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

Ogólnym celem tej metody jest ilościowe wychwycenie gazowych tlenków azotu w roztworze w celu zmierzenia składu izotopowego azotu tego ważnego dla środowiska gazu. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie chemii atmosfery i chemii środowiska, ponieważ tlenki azotu zwane NOx przyczyniają się do powstawania smogu i odkładania się kwasów w środowisku. Izotopy NOx pozwalają nam potencjalnie śledzić źródła i wpływ NOx na środowisko.

Zaletą naszej techniki jest to, że może ona skutecznie wychwytywać NOx w różnych warunkach. W porównaniu z poprzednio stosowanymi technikami, nasza metoda została dokładnie zwalidowana zarówno w laboratorium, jak i w terenie ze względu na jej zdolność do ilościowego wychwytywania NOx do analizy izotopowej. Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia tego nowatorskiego systemu.

Wdrożenie w terenie wymaga kompaktowego pakietu zasilanego bateryjnie, aby umożliwić przenośność w różnych zastosowaniach terenowych. Najpierw należy przygotować roztwory do pobierania próbek, używając jednego molowego roztworu podstawowego nadmanganianu potasu i 10 molowego wodorotlenku sodu. Następnie rozcieńczyć każdy roztwór ultraczystą wodą do odpowiedniej objętości.

Usuń 25 mililitrów jednego z roztworów jako ślepą próbę laboratoryjną i przenieś go do 60-mililitrowej butelki ze szkła bursztynowego. Zanotować, z której butelki z roztworem pochodziła ślepa próba laboratoryjna. Następnie należy wymienić wszystkie filtry w systemie zbierania NOx przed pobraniem próbek, aby upewnić się, że działają one jak najskuteczniej i wydajniej.

Utworzenie laboratorium stacjonarnego składającego się z systemu zbierania NOx i chemiluminescencyjnego analizatora stężenia NOx. Utworzyć wlot do systemu za pomocą rurki PTFE, która z jednej strony wskazuje kierunek powietrza, które ma być zbierane, a z drugiej strony jest przymocowana do trójnika, aby podłączyć wlot zarówno do analizatora NOx, jak i do automatycznego systemu zbierania. Włącz system tak, aby powietrze bulgotało przez roztwór i widoczne były bąbelki.

Po pobraniu próbki i zakończeniu zbierania NOx w próbce, należy zebrać roztwór do 60-mililitrowej butelki ze szkła oranżowego i ręcznie wyjąć butelkę z systemu. Automatycznie wyczyść szklaną butelkę do mycia za pomocą pompki strzykawkowej. Podczas zbierania należy wykonać ślepe próby w terenie dla każdej butelki z roztworem, która jest używana, wysyłając 25 mililitrów roztworu przez system bez włączania pompy próżniowej w celu zebrania powietrza.

Roztwór należy pobrać natychmiast po jego wstrzyknięciu do systemu. Wlać roztwór z jednej próbki do zlewki na próbkę, a następnie jeden roztwór próby ślepej do zlewki zerowej. Energicznie mieszając, powoli wprowadzić pięć mililitrów nadtlenku wodoru powyżej zlewki na próbkę, tak aby końcówka nie dotykała zlewki, mieszadła ani roztworu.

Dodać drugą pięciomililitrową porcję wokół boku zlewki, upewniając się, że cały roztwór próbki jest zredukowany. Wlej całą zawartość każdej zlewki, zarówno płyn, jak i brązowy osad, do 50-mililitrowych probówek wirówkowych, które zostały oznaczone zgodnie z próbką lub pustą cyfrą lub literą. Następnie odwirować każdą partię próbek w temperaturze 3 220 razy G przez 15 minut.

Po odwirowaniu wlej każdy supernatant do bursztynowej plastikowej butelki i odpowiednio zutylizuj probówkę wirówkową. Zanurzyć końcówkę strzykawki używanej do wstrzykiwań w zlewce z ultraczystą wodą i wysuszyć. Przepłukać całą objętość strzykawki ultraczystą wodą z drugiej zlewki i wyrzucić wodę jako odpad.

Następnie napełnić strzykawkę niewielką ilością próbki w celu wstępnego wypłukania strzykawki. Po odrzuceniu próbki należy ponownie napełnić strzykawkę próbką. I delikatnie uderz w niego, aby usunąć wszelkie pęcherzyki powietrza, aby zmierzyć dokładną objętość.

Na podstawie stężenia określonego dla każdej próbki wstrzyknąć odpowiednią objętość do wcześniej przygotowanej fiolki z nakrętką z bakteriami. Po przechowywaniu fiolek przez noc w ciepłym miejscu, wstrzyknąć od 0,1 do 0,2 mililitra 10 molowego wodorotlenku sodu do każdej próbki w celu lizy bakterii. Bezpośrednie porównanie średnich stężeń NOx z analizatora NOx ze stężeń obliczonych na podstawie pomiaru roztworu i przepływu wskazuje, że stężenia roztworu dobrze zgadzają się ze stężeniami NOx NC2.

W rzeczywistości badanie percentyli rozkładu jednominutowych danych dotyczących stężenia NOx pokazuje, że stężenia NOx w oparciu o roztwór mieszczą się w rozkładzie dla każdego interwału zbierania. Stężenie NOx w próbkach pobranych w miastach w pobliżu dróg i na drogach obejmuje trzy rzędy wielkości. A proporcje izotopów wahają się od minus jeden do minus 13 na promil.

Pokazuje to, że zakres proporcji izotopów w środowisku jest znacznie większy niż niepewność metody, która wynosi zaledwie 1,5 promila. Porównanie dwóch systemów gromadzenia danych stosowanych w tym samym czasie wykazało doskonałą zgodność w odniesieniu do danych izotopowych określanych ilościowo jako bezwzględne odchylenie między dwoma punktami danych dla każdego okresu zbierania. Na obszarach miejskich zbieranie NOx można przeprowadzić w czasie krótszym niż godzina, a próbki można zredukować w około pięć minut na próbkę.

Ta unikalna metoda ułatwia charakterystykę składu izotopowego źródła NOx w różnych środowiskach terenowych, przy stosunkowo wysokiej rozdzielczości czasowej. Zebraliśmy smugi emisji z pojazdów drogowych i porównujemy ich skład izotopowy z innymi głównymi źródłami NOx. Ostatecznie celem tej metody jest dokładne zbieranie NOx w terenie i wykorzystanie izotopów NOx do śledzenia jego wpływu na chemię atmosfery i osadzanie kwasów.