zu beantworten, da Stickstoffoxide, sogenannte NOx, zur Smogbildung und zur sauren Deposition in der Umwelt beitragen. Die Isotope von NOx ermöglichen es uns, möglicherweise die Quellen und Auswirkungen von NOx in der Umwelt nachzuvollziehen.Der Vorteil unserer Technik besteht darin, dass sie NOx unter einer Vielzahl von Bedingungen effizient erfassen kann. Im Vergleich zu zuvor verwendeten Methoden wurde unser Verfahren hinsichtlich seiner Fähigkeit, NOx quantitativ zur isotopischen Analyse zu erfassen, sowohl im Labor als auch im Feld gründlich validiert. Eine visuelle Demonstration dieser Methode ist entscheidend, um dieses neuartige System zu verstehen.Die Feldanwendung erfordert ein kompaktes, batteriebetriebenes Gerät, um die Portabilität für eine Vielzahl von Feldeinsätzen zu gewährleisten. Bereiten Sie zunächst Probelösungen mit einer einmolaren Kaliumpermanganat-Stammlösung und zehnmolarer Natriumhydroxidlösung vor. Verdünnen Sie anschließend jede Lösung mit ultrareinem Wasser auf das korrekte Volumen.Entfernen Sie 25 Milliliter einer der Lösungen als Laborprobe und überführen Sie sie in eine 60-Milliliter-Braunglasflasche. Notieren Sie, aus welcher Lösungsflasche die Laborprobe stammt. Wechseln Sie anschließend alle Filter im NOx-Sammelsystem vor der Probenahme, um sicherzustellen, dass sie möglichst effektiv und effizient arbeiten.Richten Sie das stationäre Labor ein, das aus dem NOx-Sammlungssystem und einem chemilumineszenten NOx-Konzentrationsanalysator besteht. Erstellen Sie einen Einlass für das System mit PTFE-Schlauch, dessen eines Ende in Richtung der zu sammelnden Luft weist und dessen anderes Ende an einem T-Stück befestigt ist, um den Einlass sowohl mit dem NOx-Analysator als auch mit dem automatisierten Sammelsystem zu verbinden. Schalten Sie das System ein, sodass die Luft durch die Lösung blubbert und Blasen sichtbar sind.Nach Abschluss der Probenahme und sobald die Probe die Sammlung von NOx abgeschlossen hat, sammeln Sie die Lösung in einer 60-Milliliter-Braunglasflasche und nehmen Sie die Flasche manuell aus dem System. Reinigen Sie die Glaswaschflasche automatisch mithilfe einer Spritzenpumpe. Nehmen Sie während der Sammlung Feldblindproben für jede verwendete Lösungsflasche, indem Sie 25 Milliliter Lösung durch das System leiten, ohne die Vakuumpumpe einzuschalten, um Luft zu sammeln.Sammeln Sie die Lösung unmittelbar nach der Injektion in das System. Gießen Sie die Lösung aus einer Probe in ein Probenbecherglas und eine Blindlösung in ein Blindbecherglas. Unter starkem Rühren geben Sie langsam fünf Milliliter Wasserstoffperoxid über dem Probenbecherglas hinzu, sodass die Spitze das Becherglas, den Rührstab oder die Lösung nicht berührt.Geben Sie die zweite Portion von fünf Milliliter entlang der Wand des Bechers hinzu, wobei sichergestellt werden muss, dass die gesamte Probelösung reduziert wird. Gießen Sie den gesamten Inhalt jedes Bechers, sowohl die Flüssigkeit als auch den braunen Niederschlag, in 50-Milliliter-Zentrifugenröhrchen, die entsprechend der Proben- oder Blindprobennummer bzw. des Buchstabens beschriftet wurden. Anschließend zentrifugieren Sie jede Probeportion bei 3.220 × g für 15 Minuten.Nach der Zentrifugation jedes Überstand in eine braune Kunststoffflasche gießen und das Zentrifugenröhrchen ordnungsgemäß entsorgen. Die Spitze der für die Injektion verwendeten Spritze in ein Becherglas mit ultrareinem Wasser eintauchen und abtrocknen. Das gesamte Volumen der Spritze mit ultrareinem Wasser aus einem zweiten Becherglas spülen und das Wasser als Abfall entsorgen.Füllen Sie danach die Spritze mit einer kleinen Menge der Probe, um die Spritze vorzuspülen. Nach dem Verwerfen der Probe füllen Sie die Spritze erneut mit der Probe. Klopfen Sie vorsichtig dagegen, um Luftblasen zu entfernen, damit ein genaues Volumen gemessen wird.Basierend auf der für jede Probe bestimmten Konzentration die entsprechende Menge in ein vorbereitetes verschlossenes Gefäß mit Bakterien injizieren. Nachdem die Gefäße über Nacht an einem warmen Ort gelagert wurden, 0,1 bis 0,2 Milliliter einer 10-molaren Natriumhydroxidlösung in jede Probe injizieren, um die Bakterien zu lysieren. Ein direkter Vergleich der medianen NOx-Konzentrationen aus dem NOx-Analysator und der aus Lösungs- und Durchflussmessungen berechneten Konzentrationen zeigt, dass die Lösungskonzentrationen gut mit den NC2-NOx-Konzentrationen übereinstimmen.Tatsächlich zeigen die Untersuchungen der Perzentile der Verteilung der einminütigen NOx-Konzentrationsdaten, dass die NOx-Konzentrationen auf Lösungsbasis innerhalb der Verteilung für jedes Sammelintervall liegen. Die NOx-Konzentration von Proben, die in städtischen Straßenrand- und auf Straßen liegenden Bereichen gesammelt wurden, umfasst drei Größenordnungen. Und die Isotopenverhältnisse reichen von minus eins bis minus 13 pro Tausend.Dies zeigt, dass die Bandbreite der Isotopenverhältnisse in der Umwelt deutlich größer ist als die Unsicherheit der Methode, die lediglich 1,5 Promille beträgt. Der Vergleich zweier gleichzeitig eingesetzter Sammelsysteme ergibt eine hervorragende Übereinstimmung der isotopischen Daten, ausgedrückt als absoluter Abstand zwischen den beiden Datenpunkten für jeden Sammelzeitraum. In städtischen Gebieten kann die NOx-Sammlung in weniger als einer Stunde durchgeführt werden, und die Proben können innerhalb von etwa fünf Minuten pro Probe aufgearbeitet werden.Diese einzigartige Methode ermöglicht die Charakterisierung der isotopischen Zusammensetzung von NOx-Quellen-Blüten in einer Vielzahl von Feldumgebungen mit relativ hoher zeitlicher Auflösung. Wir haben Emissionswolken von Straßenfahrzeugen gesammelt und vergleichen deren isotopische Zusammensetzung mit anderen bedeutenden NOx-Quellen. Letztendlich dient diese Methode dazu, NOx präzise im Feld zu sammeln und die Isotope von NOx zu nutzen, um deren Einfluss auf die atmosphärische Chemie und die saure Deposition zu verfolgen.

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Forschung

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