Name: Zautomatyzowany, mobilny system zbierania o wysokiej rozdzielczości do analizy izotopowej azotu NOx (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-20T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 14 s
Description: Poznaj zautomatyzowaną metodę zbierania tlenków azotu NOx do analizy izotopowej w chemii atmosferycznej. Technika umożliwia efektywną akwizycję próbek w warunkach laboratoryjnych i terenowych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

PKW pragnie podziękować Voss Environmental Fellowship na Uniwersytecie Browna za finansowanie i wsparcie. Badania te zostały sfinansowane przez National Science Foundation CAREER Award (AGS-1351932) dla MGH. Autorzy dziękują Ruby Ho za wsparcie tego projektu. Autorzy pragną również podziękować Rebecce Ryals; Jim Tang i jego grupa badawcza z Morskiego Laboratorium Biologicznego, a konkretnie Elizabeth de la Reguera, o dostęp do analizatorów LMA-3d i Li-COR 7000; Barbara Morin z Departamentu Zarządzania Środowiskiem Rhode Island; Roy Heaton i Paul Theroux z Departamentu Zdrowia Rhode Island; Adam McGovern w Warren Alpert Medical School; oraz Charliego Vickersa i Toma Keifera do obróbki systemów zbierania. Dziękujemy również zespołowi redakcyjnemu i dwóm anonimowym recenzentom za doskonałe sugestie zmian, które poprawiły manuskrypt.

<ol><li>Galloway, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Nitrogen+Cascade%5BTitle%5D)+AND+%22BioScience%22%5BJournal%5D)">The Nitrogen Cascade.</a> BioScience. 53 (4), 341-356 (2003).</li>
<li>Levy, H. II, Moxim, W. J., Klonecki, A. A., Kasibhatla, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulated+tropospheric+NOx%3A+Its+evaluation%2C+global+distribution+and+individual+source+contributions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Geophysical+Research%22%5BJournal%5D)">Simulated tropospheric NOx: Its evaluation, global distribution and individual source contributions.</a> J. Geophysical Research. 104 (D21), 26279-26306 (1999).</li>
<li>Hastings, M. G., Casciotti, K. L., Elliott, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stable+Isotopes+as+Tracers+of+Anthropogenic+Nitrogen+Sources%2C+Deposition%2C+and+Impacts%5BTitle%5D)+AND+%22Elements%22%5BJournal%5D)">Stable Isotopes as Tracers of Anthropogenic Nitrogen Sources, Deposition, and Impacts.</a> Elements. 9 (5), 339-344 (2013).</li>
<li>Fibiger, D. L., Hastings, M. G., Lew, A. F., Peltier, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Collection+of+NO+and+NO2+for+Isotopic+Analysis+of+NOx+Emissions%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Collection of NO and NO2 for Isotopic Analysis of NOx Emissions.</a> Anal. Chem. 86 (24), 12115-12121 (2014).</li>
<li>Ammann, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estimating+the+uptake+of+traffic-derived+NO2+from+15N+abundance+in+Norway+spruce+needles%5BTitle%5D)+AND+%22Oecologia%22%5BJournal%5D)">Estimating the uptake of traffic-derived NO2 from 15N abundance in Norway spruce needles.</a> Oecologia. 118 (2), 124-131 (1999).</li>
<li>Felix, J. D., Elliott, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isotopic+composition+of+passively+collected+nitrogen+dioxide+emissions%3A+Vehicle%2C+soil+and+livestock+source+signatures%5BTitle%5D)+AND+%22Atmospheric+Environment%22%5BJournal%5D)">Isotopic composition of passively collected nitrogen dioxide emissions: Vehicle, soil and livestock source signatures.</a> Atmospheric Environment. 92, 359-366 (2014).</li>
<li>Heaton, T. H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((15N%2F14N+ratios+of+NOx+from+vehicle+engines+and+coal-fired+power+stations%5BTitle%5D)+AND+%22Tellus%22%5BJournal%5D)">15N/14N ratios of NOx from vehicle engines and coal-fired power stations.</a> Tellus. 42 (3), 304-307 (1990).</li>
<li>Walters, W. W., Goodwin, S. R., Michalski, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nitrogen+Stable+Isotope+Composition+%28%CE%B415N%29+of+Vehicle-Emitted+NOx%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">Nitrogen Stable Isotope Composition (δ15N) of Vehicle-Emitted NOx.</a> Environ. Sci. Technol. 49 (4), 2278-2285 (2015).</li>
<li>Zaveri, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ozone+production+efficiency+and+NOx+depletion+in+an+urban+plume%3A+Interpretation+of+field+observations+and+implications+for+evaluating+O3-NOxVOC+sensitivity%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Geophys.+Res%22%5BJournal%5D)">Ozone production efficiency and NOx depletion in an urban plume: Interpretation of field observations and implications for evaluating O3-NOxVOC sensitivity.</a> J. Geophys. Res. 108 (D14), 4436(2003).</li>
<li>Margeson, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+integrated+method+for+determining+nitrogen+oxide+%28NOx%29+emissions+at+nitric+acid+plants%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">An integrated method for determining nitrogen oxide (NOx) emissions at nitric acid plants.</a> Anal. Chem. 56 (13), 2607-2610 (1984).</li>
<li>Drummond, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDrummond%2C+JW+%22New+Technologies+for+Use+in+Acid+Deposition+Networks%2C+ASTM+STD.+1052%22">New Technologies for Use in Acid Deposition Networks, ASTM STD. 1052</a>. , 133-149 (1990).</li>
<li>Sigman, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Bacterial+Method+for+the+Nitrogen+Isotopic+Analysis+of+Nitrate+in+Seawater+and+Freshwater%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">A Bacterial Method for the Nitrogen Isotopic Analysis of Nitrate in Seawater and Freshwater.</a> Anal. Chem. 73 (17), 4145-4153 (2001).</li>
<li>Casciotti, K. L., Sigman, D. M., Hastings, M. G., Böhlke, J. K., Hilkert, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+the+oxygen+isotopic+composition+of+nitrate+in+seawater+and+freshwater+using+the+denitrifier+method%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Measurement of the oxygen isotopic composition of nitrate in seawater and freshwater using the denitrifier method.</a> Anal Chem. 74 (19), 4905-4912 (2002).</li>
<li>Böhkle, J. K., Mroczkowski, S. J., Coplen, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oxygen+isotopes+in+nitrate%3A+new+reference+materials+for+18O%3A17O%3A16O+measurements+and+observations+on+nitrate-water+equilibrium%5BTitle%5D)+AND+%22Rapid+Commun.+Mass+Spectrom%22%5BJournal%5D)">Oxygen isotopes in nitrate: new reference materials for 18O:17O:16O measurements and observations on nitrate-water equilibrium.</a> Rapid Commun. Mass Spectrom. 17 (16), 1835-1846 (2003).</li>
<li>Kaiser, J., Hastings, M. G., Houlton, B. Z., Röckmann, T., Sigman, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tripe+oxygen+isotope+analysis+of+nitrate+using+the+denitrifier+method+and+thermal+decomposition+of+N2O%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Tripe oxygen isotope analysis of nitrate using the denitrifier method and thermal decomposition of N2O.</a> Anal Chem. 79 (2), 599-607 (2007).</li>
<li>Sun, K., Tao, L., Miller, D. J., Khan, M. A., Zondlo, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On-Road+Ammonia+Emissions+Characterized+by+Mobile%2C+Open-Path+Measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Technol%22%5BJournal%5D)">On-Road Ammonia Emissions Characterized by Mobile, Open-Path Measurements.</a> Environ. Sci. Technol. 48 (7), 3943-3950 (2014).</li>
<li>Dahal, B., Hastings, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Technical+considerations+for+the+use+of+passive+samplers+to+quantify+the+isotopic+composition+of+NOx+and+NO2+using+the+denitrifier+method%5BTitle%5D)+AND+%22Atmospheric+Environment%22%5BJournal%5D)">Technical considerations for the use of passive samplers to quantify the isotopic composition of NOx and NO2 using the denitrifier method.</a> Atmospheric Environment. , (2016).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

Powyższy protokół szczegółowo opisuje związane z tym kroki, od polowego pobierania próbek powietrza w roztworze do laboratoryjnego przetwarzania tych roztworów, w celu uzyskania wyników stężenia i izotopów. Krytyczne kroki w tym protokole obejmują porównanie pomiarów analizatora NOx, minimalizując czas przed redukcją roztworów. i utrzymanie stabilnych natężeń przepływu. W przypadku bezpośredniego porównywania roztworów z pomiarami in situ stężeń NOx bardzo ważne jest, aby analizator NOx był skalibrowany dla zakresów istotnych dla wybranego środowiska oraz aby krótkoterminowa zmienność stężeń NOx była rozumiana w kontekście dłuższych zbiorów czasowych dla roztworów. Ważne jest również dokładne oznaczanie stężeń roztworu NO3-, zarówno dla obliczenia stężeń NOx w powietrzu, jak i dla określenia dokładnych objętości iniekcji metodą denitryfikatora izotopowego. Okres stabilności roztworu przed redukcją próbki jest ważny dla zapewnienia stałych proporcji izotopów. Ze względu na potencjał utleniający roztworu, możliwe jest utlenianie w roztworze innych reaktywnych form azotu, w szczególności NH3, ponieważ może on występować w wystarczająco wysokich stężeniach w niektórych obszarach, aby potencjalnie wpływać na stężenie NO3- w roztworze. Oczekuje się, że utlenianie NH4+ do NO3- będzie trwało dłużej niż utlenianie NOx do NO3-, dlatego zalecono zmniejszenie próbek (a tym samym zatrzymanie reakcji) w ciągu 1 dnia od pobrania próbki. Biorąc pod uwagę, że warunki polowe mogą skutkować koniecznością dłuższego przechowywania roztworu, stabilność roztworów badano, badając roztwory z dodatkiem amonu i bez niego. Z dodatkiem chlorku amonu i bez niego, wartości stężenia i izotopów były stabilne w zakresie niepewności 1σ (1,5‰) przez okres do jednego tygodnia (ryc. 3). Po dwóch tygodniach od pobrania próbek roztwory z dodatkiem lub bez dodatku NH4 + nie były stabilne, ponieważ w niektórych przypadkach nie zaobserwowano spadku stężenia3, a poprawki ślepej próby nie były już solidne. Chociaż spodziewano się, że NO3- może wzrosnąć z czasem z powodu utleniania NH4 +, w niektórych przypadkach zaobserwowano spadek stężenia, co sugeruje, że nawet po dwóch tygodniach interferencja NH4 + nie powoduje niestabilności. W związku z tym roztwory należy zmniejszyć w ciągu jednego tygodnia, szczególnie jeśli pobieranie próbek odbywa się w środowisku o wysokich stężeniach NH3 (np. >200 ppbv). Wreszcie, bardzo ważne jest również rejestrowanie natężenia przepływu podczas zbierania danych w terenie. Stwierdzono, że natężenie przepływu mierzone na wlocie różni się znacznie i jest trudne do kontrolowania, nawet przy krytycznym otworze w systemie, ponieważ może na nie wpływać zatkanie filtrów hydrofobowych i/lub fryty. Zaleca się okresowe rejestrowanie natężenia przepływu (np. w odstępach 5-minutowych) przez cały okres poboru, tak aby można było dokładnie określić objętość powietrza zebranego w czasie dla każdej próbki (patrz krok 5).
Istnieje kilka alternatyw lub możliwych modyfikacji przedstawionych protokołów. Na przykład ważną zaletą metody denitryfikatora jest wymóg małej wielkości próbki12,13. Można jednak stosować inne metody izotopowe. Podobnie używamy kolorymetrycznego oznaczania stężenia, ale inne metody mogą dać dokładne wyniki stężenia NO3- .
Skuteczność zbierania w terenie, jak pokazano na rysunku 2, wynosi 92 ± 10%. Ma to kluczowe znaczenie dla zapewnienia, że podczas procesu zbierania nie dochodzi do frakcjonowania. Przy skuteczności zbierania mniejszej niż 100% może dojść do frakcjonowania w procesie zbierania, co zaburza zmierzone proporcje izotopowe. Wykazano skuteczność tej nowej metody zbierania w różnych warunkach w powietrzu miejskim. W tabeli 1 przedstawiono liczne testy, które przeprowadzono w warunkach pobierania próbek z powietrza atmosferycznego, w pobliżu dróg i w komorze smogowej w celu określenia odtwarzalności metody. Wszystkie różnice w stosunku izotopów między układami wynoszą <1,57‰. Dowodzi to powtarzalności tej metody w wielu różnych warunkach pobierania próbek. Metoda oparta na polu ma precyzję i odtwarzalność znacznie lepszą niż zmiany stosunku izotopów ~12‰ obserwowane w środowisku (ryc. 4).
Najważniejszym ograniczeniem metody jest ślepa próba NO3- lub tło związane z roztworem KMnO4 . Przetestowano różne typy KMnO4 (np. kryształy, proszki i roztwory podstawowe)4 i wszystkie zawierały NO3- przed wystawieniem na działanie NOx w powietrzu. W rezultacie konieczne jest zebranie wystarczającej ilości NOx jako NO3- w roztworze, aby osiągnąć stężenie powyżej ślepej próby. Obecnie prowadzone są dalsze badania mające na celu ilościowe określenie poziomu, przy którym próbka powinna przekraczać stężenie próby ślepej, aby uzyskać jak najdokładniejsze wyniki. Przy bardzo niskich stężeniach NOx w otoczeniu może być konieczna modyfikacja warunków pobierania w celu maksymalizacji stężenia próbki. Na przykład natężenie przepływu można zwiększyć, aby zebrać więcej powietrza w krótszym czasie lub zmniejszyć objętość roztworu, aby zwiększyć objętość powietrza do roztworu i skoncentrować zbieranie powietrza. W każdym przypadku roztwór musi pozostać powyżej fryty w naczyniu zbiorczym, aby utrzymać bulgotanie powietrza przez roztwór.
Ta metoda zbierania NOx do analizy izotopowej jest wyjątkowa wśród istniejących metod (np. próbnikówpasywnych 6,17 i roztworu kwasu siarkowego i nadtlenku wodoru8), ponieważ została zweryfikowana laboratoryjnie i w terenie pod względem możliwości zastosowania w terenie, odtwarzalności, stabilności roztworu próbki i skuteczności pobierania w różnych warunkach polowych. Ta nowatorska metoda jest wyjątkowa pod względem możliwości aktywnego zbierania NOx w środowiskach terenowych w celu analizy izotopowej w stężeniach otoczenia z rozdzielczością 30-120 minut. Zbiera NOx z wydajnością bliską 100% i wielokrotnie wykazano, że jest odtwarzalny w zakresie niepewności metody. Roztwory próbek zebrane w terenie pozostają stabilne do 1 tygodnia, zanim będą musiały zostać zredukowane. Metoda ta umożliwia pobieranie próbek w różnych stężeniach i proporcjach izotopów i okazuje się odtwarzalna od pobrania do pobrania. Technika ta może być stosowana do pobierania próbek w różnych warunkach, w tym w warunkach drogowych, przy użyciu mobilnego podejścia laboratoryjnego opisanego w protokole. Interpretacja czasoprzestrzennej zmienności emisji NOx w pojazdach jest przedmiotem odrębnego manuskryptu, w przygotowaniu (Miller, D.J., et al. 2016. J. Geofizyka. Atmos. Złożone).
Przyszłe pobieranie próbek obejmuje zastosowanie tej metody do innych rodzajów emisji NOx (np. emisji wytwarzanych mikrobiologicznie w glebie i pożarów biomasy). Izotopy są potencjalnym sposobem śledzenia źródeł NOx , ale tylko wtedy, gdy można określić ilościowo i zrozumieć różne sygnatury źródłowe. Nasza nowa metoda umożliwia ilościowe określenie składu izotopowego NOx z różnych źródeł emisji NOx oraz bezpośrednie sprawdzenie, czy wpływ emisji na środowisko można śledzić bezpośrednio i ilościowo.

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.
One of the authors&#39; names was corrected from:
Mary O&#39;Conner
to:
Mary O&#39;Connor

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.

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

Tlenki azotu atmosferycznego (NOx = NO+ NO 2) są ważnymi gatunkami w globalnym reaktywnym cyklu azotowym1,2. NOx w atmosferze jest wysoce reaktywny i bezpośrednio przyczynia się do zdolności utleniania atmosfery poprzez interakcje z ozonem (O3) i rodnikiem hydroksylowym (OH). NOx jest usuwany z atmosfery w skali godzin do dni w dolnej troposferze poprzez utlenianie do kwasu azotowego (HNO3) lub azotanu (NO3-), które są wysoce rozpuszczalne i mogą być osadzane na sucho na powierzchniach w postaci aerozoli gazowych i cząstek stałych lub osadzane na mokro przez opady atmosferyczne (np. kwaśne deszcze)2. NOx jest emitowany z różnych źródeł, w tym ze spalania paliw kopalnych, spalania biomasy, procesów mikrobiologicznych w glebie i wyładowań atmosferycznych. Podział źródeł ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia wpływu poszczególnych źródeł, ale różnorodność źródeł, ich zmienność w czasie i przestrzeni oraz stosunkowo krótkie czasy życia NOx i HNO3 sprawiają, że same analizy stężeń są niewystarczającym wskaźnikiem. Stabilne izotopy mogą być użyteczne jako sposób na lepsze śledzenie wzorców przestrzennych i trendów czasowych źródeł oraz chemii NOx iNO 3- w środowisku, a także jako sposób na dodanie nowych ograniczeń do modeli atmosferycznych3. Do tej pory sygnatury izotopowe związane z różnymi źródłami NOx pozostają wysoce niepewne, szczególnie z powodu dużych niepewności związanych z poprzednimi metodami4.
Poprzednie badania reprezentują szereg różnych metod aktywnego i pasywnego zbierania i dają duże zakresy w raportowanych wartościach izotopowych, nawet dla tego samego źródła emisji. Fibiger i wsp. stwierdzili, że wcześniej stosowane metody często różniły się znacznie pod względem skuteczności wychwytywania NOx, przy czym zmiany warunków miały ogromny wpływ na zbieranie danych w terenie (np. temperatura, wilgotność, natężenie przepływu, wiek roztworu)4. Nieefektywne wykorzystanie dotychczasowych metod wychwytywania NO i NO2 może prowadzić do frakcjonowania. Na przykład wyższe tempo utleniania dla 14N w stosunku do 15N może powodować niskie odchylenia w δ15N-NOx, które nie są reprezentatywne dla wartości atmosferycznych. Oprócz kwestii metodologicznych4,17 do różnic w zgłaszanych zakresach wartości izotopów związanych z tym samym źródłem może również przyczyniać się wiele różnych rodzajów pobierania próbek powietrza. Na przykład sygnatury izotopowe związane z emisją NOx przez pojazdy zasugerowano na podstawie zbierania danych w pobliżu dróg5, w tunelach drogowych6 i bezpośrednio z rur wydechowych pojazdów7,8. Co więcej, poprzednie metody mają rozdzielczość czasową wynoszącą w najlepszym razie 24 godziny, a znaczące zmiany w stężeniach NOx w otoczeniu obserwuje się w godzinowych (lub krótszych) skalach czasowych9, co potencjalnie ogranicza zastosowanie detekcji izotopowej dla różnych źródeł. Wiele metod zbierania NOx wymaga bardzo silnych roztworów utleniających zdolnych do utleniania NOx, ale także innych zebranych reaktywnych form azotu (np. amonu), które z czasem azotują się, potencjalnie przyczyniając się do zakłóceń pomiaru izotopowego. Niektóre poprzednie metody są również ograniczone do zbierania NO2 w roztworze, który zapewnia tylko ograniczone zrozumienie izotopów NOx, ponieważ nie zbiera NO (emisja pierwotna). W związku z tym istnieje potrzeba wychwytywania NOx z różnych źródeł emisji przy użyciu spójnej, zwalidowanej metody, aby lepiej ograniczyć, czy zmienność izotopów NOx (i NO3-) w środowisku można wykorzystać do bezpośredniego śledzenia źródeł i składu chemicznego.
Ten artykuł opisuje technikę zbierania NOx do analizy izotopowej z wymaganą rozdzielczością czasową, wydajnością zbierania (100%) i odtwarzalnością (≤1,5‰) do zastosowania w wielu środowiskach polowych. Metoda, pierwotnie opisana przez Fibigera i wsp.4, jest dalej walidowany poprzez wykazanie jego skuteczności zbierania w zmieniających się warunkach NOx i warunków meteorologicznych w terenie, badanie stabilności roztworu i zakłóceń amoniaku oraz uzasadnienie jego odtwarzalności w środowisku miejskim. Przestrzenne i czasowe różnice w wartościach izotopowych są badane przy użyciu jednej metody zweryfikowanej laboratoryjnie i w terenie, która może wychwycić NOx w roztworze z wysoką wydajnością. W artykule przedstawiono zastosowanie tej metody do zbierania danych o powietrzu przydrogowym, drogowym i miejskim w rozdzielczościach czasowych od 30 do 120 minut.
W skrócie, NOx (NO i NO2) jest zbierane z atmosfery w roztworze silnie utleniającym jako NO3-. Jednocześnie rejestrowane są stężenia NOx, NO2 i CO2 w otoczeniu oraz inne istotne dane, takie jak lokalizacja GPS i czas zbierania. Po pobraniu próbki roztwór jest przetwarzany w laboratorium, co polega na zmniejszeniu roztworu w celu zatrzymania reakcji, a następnie zobojętnieniu pH roztworu w celu przeprowadzenia kolejnych analiz stężenia NO3- i izotopów. Stężenie NO3- jest tutaj oznaczane w zautomatyzowanym procesie spektrofotometrycznym (tj. kolorymetrycznym). Skład izotopowy azotu określa się metodą denitryfikatora, która ilościowo przekształca NO3- w roztworze w gazowyN2O, który jest następnie mierzony na spektrometrze mas o stosunku izotopów. W ramach zbiorów pobierane i mierzone są również ślepe próby laboratoryjne i terenowe, aby zapewnić integralność próbki. Poniżej znajduje się szczegółowy protokół krok po kroku.

<table><tbody><tr><td>Butelka</td><td></td><td></td> do mycia gazu <td>Używany niestandardowy projekt, wiele firm sprzedaje inne butelki do mycia gazu. W butelce musi znajdować się fryta.</td></tr><tr><td>Pompa strzykawkowa</td><td>Kloehn</td><td>Kloehn Versa Pump 6, 55</td> Zawory odcinające PTFE Parker <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>002-00170-900</td><td>Zarówno 2 trójdrogowe, jak i podwójne dwudrogowe normalnie zamknięte, elektronicznie uruchamiane zawory</td></tr><tr><td>Rurki teflonowe do obsługi gazu</td><td>McMaster Carr</td><td>5033K31</td><td>Ćwierć cala średnicy zewnętrznej, ósma calowa średnica wewnętrzna, rurka PTFE</td></tr><tr><td>Rurka Tygon do obsługi cieczy</td><td>McMaster Carr</td><td>5103K32</td><td>Ćwierć cala średnicy zewnętrznej, ósma cala średnica wewnętrzna, rurka PTFE Złączki</td></tr> do <tr><td>gazów sprężających i zawory kulowe (różne)</td><td>Swagelok</td><td>Mieszany</td><td></td></tr><tr><td>kalibrator przepływu</td> ze stali nierdzewnej <td>MesaLabs</td><td>Defender 520</td><td></td></tr><tr><td>Złączki kompresyjne PFA</td><td>Cole Parmer</td><td>Różne</td><td>Obsługa gazów i cieczy</td></tr> Rada ds. <tr><td>Akwizycji Danych National</td><td>Instruments</td><td>NI USB-6001</td><td>Używany do przełączania zaworów</td></tr><tr><td>Przekaźnik półprzewodnikowy</td><td>Crydom</td><td>DC60S5</td><td>Używany do przełączania zaworów</td></tr><tr><td>Jednostopniowy zespół filtra</td><td>Savillex</td><td>401-21-25-50-21-2</td><td>Użyj uchwytów o średnicy 25 mm i 47 mm</td></tr><tr><td>Nylonowy filtr membranowy</td><td>Pall Corporation</td><td>66509</td><td>1 &mu; m filtr, zarówno o średnicy 25 mm, jak i 47 mm</td></tr><tr><td>Hydrofobowy filtr membranowy</td><td>Millipore</td><td>LCWP04700</td><td>10,0 &mu; Filtry o średnicy m, 25 mm i 47 mm</td></tr><tr><td>Filtry membranowe</td><td>Millipore</td><td>FALP04700</td><td>1 &mu; Filtr M, zarówno filtry o średnicy 25 mm, jak i 47 mm</td></tr><tr><td>Mini pompa membranowa</td><td>KNF</td><td>UN 816.1.2 KTP</td><td>Używana do stacjonarnego laboratorium</td></tr><tr><td>Mini pompa membranowa</td><td>KNF</td><td>PJ 26078-811</td><td>Używana do mobilnego laboratorium</td></tr><tr><td>Aluminium</td><td>Onlinemetals.com</td><td>6061-T6</td><td>Przycięte na wymiar do systemu</td></tr><tr><td>Deep Cycle Power Battery</td><td>EverStart</td><td>24DC</td><td></td></tr><tr><td>MilliQ Water</td><td>Milipore</td><td>ZMQSP0DE1</td><td></td></tr><tr><td>Nadmanganian potasu 1 N Roztwór</td><td>Fischer Scientific</td><td>SP282-1</td><td></td></tr><tr><td>Granulki wodorotlenku sodu</td><td>Fischer Scientific</td><td>S318-1</td><td></td></tr><tr><td>Ohaus Waga stołowa</td><td>Pioneer</td><td>EX224N</td><td></td></tr><tr><td>4 uncje Bursztynowe szklane butelki</td><td>Butelki Qorpak</td><td>GLC-01926</td> <td>(butelki 60 ml i WM 125 ml)</td></tr> <tr><td>Bursztynowe butelki HDPE</td><td>Fischerbrand</td><td>300751</td><td>Numer części podany dla butelek z wąskimi otworami o pojemności 125 ml, Dwie odmiany (125 z szerokimi otworami i wąskimi ustami o pewnej objętości)</td></tr> <tr><td>Wstępnie oczyszczona butelka EPA Bursztynowa z szerokim otworem, 500 ml</td><td>Cole Parmer</td><td>EW-99540-55</td><td></td></tr><tr><td>Nadtlenek wodoru 30%</td> <td>Fischer Chemical</td><td>H325-500</td> Wirówka <td>korozyjna</td></tr><tr><td>5810 R</td><td>Eppendorf</td><td>5821020010</td><td></td></tr><tr><td>50 ml polipropylenowa rurka stożkowa</td><td>Falcon</td><td>14-432-22</td><td></td></tr><tr><td>12 N Kwas solny</td><td>Fischer Scientific A114SI212</td><td></td><td></td></tr><tr><td>kolorymetryczny analizator składników odżywczych</td><td>Westco Scientific Instruments</td><td>SmartChem 170</td><td>Kupując kolorymetryczny analizator składników odżywczych, jest on dostarczany z, roztworami czyszczącymi, roztworami płuczącymi i roztworami do uruchamiania urządzenia, w tym roztworami umożliwiającymi Aktywować kolumnę kadmu w przyrządzie do analizy azotanów.</td></tr><tr><td>Automatyczny titrator</td><td>Hanna Instruments</td><td>HI 901</td><td></td></tr><tr><td>20 ml Clr Headspace Vial</td><td>Microleter, firma WHEATON</td><td>W225283</td><td>Wymienione informacje &nbsp; dotyczą fiolek 20 ml. Fiolki o pojemności 50 ml można również kupić u wymienionego sprzedawcy.</td></tr><tr><td>Septa, 20 mm szary</td><td>mikroleter butylowy, uszczelka WHEATON Company</td><td>20-0025</td><td></td></tr><tr>, standardowy mikroleter<td>aluminiowy 20 mm</td><td>, firma WHEATON</td><td>20-0000AS</td><td></td></tr><tr><td>25 G x 1 1/2 BD Igła PrecisionGlide</td><td>BD</td><td>305127</td><td></td></tr><tr><td>26 G x 1/2 BD Igła PrecisionGlide</td><td>BD</td><td>305111</td><td></td></tr><tr><td>Helium</td><td></td><td>05078-536</td><td>Można zamówić z wielu różnych soures</td></tr><tr><td>Zaciskarka/Odklinacz</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>Strzykawki o różnych rozmiarach do masowego wstrzykiwania</td><td>BD</td><td>Różni się w zależności od wielkości</td><td></td></tr><tr><td>Emulsja przeciwpieniąca B</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A5757-500ML</td><td></td></tr><tr><td>IRMS</td><td>ThermoFischer Scientific</td><td>IQLAAMGAATFADEMBHW</td><td>Rzeczywisty spektrometr mas stosunku izotopów jest wymieniony tutaj. W naszym zestawie znajduje się również ławka gazowa i automatyczny podajnik próbek.</td></tr><tr><td>Stanowisko gazowe 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>Wybierz produkt do iniekcji przestrzeni nad głową</td></tr><tr><td>Analizator stężenia NOx 42i</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>Analizator CO2</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>Model 146i Dynamiczny kalibrator gazu</td><td>ThermoFischer Scientific</td><td>102482-00</td><td></td></tr><tr><td>Model 111 Zerowy dopływ powietrza</td><td>ThermoFischer Scientific</td><td>7734</td><td></td></tr><tr><td>50,2 ppm NO w N2 Standardowy gaz</td><td>Praxis Air</td><td>Będzie się różnić w zależności od zakupionego</td><td></td> zbiornika standardowego powietrza</tr></tbody></table>

zautomatyzowany, mobilny system zbierania o wysokiej rozdzielczości do analizy izotopowej azotu nox

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

Tlenki azotu (NOx = NO + NO2) to rodzina atmosferycznych gazów śladowych, które mają duży wpływ na środowisko. Stężenia NOx bezpośrednio wpływają na zdolność utleniania atmosfery poprzez interakcje z ozonem i rodnikami hydroksylowymi. Głównym pochłaniaczem NOx jest tworzenie i odkładanie się kwasu azotowego, składnika kwaśnych deszczy i biodostępnego składnika odżywczego. NOx jest emitowany z mieszaniny źródeł naturalnych i antropogenicznych, które różnią się w czasie i przestrzeni. Kolokacja wielu źródeł i krótki czas życia NOx sprawiają, że ilościowe ograniczenie wpływu różnych źródeł emisji i ich wpływu na środowisko jest trudne. Sugeruje się, że izotopy azotu NOx różnią się w zależności od różnych źródeł, co stanowi potencjalnie potężne narzędzie do zrozumienia źródeł i transportu NOx. Jednak poprzednie metody zbierania atmosferycznego NOx integrują się w długich (z tygodnia na miesiąc) przedziałów czasowych i nie są zatwierdzone pod kątem skutecznego zbierania NOx w odpowiednich, zróżnicowanych warunkach terenowych. Informujemy o nowym, wysoce wydajnym systemie terenowym, który zbiera atmosferyczny NOx do analizy izotopowej w rozdzielczości czasowej od 30 minut do 2 godzin. Ta metoda zbiera gazowy NOx w roztworze w postaci azotanu ze 100% wydajnością w różnych warunkach. Przedstawiono protokoły zbierania powietrza w warunkach miejskich zarówno w warunkach stacjonarnych, jak i mobilnych. Szczegółowo opisujemy zalety i ograniczenia metody oraz demonstrujemy jej zastosowanie w terenie. Pokazano, że dane z kilku wdrożeń 1) oceniają skuteczność zbierania w terenie poprzez porównanie z pomiarami stężenia NOx in situ, 2) testują stabilność przechowywanych roztworów przed przetwarzaniem, 3) określają ilościowo odtwarzalność in situ w różnych warunkach miejskich oraz 4) pokazują zakres izotopów N NOx wykrywanych w otaczającym powietrzu miejskim i na drogach o dużym natężeniu ruchu.

W pierwotnych pracach nad opracowaniem metody przeprowadzonych przez Fibiger et al., metoda pobierania NOx została rygorystycznie przetestowana w warunkach laboratoryjnych przy różnych parametrach4. Niniejsza praca skupia się na aktualizacjach metody oraz jej zastosowaniach terenowych w zróżnicowanych warunkach środowiskowych. Wyniki odnoszą się do (1) efektywności pobierania w terenie, (2) stabilności roztworu próbki w czasie przed redukcją próbki oraz wrażliwości na wysokie stężenia amonu (NH4+) w roztworze oraz (3) powtarzalności pomiarów w terenie. Wszechstronność metody wykazano w jej zastosowaniu do pomiarów powietrza otoczenia, pomiarów przy drogowych oraz pomiarów na drogach.
Średnie stężenia zebrane w roztworze porównano ze stężeniami NOx mierzonymi w interwałach 1 min za pomocą chemiluminescencyjnego analizatora NOx podczas dwudniowego badania dobowego w miejskim powietrzu zewnętrznym w Providence, RI. Rysunek 2 szczegółowo przedstawia wydajność zbierania w okresie, w którym stężenia zmieniały się w szerokim zakresie, od ~2,5-18 ppbv NOx. Rysunek 2A ukazuje bezpośrednie porównanie median stężeń NOx z analizatora NOx ze stężeniami obliczonymi na podstawie pomiarów roztworu i przepływu, co wskazuje, że średnio stężenia w roztworze stanowią 92% median stężeń in situ. Wynik ten mieści się w oczekiwanym zakresie niepewności ±10%, jednak różnica ta prawdopodobnie odzwierciedla zmienne stężenia w okresach zbierania (Rysunek 2B). Na podstawie analizy percentyli rozkładu danych stężeń NOx w interwałach 1-minutowych stwierdzono, że stężenia NOx w roztworze mieszczą się w obrębie rozkładu dla każdego przedziału czasowego zbierania (Rysunek 2B).
Zaleca się przeprowadzenie redukcji próbek pobranych w terenie w ciągu 1 dnia od zakończenia pobierania (t.j. całkowite wykonanie kroku 3). Cel ten zaproponowano, aby zmniejszyć potencjalne zakłócenia wynikające z pobrania innych rozpuszczalnych form azotu, takich jak NH3, które z czasem mogłyby zostać przekształcone w azotany w silnie utleniającym roztworze KMnO4/NaOH. Aby przetestować to bardziej szczegółowo, w maju i lipcu 2015 roku w Providence, RI, na kampusie Uniwersytetu Brown, pobrano próbki przy rampie rozładunkowej znajdującej się w pobliżu często uczęszczanej drogi lokalnej, gdzie dostawcze ciężarówki z silnikami diesla regularnie pracują na biegu jałowym podczas rozładunku. Po pobraniu próbek alikwoty zostały rozdzielone i poddane redukcji w różnych odstępach czasu (1 dzień, 4-7 dni oraz 13-15 dni) po pobraniu próbki (Rysunek 3A). Próbki na Rysunku 3B również pobrano w maju i lipcu, ale przygotowano je poprzez dodanie 5 ml 10 mM chlorku amonu do 450 ml roztworu. Uzyskano w ten sposób stężenie 11 µM NH4+ w roztworze, co odpowiada pobraniu 20 ppbv NH3 z powietrza, przy założeniu, że pobrano wyłącznie NH3. Stężenia te stanowią maksimum spodziewane podczas pomiarów drogowych w pobliżu pojazdowych źródeł NH316. Niezależnie od dodania NH4+, próbki zredukowane w ciągu 7 dni od pobrania wykazały spójne stosunki izotopowe w porównaniu z pierwszą redukcją (w ciągu 1 dnia od pobrania), a wszystkie mieściły się w oczekiwanym zakresie niepewności ±1,5% (Rysunek 3A i 3B). Należy zauważyć, że niepewność ±1,5% jest reprezentatywna dla oznaczeń izotopowych powtórnych pobrań NOx4 z tanka. Niepewność związana z samymi powtórnymi pomiarami materiałów referencyjnych izotopowych wynosi zazwyczaj 0,3%. Jednak po dwóch tygodniach próbki z dodatkiem NH4+ lub bez niego nie byłykoniecznie stabilne. Choć w niektórych przypadkach wartości izotopowe nadal wydają się spójne (np. Rysunek 3A), próbki wykazały niewielkie wzrosty stężenia NO3- (&lt;1 µM) w porównaniu z pierwszą redukcją, a w niektórych przypadkach spadki stężeń NO3-. Przy dodaniu NH4+ można było spodziewać się, że stężenie NO3- będzie wzrastać z czasem powyżej oczekiwanego zakresu niepewności pomiaru stężenia (~0,8 µM), co sugeruje, że nawet po dwóch tygodniach NH4+ nie był źródłem zakłóceń. Aby lepiej zrozumieć źródło tej niestabilności, konieczne są dalsze eksperymenty, choć zauważono, że nieobrobione roztwory ślepe pozostawione w tym samym czasie konsekwentnie nie wykazywały zmian lub wykazywały niewielkie wzrosty stężeń, a zatem niestabilność musi być powodowana obecnością innych związków występujących w miejskim powietrzu zewnętrznym. Do czasu rozwiązania tej kwestii zaleca się redukcję roztworów z próbek w ciągu 7 dni od momentu pobrania.
Rysunek 4 szczegółowo przedstawia pobieranie próbek za pomocą mobilnego zestawu podczas różnych kampanii terenowych w środowiskach miejskich, przy drogach oraz na drogach. Zakres stężeń NOx obejmuje trzy rzędy wielkości, a stosunki izotopowe wahają się od -1 do -13‰. Ten zestaw próbek obejmuje 51 próbek pobranych na drogach w ciągu 52 hr, na dystansie ponad 4 0 km i w niezliczonych warunkach jazdy (np. od ciężkiego ruchu z częstymi zatrzymaniami po bardzo lekki ruch przy dużych prędkościach na autostradzie). Pobieranie próbek odbywało się na drogach w obrębie i pomiędzy 6 głównymi miastami, w tym Providence (RI), Philadelphia i Pittsburgh (PA) oraz Cleveland, Columbus i Cincinnati (OH). Średnie prędkości pojazdów wahały się od 12,4 km/hr do 19,7 km/hr. Próbki pobrane w pobliżu dróg (N = 27) uzyskano w punkcie monitoringu przy I-95 w Providence (RI). Próbki miejskiego powietrza otoczenia (N = 4 próbki pobrane w ciągu 17,5 hr) pobrano z dwóch lokalizacji na dachach budynków w Providence (RI), z których jedna znajdowała się w pobliżu węzła I-95 i I-195, a druga 75 metrów od miejsca węzła. Reprezentuje to pierwsze kroki w kierunku budowania nowych możliwości rozróżniania zakresów sygnatur izotopowych źródeł NOx, w tym przypadku emisji pojazdów i miejskich źródeł otoczenia. Zmienność dziennego δ15N-NOx na drogach i przy drogach (Rysunek 4) nie była skorelowana ze zmianami warunków jazdy i występowała przy stosunkowo stałej liczbie pojazdów w podziale na klasy paliwa. Bardziej szczegółowa dyskusja na temat zmienności sygnatur izotopowych w zależności od rodzajów paliwa pojazdowych jest przedmiotem innego manuskryptu (Miller, D.J., et al. 2016. J. Geophys. Atmos. Submitted).
Na koniec w Tabeli 1 szczegółowo przedstawiono pobory terenowe i laboratoryjne, podczas których w tym samym czasie zastosowano dwa systemy poboru w celu przetestowania powtarzalności. Porównania wykazują doskonałą zgodność danych izotopowych, określoną tutaj jako odchylenie bezwzględne między dwoma punktami danych dla każdego okresu poboru. Przedstawione dane pochodzą z poborów powietrza miejskiego z lokalizacji na dachu w Providence, RI; poborów w pobliżu drogi w Providence, RI; oraz z poborów w laboratoryjnej komorze smogowej na University of Massachusetts, Amherst.
<img alt="Konfiguracja analizatora chemiluminescencyjnego: schemat i mobilne laboratorium do detekcji NO/NOx z pompą próżniową." src="/files/ftp_upload/54962/54962fig1.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1: Schemat i obraz procesu pobierania. (A) Schemat zautomatyzowanego NOx System pobierania próbek. Kolor szary oznacza przepływ powietrza, niebieski przepływ wody/roztworu, zielony połączenia elektroniczne, żółty frit, a fioletowy roztwór nadmanganianu. Pompa strzykawkowa służy do dodawania i usuwania roztworu płuczącego (wody ultraczystej) oraz do dodawania nowego roztworu na początku pobierania próbek (pompa strzykawkowa to dostępna w sprzedaży pompa sterowana silnikiem krokowym z 50 ml strzykawką, 5-portowym zaworem rozdzielczym oraz płytkami sterującymi/sterownikami wyposażonymi w interfejs szeregowy RS-232). Próbka jest pobierana ręcznie za pomocą czarnego zaworu znajdującego się na dole butli do płukania gazów.B) Zdjęcie NOPonieważ nie podano tekstu źródłowego do przetłumaczenia, proszę o dostarczenie treści, którą należy przełożyć na język polski. systemy zbierania i NOProszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia. pojemnik w laboratorium mobilnym. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54962/54962fig1large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Analiza stężenia NOx; wykresy zebranego roztworu w stosunku do danych Brown DEM NOx oraz dobowe zmiany danych." src="/files/ftp_upload/54962/54962fig2.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 2"> 
Rysunek 2: Wydajność zbierania zautomatyzowanego systemu pobierania. (A) Tlenek azotu (NO)Przykładowy tekst źródłowy nie został dostarczony. Proszę o wprowadzenie tekstu do przetłumaczenia. stężenia obliczone na podstawie NO3- stężenia zmierzone w roztworze oraz dane dotyczące przepływu porównano z medianą stężenia zmierzoną za pomocą chemiluminescencyjnego detektora NOProszę o dostarczenie tekstu źródłowego do przetłumaczenia. analizator stężenia zlokalizowany na dachu budynku w Providence, RI. Słupki błędów przedstawiają odchylenie standardowe (±1σ) szacunków stosunku molowego NOx w roztworze, wyznaczonych z propagacji błędów połączonych odchyleń standardowych kontroli jakości (0.4 µM) pomiędzy seriami pomiarów kolorymetrycznych stężenia a niepewnością natężenia przepływu (±1%). NOx niepewności pomiaru stężenia analizatora wynoszą ±5%. (B) Szereg czasowy NOProszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia. rozkłady stężeń podczas pomiarów dobowych w punkcie pomiarowym na dachu budynku w Providence, RI. Pudełka reprezentują 25th, 50th, oraz 75th percentyle. Wąsy reprezentują wartości ekstremalne bez wartości odstających. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54962/54962fig2large.jpg" target="_blank">Aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury, kliknij tutaj.</a>
<img alt="Wykres przedstawiający odchylenie δ15N w czasie w analizie izotopowej, z punktami danych i słupkami błędów." src="/files/ftp_upload/54962/54962fig3.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rycina 3: Porównanie czasów redukcji NOProszę podać tekst źródłowy do przetłumaczenia. próbki pobrane na Uniwersytecie Brown w maju i lipcu 2015 roku. (A) Wyniki zapisano jako odchylenia od pierwszej redukcji, przeprowadzonej w ciągu 1 doby od pobrania próbek. Próbki majowe przedstawiono w formie trójkątów, a próbki lipcowe w formie kół, przy czym kolory oznaczają różne okresy pobierania. Próbki w (B) zostały poddane wstępnej obróbce chlorkiem amonu przed pobraniem powietrza w celu zbadania wpływu interferencji NH4+ w roztworze w czasie. Linie przerywane reprezentują oczekiwaną całkowitą precyzję metody gromadzenia izotopów, wyrażoną jako odchylenie standardowe wynoszące ±1,5%. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54962/54962fig3large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.</a>
<img alt="Wykres korelacji stężenia NOx i δ15N-NOx; badanie powietrza miejskiego; analiza danych." src="/files/ftp_upload/54962/54962fig4.jpg" data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rysunek 4: The δ15tlenek azotu (NO)Proszę podać tekst źródłowy do przetłumaczenia. (‰) i NOProszę podać tekst źródłowy do przetłumaczenia. stężenie próbek pobranych z miejskiego powietrza otoczenia, z miejsc przyjezdnych oraz w pobliżu dróg. Rodzaje próbek są odróżnione różnymi kolorami i reprezentują szereg warunków (patrz tekst) oraz NOWprowadź tekst do przetłumaczenia. stężenia <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/54962/54962fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.</a>
 
 
<table fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Nazwa próbki</td>
			<td>Numer systemu</td>
			<td>Data pobrania</td>
			<td>Godziny pobierania próbek</td>
			<td>Temperatura (ºC)</td>
			<td>[NO3-] (µM)</td>
			<td>Próba ślepa/całkowite N</td>
			<td>δ 15N (‰)</td>
			<td>Odchylenie δ 15N (%)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td rowspan="2">Urban Air PVD 1</td>
			<td>1</td>
			<td rowspan="2">10/8/2013 - 10/9/2013</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">Urban Air PVD 2</td>
			<td>1</td>
			<td rowspan="2">11/6/2013 - 11/7/2013</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">Urban Air PVD 3</td>
			<td>1</td>
			<td rowspan="2">11/20/2013 - 11/21/2013</td>
			<td rowspan="2">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">W pobliżu drogi 1</td>
			<td>1</td>
			<td rowspan="2">8/14/2014 - 8/15/2014</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">W pobliżu drogi 2</td>
			<td>1</td>
			<td rowspan="2">8/17/2014 - 8/18/2014</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">W pobliżu pobocza 3</td>
			<td>1</td>
			<td rowspan="2">5/25/2015</td>
			<td rowspan="2">3.5</td>
			<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">W pobliżu drogi 4</td>
			<td>1</td>
			<td rowspan="2">5/26/2015</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">Komora smogowa 1</td>
			<td>1</td>
			<td rowspan="2">8/26/2014 - 8/27/2014</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">Komora smogowa 2</td>
			<td>1</td>
			<td rowspan="2">8/27/2014 - 8/28/2014</td>
			<td rowspan="2">19.8</td>
			<td rowspan="2">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>Komora smogowa 3</td>
			<td>1</td>
			<td>8/28/2014 - 8/29/2014</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>
Tabela 1: Powtarzalność próbek pobranych w tym samym czasie przy użyciu dwóch identycznych systemów poboru. *Pobór próbek musiał zostać przerwany z powodu zapchania filtra. Urban Air PVD (PVD = Providence, RI) 1-3 zostały opublikowane wcześniej4. Near Roadside reprezentuje pobory próbek przy drodze w Providence, RI; Smog chamber reprezentuje próbki pobrane z powietrza wewnątrz komory smogowej na Uniwersytecie Massachusetts w Amherst4.

Poprzednie prace sugerują, że skład izotopowy atmosferycznych tlenków azotu może rozróżniać wpływ różnych źródeł w środowisku. Przedstawiamy zautomatyzowaną, mobilną, opartą na terenie metodę zapewniającą wysoką skuteczność zbierania atmosferycznej analizy izotopowej NOx dla N w rozdzielczości godzinowej.

Zautomatyzowany, mobilny system zbierania o wysokiej rozdzielczości do analizy izotopowej azotu NOx

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

Ogólnym celem tej metody jest ilościowe wychwytywanie gazowych tlenków azotu w roztworze w celu pomiaru składu izotopowego azotu w tym istotnym pod kątem środowiskowym gazie. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinach chemii atmosfery i chemii środowiska, ponieważ tlenki azotu, określane jako NOx, przyczyniają się do powstawania smogu i depozycji kwaśnej w środowisku. Izotopy NOx pozwalają potencjalnie śledzić źródła i wpływ NOx na środowisko.Zaletą naszej techniki jest możliwość efektywnego wychwytywania NOx w szerokim zakresie warunków. W porównaniu z technikami stosowanymi wcześniej, nasza metoda została w pełni zwalidowana zarówno w laboratorium, jak i w terenie pod kątem zdolności do ilościowego wychwytywania NOx do analiz izotopowych. Wizualna demonstracja tej metody jest kluczowa dla zrozumienia tego nowoczesnego systemu.Jego zastosowanie w terenie wymaga kompaktowego pakietu z zasilaniem bateryjnym, aby zapewnić przenośność w różnych aplikacjach terenowych. Najpierw należy przygotować roztwory do pobierania próbek, wykorzystując roztwór stokowy nadmanganianu potasu o stężeniu 1 M oraz wodorotlenek sodu o stężeniu 10 M. Następnie każdy roztwór należy rozcieńczyć wodą ultra-czystą do odpowiedniej objętości.Pobrać 25 mililitrów jednego z roztworów jako ślepa próba laboratoryjna i przenieść do 60-mililitrowej bursztynowej butelki szklanej. Zapisać, z której butelki z roztworem pochodziła ślepa próba laboratoryjna. Następnie, przed pobraniem próbek, wymienić wszystkie filtry w systemie kolekcjonowania NOx, aby zapewnić ich maksymalną skuteczność i wydajność.Przygotuj stacjonarne stanowisko laboratoryjne składające się z systemu poboru NOx oraz analizatora stężenia NOx metodą chemiluminescencji. Stwórz wlot do systemu z rurki PTFE, która jednym końcem jest skierowana w stronę powietrza do pobrania, a drugim przymocowana do trójnika, aby połączyć wlot zarówno z analizatorem NOx, jak i z automatycznym systemem poboru. Włącz system tak, aby powietrze przechodziło przez roztwór w formie pęcherzyków i były one widoczne.Po przeprowadzeniu pobierania próbek i zakończeniu procesu gromadzenia NOx, należy zebrać roztwór do 60 mililitrowej brązowej butelki szklanej i ręcznie wyjąć butelkę z układu. Następnie należy automatycznie oczyścić butelkę do płukania szkła za pomocą pompy strzykawkowej. W trakcie pobierania należy przygotować próbki ślepe terenowe dla każdej użytej butelki z roztworem, przepuszczając 25 mililitrów roztworu przez układ bez włączania pompy próżniowej do poboru powietrza.Zabierz roztwór natychmiast po jego wstrzyknięciu do układu. Przelej roztwór z jednej próbki do zlewki na próbkę, a jeden roztwór kontrolny do zlewki na próbę ślepą. Przy intensywnym mieszaniu powoli wprowadź pięć mililitrów nadtlenku wodoru nad zlewkę z próbką w taki sposób, aby końcówka nie dotykała ścianek zlewki, mieszadła ani roztworu.Dodaj drugą porcję 5 ml wzdłuż ścianki zlewki, upewniając się, że cały roztwór próbki uległ redukcji. Przelej całą zawartość każdej zlewki, zarówno ciecz, jak i brązowy osad, do probówek wirówkowych o pojemności 50 ml, które zostały oznakowane zgodnie z numerem lub literą próbki bądź próbki ślepej. Następnie odwiruj każdą partię próbek przy 3 220 ×g przez 15 minut.Po odwirowaniu przelać każdy nadsącz do bursztynowej plastikowej butelki i odpowiednio zutylizować probówkę do wirówki. Zanurzyć końcówkę strzykawki używanej do wstrzykiwania w zlewce z wodą ultra czystą, a następnie ją osuszyć. Przepłukać pełną objętość strzykawki wodą ultra czystą z drugiej zlewki i wylać wodę jako odpad.Następnie należy napełnić strzykawkę niewielką ilością próbki, aby ją wstępnie wypłukać. Po wylaniu próbki ponownie napełnij strzykawkę. Następnie delikatnie uderz w nią, aby usunąć pęcherzyki powietrza i zapewnić pomiar dokładnej objętości.Na podstawie stężenia określonego dla każdej próbki, wstrzyknij odpowiednią objętość do wcześniej przygotowanej zamkniętej fiolki z bakteriami. Po przechowywaniu fiolek przez noc w ciepłym miejscu, wstrzyknij od 0,1 do 0,2 mililitrów 10 M wodorotlenku sodu do każdej próbki, aby zlizować bakterie. Bezpośrednie porównanie median stężeń NOx z analizatora NOx oraz stężeń obliczonych na podstawie pomiarów roztworu i przepływu wskazuje, że stężenia w roztworze są zgodne ze stężeniami NOx w NC2.W rzeczywistości analiza percentyli rozkładu danych dotyczących stężenia NOx w ciągu jednej minuty wykazuje, że stężenia NOx wyznaczone w roztworze mieszczą się w zakresie rozkładu dla każdego interwału pobierania próbek. Stężenie NOx w próbkach pobranych w obszarach miejskich w pobliżu dróg oraz bezpośrednio przy drogach obejmuje trzy rzędy wielkości. Natomiast stosunki izotopowe wahają się od minus one do minus 13 per mil.Wykazuje to, że zakres stosunków izotopowych w środowisku jest znacznie większy niż niepewność metody, która wynosi zaledwie 1,5 per mil. Porównanie dwóch systemów poboru próbek rozmieszczonych w tym samym czasie wykazuje doskonałą zgodność danych izotopowych, określoną jako odchylenie bezwzględne między dwoma punktami danych dla każdego okresu poboru. W obszarach miejskich pobór NOx może zostać przeprowadzony w czasie krótszym niż godzina, a próbki mogą zostać zredukowane w około pięć minut na próbkę.Ta wyjątkowa metoda ułatwia charakterystykę składu izotopowego pióropuszy NOx z różnych źródeł w zróżnicowanych środowiskach terenowych, przy stosunkowo wysokiej rozdzielczości czasowej. Zebraliśmy pióropusze emisji z pojazdów drogowych i porównujemy ich skład izotopowy z innymi głównymi źródłami NOx. Ostatecznym celem tej metody jest dokładne pobieranie NOx w terenie oraz wykorzystanie izotopów NOx do śledzenia jego wpływu na chemię atmosfery i depozycję kwaśną.

automated-high-resolution-mobile-collection-system-for-nitrogen

Research

JoVE Journal

Environment

Środowisko

Ilustrujemy zastosowanie analizy rezonansowej reakcji jądrowej 1H(15N,αγ)12C (NRA) do ilościowej oceny gęstości atomów wodoru na powierzchni, objętości i w warstwie międzyfazowej materiałów stałych. Opisano przypowierzchniowy profil głębokości wodoru monokryształu Pd(110) i stosów SiO2/Si(100).

Kwantyfikacja stężeń wodoru w warstwach powierzchniowych i granicznych faz oraz materiałach sypkich poprzez profilowanie głębokości z analizą reakcji jądrowej

Metoda łącząca kompleksową dwuwymiarową chromatografię gazową z detekcją chemiluminescencji azotu została opracowana i zastosowana do analizy on-line związków zawierających azot w złożonej matrycy węglowodorowej.

Analiza on-line związków zawierających azot w złożonych matrycach węglowodorowych

Opisujemy procedurę wykrywania pierwiastków chemicznych obecnych in situ w komórkach ludzkich, jak również ich kwantyfikację in vitro. Metoda ta jest odpowiednia dla każdego typu komórek i jest szczególnie przydatna do ilościowych analiz chemicznych w pojedynczych komórkach po ekspozycji na nanocząstki tlenku metalu in vitro.

In Situ Wykrywanie i kwantyfikacja pojedynczych komórek nanocząstek tlenków metali za pomocą analizy mikrosondy jądrowej

Tutaj prezentujemy przenośną platformę autoRAD do szybkiej separacji radiometrycznej i oznaczania 90Sr, ważnego produktu rozszczepienia, bardzo istotnego dla odpadów jądrowych.

Zautomatyzowana separacja i wstępne zatężanie 90Sr w systemie lab-on-valve na poziomie Ppq

Prezentujemy metodę wykrywania chemicznych modyfikacji białek atmosferycznych 3-nitrotyrozyny za pomocą krążków o średnicy 6 mm wyciętych z filtrów wstępnych próbnika powietrza za pomocą wysokowydajnego detektora chromatografii cieczowej i elektrochemicznego (HPLC-ECD).

Wykrywanie 3-nitrotyrozyny w środowisku atmosferycznym za pomocą wysokowydajnego systemu chromatografii cieczowej z detektorem elektrochemicznym

Ten protokół opisuje pojedynczą przepustowość dla uzupełniających technik analitycznych i omicznych, której kulminacją jest w pełni sparowana charakterystyka naturalnej materii organicznej i proteomiki mikrobiologicznej w różnych ekosystemach. Podejście to pozwala na solidne porównania w celu identyfikacji szlaków i przemian metabolicznych ważnych dla opisu produkcji gazów cieplarnianych i przewidywania reakcji na zmiany środowiskowe.

Jednoprzepustowe komplementarne techniki analityczne o wysokiej rozdzielczości do charakteryzowania złożonych mieszanin naturalnej materii organicznej

Szczegółowo przedstawiono szereg metod do określania potencjalnego wskaźnika DNRA na podstawie 14analiz NH4+/15NH4+. NH4+ jest przekształcany wN2Ow kilku etapach i analizowany za pomocą kwadrupolowej chromatografii gazowej ze spektrometrią mas.

Pomiar potencjalnych szybkości dysymilacyjnej redukcji azotanów do amonu na podstawie 14analiz NH4+/15NH4+ poprzez sekwencyjną konwersję doN2O

Projekt mikrodziałki do badań nad znacznikiem 15N jest opisany tak, aby pomieścić wiele wydarzeń związanych z pobieraniem próbek roślin i gleby w sezonie. Przedstawiono procedury pobierania i przetwarzania próbek gleby i roślin, w tym protokoły mielenia i ważenia, dla analizy 15N.

Projektowanie mikrowykresów oraz przygotowanie próbek roślin i gleby do analizy 15azotu

Ten manuskrypt opisuje protokół radiografii neutronowej i tomografii komputerowej próbek biologicznych przy użyciu linii badawczej CG-1D High Flux Isotope Reactor (HFIR) do pomiaru metalowego implantu w kości udowej szczura, płucu myszy i systemie korzeniowo-glebowym roślin zielnych.

Radiografia neutronowa i tomografia komputerowa systemów biologicznych w reaktorze izotopowym wysokiego strumienia w Oak Ridge National Laboratory

Protokół ten ma na celu zachowanie metabolitów komórkowych dla jednokomórkowej spektrometrii mas (SCMS) poprzez połączenie płukania lotnego roztworu soli, szybkiego hartowania ciekłym azotem, liofilizacji i przechowywania w temperaturze -8 °C. Wykazano, że hartowanie ciekłym azotem jest niezbędne do utrzymania profili metabolitów, podczas gdy długotrwałe przechowywanie w chłodni powinno być zminimalizowane, aby zapobiec zmianom metabolicznym.

Przygotowanie próbek do badań metabolomicznych spektrometrii mas pojedynczych komórek: połączone mycie, hartowanie, suszenie i przechowywanie komórek

Poznaj zautomatyzowaną metodę zbierania tlenków azotu NOx do analizy izotopowej w chemii atmosferycznej. Technika umożliwia efektywną akwizycję próbek w warunkach laboratoryjnych i terenowych.

Zautomatyzowany, mobilny system zbierania o wysokiej rozdzielczości do analizy izotopowej azotu NO_x

Przeglądaj więcej filmów