Bestimmung der NOX Kfz Auspuff mit UV-VIS Spektroskopie

Environmental Science

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Overview

Quelle: Labors von Margaret Workman und Kimberly Frye - Depaul University

In der Troposphäre wird Ozon natürlich gebildet, wenn Sonnenlicht spaltet sich Stickstoffdioxid (Nr.2):

KEINE2 + Sonnenlicht → NO + O

O + O2 → O3

Ozon (O3) kann weitergehen, um mit Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (Nr.2) und Sauerstoff bilden zu reagieren:

Nein + O3 → keine2 + O2

Dadurch keine Netto-Gewinn von Ozon (O3). Jedoch wurden mit der anthropogenen Produktion von Ozon bilden Vorstufen (Nein, Nein2und flüchtige organische Verbindungen) durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, erhöhte Werte von Ozon in der Troposphäre gefunden. Kfz-Auspuff ist eine bedeutende Quelle für diese Ozon bilden Vorstufen: Nein, Nein2und flüchtige organische Verbindungen (VOC). Zum Beispiel bilden mobile Quellen fast 60 % keine + NO2 -Emissionen.

Bei den hohen Temperaturen im Brennraum ein Auto gefunden reagieren Stickstoff und Sauerstoff aus der Luft zu Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (Nr.2):

N2(g) + O2 (g)→ 2 kein(g)

2 keine(g) + O2(g)→ 2 keine2(g)

Stickstoffmonoxid (NO) emittiert in den Autoabgasen ist allmählich zu Stickstoffdioxid (Nr.2) in der Luft oxidiert. Diese Mischung aus NO und NO2 wird oft als NOXbezeichnet. Wenn keinX mit flüchtigen organischen Verbindungen in der Atmosphäre in Gegenwart von Sonnenlicht reagiert, vereinfacht troposphärisches Ozon Formen, wie in diesem gesehen chemische Reaktion:

KEINEX + VOC + Sonnenlicht → O3 andere Produkte

Diese giftige Mischung der Luftverschmutzung, die Aldehyde, Peroxyacetyl Nitrat, Ozon, VOC und NOXenthalten kann, nennt man photochemischer Smog. Ozon ist der größte Bestandteil von photochemischer Smog. Diese Smog findet sich in allen modernen Städten, aber es findet sich vor allem in Städten mit sonnigen, warmen, trockenen Klima und eine große Zahl von Kraftfahrzeugen. Die gelb-braune Farbe der Smog in der Luft liegt teilweise an der Stickstoffdioxid vorhanden, da dieses Gas sichtbares Licht in der Nähe von 400 absorbiert nm (Abbildung 1).

Kurzfristig keine2 -Exposition (30 min bis 1 Tag), respiratorische Nebenwirkungen bei gesunden Menschen und erhöhte respiratorische Symptome bei Menschen mit Asthma führt. KEINEX reagiert mit Ammoniak und andere Verbindungen zur Form Partikel. Diese kleinen Partikel können in die Lunge eindringen und Atembeschwerden, einschließlich Emphysem und Bronchitis verursachen. Personen, die verbringen viel Zeit auf der Straße oder Leben in der Nähe einer Straße, erleben deutlich höhere Exposition gegenüber Nr.2.

Aufgrund der Auswirkungen auf menschliche Gesundheit und die Umwelt, die US Environmental Protection Agency (EPA) hat keine2 als Schadstoff Kriterien klassifiziert und setzt das Primärnormal bei 100 ppb (98. Perzentil der täglichen Höchstkonzentrationen 1-h, gemittelt über 3 Jahre) und 53 ppb (Jahresmittel). Wenn man bedenkt, dass etwa 1/3 der keinex -Emissionen in den USA on-Road Fahrzeuge entfallen, sind Automobile-Emissionen daher durch den Clean Air Act geregelt. Die amerikanische Umweltbehörde EPA gegründet Abgasnormen, die Automobilhersteller befolgen müssen, wenn Autos zu produzieren. Stufe 2-Abgasnormen sind zurzeit so eingestellt, dass Hersteller Flotte Durchschnitt keinex -Emissionen von nicht mehr als 0,07 g/Meile haben müssen.

One way Hersteller erfüllen diese Norm ist die Verwendung von Katalysatoren auf ihre Autos. Dieses Gerät befindet sich zwischen dem Motor und dem Endrohr. Der Abgasstrom des Katalysators durchläuft und Katalysator ausgesetzt ist. Ein Reduktionskatalysator Platin und Rhodium wird verwendet, um die NO-X -Konzentration im Abgas zu reduzieren. Wenn einer keine oder keine2 -Molekül im Abgas Katalysator wendet, ist das Stickstoffatom schnappte sich das Molekül und hielt sich an durch den Katalysator. Der Sauerstoff wird freigegeben und O2bildet. Das Stickstoffatom am Katalysator bindet mit einem anderen Stickstoffatom statt auf dem Katalysator, Form N2.

Katalysatoren haben stark die keinex aus Autoabgasen – bis zu 80 % Rabatt, Emissionen beim ordnungsgemäß durchführen. Sie funktioniert jedoch nur, wenn sie eine relativ hohe Temperatur erreicht haben. Daher ist bei einem Kaltstart eines Autos des Katalysators praktisch keineXentfernen. Es ist nicht bis der Katalysator erreicht höheren Temperaturen, dass sie effektiv die NO-X aus dem Abgasstrom entfernt. Katalysatoren funktionieren nicht für Diesel-Pkw aufgrund der mageren Bedingungen, unter denen sie arbeiten. Darüber hinaus wird der Schwefel im Dieselkraftstoff auch den Katalysator deaktiviert. Nr.X in Diesel-Motoren werden vor allem durch das Gas Abgasrückführung (AGR) Auslassventil, das kühlt die Temperatur der Verbrennungsgase reduziert. Diesel-Pkw emittieren demzufolge in der Regel mehr NOX als Benzinautos.

Figure 1
Abbildung 1: Charakteristische Färbung für Smog in Kalifornien in der Beige Cloud bank hinter der Golden Gate Brücke. Die braune Färbung resultiert aus der NOX in photochemischem Smog.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Environmental Science. Bestimmung der NOX Kfz Auspuff mit UV-VIS Spektroskopie. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

In diesem Experiment werden die Konzentration von NOX in den Abgasstrom der verschiedenen Marken der automobilen zweimal gemessen (nach dem Einschalten und nach 10 min), die Möglichkeit der Auto-Katalysator, keineX aus dem Auspuff entfernen zu studieren. Der Katalysator erfordert eine hohe Temperatur um wirksam zu sein. Die Messung der Abgase beim Start des Autos stellt daher, die Menge an keinx in den Auspuff ohne Katalysator arbeiten. Es ist die Messung des Abgases nach 10 min den NOX im Abgas nach dem Katalysator darstellt.

NO-X -Konzentration wird durch Diazotierung von Sulfanilic Säure farbmetrisch bestimmt und anschließende Reaktion mit N-(1-naphthyl)-Ethylenediamine und Messung der Farbintensität der daraus resultierenden Azo Dye-Molekül mit einem UV-VIS Spektralphotometer eingestellt auf 550 nm.

In Lösung durchlaufen NO und NO2 die folgenden Reaktionen auf Nr.2bilden:

2 keine3(Aq) + H2O(l) → 2 H+(Aq) + keine2(g) und keine2(Aq)

4Kein(g) + O2(g) + 2 H2O(l) → 4 Nr2(Aq) + 4 H+(Aq)

Zwar die erwartete Verhältnis zwischen Nr.2 und Nr.2 2:1 bezogen auf die erste Gleichung, die zuvor aufgeführten, wurde es empirisch zu bestimmen, zu 1.39:1.

Wenn die Lösung Sulfanilic Säure und N-(1-naphthyl)-Ethylenediamine hinzugefügt werden, entwickelt sich ein pinkfarbenes Molekül (Abbildung 2).

Die Konzentration dieses rosafarbenen Moleküls ist direkt proportional zur Konzentration des NO-X in der Lösung. Die Konzentration des Moleküls Azo Farbstoff wird gemessen mit einer UV-VIS Spektralphotometer setzen bei 550 nm.

UV-VIS-Spektroskopie beruht auf der Messung der Absorption (A) von Lösungen, die in einem durchsichtigen Behälter der Breite b (in cm) statt. Die Konzentration der absorbierenden Spezies ist direkt proportional zu der Extinktion, wie in der folgenden Gleichung:

A = Element Of b c

wo Element Of ist die molare Aufnahmefähigkeit. Diese Gleichung ist bekannt als Gesetz des Bieres. Die molare Aufnahmefähigkeit ist ein Maß dafür wie stark ein Stoff absorbiert Licht bei einer bestimmten Wellenlänge und ist eine Konstante für einen bestimmten Stoff.

Um die Extinktion einer Lösung zu messen, ein Strahl von Licht mit Intensität Io richtet sich an die Lösung in einer Küvette (Abbildung 3). Die Intensität des Strahls eingeben (icho) und der aufstrebenden Strahl (I) werden gemessen, und die Extinktion wird berechnet, indem:

Element Of

Figure 2
Abbildung 2. Ein Rosé-farbene-Molekül, das entsteht, wenn die Lösung Sulfanilic Säure und N-(1-naphthyl)-Ethylenediamine hinzugefügt werden.

Figure 3
Abbildung 3. Ein Lichtstrahl mit Intensität Io darauf abzielen, die Lösung in einer Küvette.

Procedure

1. Vorbereitung der Stammlösung Nitrit (Nr.2)

  1. 1,500 g NaNO2 wiegen Sie ab und verleihen Sie eine volumetrische 1-L-Flasche.
  2. Bis zur Markierung mit Nanopure Wasser verdünnen. (Überprüfen Sie das destillierte Wasser aus dem Wasserhahn – es kann genügend Nitrit um die Messungen stören.) Dadurch entsteht ein 1.000 µg keine2-/mL-Stammlösung.
  3. Um 5,0 µg keine2-/mL-Lösung, keine2 -/mL-Lösung 1 mL von 1.000 µg einnehmen und auf 200 mL in einem volumetrischen Kolben verdünnen.

2. Vorbereitung des keineX -Indikator-Lösung

  1. Wasserfreie Sulfanilic Säure 5,0 g wiegen Sie ab und in eine volumetrische 1-L-Flasche.
  2. 500 mL Nanopure Wasser hinzugeben.
  3. 140 mL Eisessig hinzugeben.
  4. Rühren Sie die Lösung mit einer rühren, bis die Sulfanilic Säure auflöst. Dies dauert ca. 30 Minuten.
  5. N-(1-naphthyl)-Ethylenediamine Dihydrochloride 0,020 g wiegen Sie ab und fügen Sie in den volumetrischen Kolben.
  6. Bis zur Markierung mit Nanopure Wasser verdünnen.
  7. Übertragen auf eine dunkle Flasche (um Photodecomposition zu verhindern) und Stöpsel fest (um Reaktion mit Luft zu vermeiden).

3. Vorbereitung des Kalibrierstandards

  1. 1,0 mL 5,0 µg keine2-/mL-Lösung in eine volumetrische 25 mL-Fläschchen und mit der Nr.X Indikatorlösung bis zur Markierung verdünnen. Dies macht eine 0,2 µg keine2-/mL-standard-Lösung.
  2. 2,0 mL 5,0 µg keine2-/mL-Lösung in eine volumetrische 25 mL-Fläschchen und mit der Nr.X Indikatorlösung bis zur Markierung verdünnen. Dies macht eine 0,4 µg keine2-/mL-standard-Lösung.
  3. 3,0 mL 5,0 µg keine2-/mL-Lösung in eine volumetrische 25 mL-Fläschchen und mit der Nr.X Indikatorlösung bis zur Markierung verdünnen. Dies macht eine 0,6 µg keine2-/mL-standard-Lösung.
  4. 4,0 mL 5,0 µg keine2-/mL-Lösung in eine volumetrische 25 mL-Fläschchen und mit der Nr.X Indikatorlösung bis zur Markierung verdünnen. Dies macht eine 0,8 µg keine2-/mL-standard-Lösung.
  5. 5,0 mL 5,0 µg keine2-/mL-Lösung in eine volumetrische 25 mL-Fläschchen und mit der Nr.X Indikatorlösung bis zur Markierung verdünnen. Dies macht eine 1,0 µg keine2-/mL-standard-Lösung.

4. Erstellung der Standardkurve

  1. Mit einem UV-VIS Spektralphotometer, setzen Sie das Instrument Extinktion zu lesen.
  2. Legen Sie die Wellenlänge auf 550 nm auf das Spektrophotometer.
  3. Verwenden die NO-X -Indikatorlösung, Null Spektralphotometer.
  4. Messen Sie die Absorption von 5 standard-Lösungen. Rekordwerte für die Datentabelle (Tabelle 1).

5. Auto Auspuff Probenmessung

  1. Starten Sie die dieselbetriebene Automobile.
  2. Mit einer 60 mL gasdichte Spritze, fügen Sie es ein paar Zoll in das Endrohr. Vermeiden Sie Verbrennungen und Dämpfe atmen Sie nicht ein. Ansaugen und Auspuff zweimal, um die Spritze Zustand zu vertreiben.
  3. Ziehen Sie die Indikatorlösung NOX 25 mL in die Spritze. Alle Luft aus der Spritze ohne Verschütten die Indikatorlösung zu vertreiben.
  4. Ziehen Sie 35 mL Auspuff in die Spritze, ziehen den Kolben, um die 60 mL-Markierung.
  5. Kappe der Spritze. Schütteln Sie die Lösung in der Spritze für 2 min. Abdeckung der Spritze mit Alu-Folie.
  6. Die Lufttemperatur in den Auspuff zu messen, wenn die Proben zu sammeln.
  7. Wiederholen Sie die Schritte 5.1-5.6 mit einem Benzin-Automobil. Diese Schritte können so oft wie gewünscht, mit verschiedenen Modellen von Automobilen wiederholt werden.
  8. Wiederholen Sie die Schritte 5.1-5.6 Nachdem die Automobile gelaufen haben mindestens 10 Minuten.
  9. Warten Sie 45 min um die Farbe vor der Messung der Extinktion der Lösung zu entwickeln, zu ermöglichen.
  10. Nach 45 min sind, das Gas aus der Spritze zu vertreiben, setzen Sie die Lösung in einer Küvette und messen die Extinktion mit dem Spektralphotometer setzen bei 550 nm. Rekordwerte für die Datentabelle (Tabelle 1).
Probe Extinktion
0,2 µg keine2/mL standard
0,4 µg keine2/mL standard
0,6 µg keine2/mL standard
0,8 µg keine2/mL standard
1,0 µg keine2/mL standard
Diesel Auto Auspuff (beim Start)
Diesel Auto Auspuff (nach 10 min laufen)
Benzin Auto Auspuff (beim Start)
Benzin Auto Auspuff (nach 10 min laufen)

Tabelle 1. Leere Datentabelle auf Rekordwerte der Absorption.

Eine Mischung aus Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid wird in der Regel keineXgenannt. Als Nebenprodukt in Kfz Auspuff gefunden kann keineX schädlich für die Umwelt, Bildung von bodennahem Ozon schädlich sein.

Bei hohen Temperaturen im Brennraum eines Motors können Stickstoff und Sauerstoff aus der Luft reagieren zu Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid. In Gegenwart von Sonnenlicht keinX reagiert mit flüchtigen organischen Verbindungen in der Atmosphäre, Ozon und andere Produkte zu bilden. Bodennahes Ozon ist ein Gesundheitsrisiko, Lunge und Augenreizung unter anderen Beschwerden verursachen und es ist ein wichtiger Bestandteil der photochemischer Smog.

Dieses Video wird die Prinzipien hinter keinex- und troposphärisches Ozon zu veranschaulichen, Produktion, wie Indikator Lösungen herzustellen und wie Sie messen und quantifizieren keineX -Produktion von Kfz-Abgasen.

Auf der Straße Autos entfallen rund ein Drittel der keinex -Emissionen in den USA, und Emissionen sind streng durch den Clean Air Act geregelt. Katalysatoren, gelegen zwischen Motor und Auspuff, ein Auto kann keineX -Konzentration im Abgas deutlich reduzieren, aber diese hohe Temperaturen funktionieren also nur NOX verringern wird, nachdem ein Auto lange genug, um den Konverter warm gelaufen ist, erfordern.

Aufgrund dieser Unterschiede in der Fähigkeit von Katalysatoren, NOX bei unterschiedlichen Temperaturen zu entfernen werden keineX -Emissionen in der Regel beim Fahrzeug starten, und nach 10 min Laufzeit gelesen. Dies ermöglicht eine Quantifizierung der NOX Emission produziert durch das Auto und auch einen Hinweis auf die Möglichkeit des Katalysators, die NO-Xzu entfernen.

Wenn eine Lösung mit Sulfanilic Säure und Naphthyl-Ethylenediamine NOX hinzugefügt wird, bildet die resultierende Reaktion ein rosa farbigen Azo Dye-Molekül. Die Intensität von diesem pink ist direkt proportional zur Konzentration des NOX in die Lösung und kann mit einem UV-VIS Spektralphotometer, die eine Quantifizierung der Höhe der keinex beim Plotten gegen Normen in einer Kalibrationskurve gemessen werden.

Nun, da wir keineX -Entstehung kennen, schauen Sie wie keineX -Produktion von Automobilen in einer experimentellen Umgebung quantifiziert werden kann.

Zunächst das Experiment, Lösungen, die mit der Nr.X reagieren, sollte vorbereitet sein. Zur Vorbereitung der Nitrit-Stammlösung zunächst 1,5 g Natriumnitrit Abwiegen und eine volumetrische 1-L-Flasche hinzufügen. Die 1 L-Markierung auf der Flasche Nitrit-freies Wasser hinzufügen. Dadurch entsteht eine Stammlösung von 1.000 μg Nitrit pro mL. Beschriften Sie diese Stammlösung entsprechend. Um eine funktionierende Lösung von 5 μg Nitrit pro Milliliter zu machen, nehmen Sie eine frische Flasche und fügen Sie 1 mL der Stammlösung. Auf 200 mL verdünnen.

Um die NO-X -Indikatorlösung vorzubereiten, zuerst wiegen Sie 5 g wasserfreies Sulfanilic Säure ab, und verleihen Sie eine volumetrische 1-L-Flasche. Die gleiche Flasche fügen Sie 500 mL von Nitrit freiem Wasser, dann 140 mL Glazial-Essigsäure hinzu. Schwenken Sie die Lösung, bis die Sulfanilic Säure auflöst.

Als nächstes wiegen Sie 20 mg Naphthyl-Ethylenediamine und fügen Sie es in den Kolben. Zu guter Letzt füllen Sie die Küvette in die 1-L-Zeile mit Nitrit kostenlos Wasser. Übertragen Sie die Lösung in eine dunkle Flasche zu verhindern Photodecomposition, Stöpsel fest und entsprechend beschriften.

Um eine Standardkurve zu generieren, Kalibrierstandards erstellt werden müssen. Erstens eine volumetrische 25-mL-Flasche 1 mL 5.0-μg-Nitrit-Stammlösung umgesetzt und mit der Nr.X Indikatorlösung zur Kalibrierung Marke verdünnen. Dies macht eine 0,2 μg Nr.2-/mL-standard-Lösung.

Als nächstes bereiten 0,4, 0,6, 0,8 und 1 μg Nr.2-/mL-standard-Lösungen durch Zugabe von 2, 3, 4 und 5 mL Nitrit Lösungen zu trennen 25-mL-Fläschchen, und keineX -Indikatorlösung jeweils bis zur Markierung einfüllen.

Mit einem UV-VIS Spektralphotometer, setzen Sie das Instrument Extinktion zu lesen. Als nächstes legen Sie die Wellenlänge auf 550 Nanometer. Eine saubere Spektralphotometer-Sample-Zelle die Indikatorlösung NOX hinzu, und verwenden Sie diese Option auf Null Spektralphotometer. Schließlich messen Sie die Absorption von den fünf standard-Lösungen, und zeichnen Sie die Werte.

Um die Messwerte zu beginnen, starten Sie die dieselbetriebene Automobile. Nehmen Sie eine gasdichte 60 mL-Spritze, und fügen Sie es ein paar Zoll in das Endrohr, kümmert sich um Verbrennungen zu vermeiden oder Einatmen der Dämpfe. Ansaugen und Auspuff zweimal, um die Spritze Zustand zu vertreiben.

Als nächstes ziehen Sie die Indikatorlösung NOX 25 mL in die Spritze. Alle Luft aus der Spritze ohne Verschütten die Indikatorlösung zu vertreiben. Schließlich ziehen 35 mL von Abgasen in die Spritze, ziehen den Kolben, um die 60 mL-Markierung, dann zurückziehen und Kappe der Spritze.

Schütteln Sie die Lösung in die Spritze von hand für 2 min. Abdeckung der Spritze mit Alu-Folie. Zu guter Letzt messen Sie die Lufttemperatur an der Probe-Endrohr. Wiederholen Sie die Blutentnahme mit eine benzinbetriebene Automobile und andere Modell oder Design des Automobils gewünscht.

Wiederholen Sie den Versuch, nachdem die Fahrzeuge mindestens 10 min gelaufen haben. Sobald alle Proben gesammelt haben, warten Sie 45 min um Farbe zu entwickeln. Zu guter Letzt vertreiben Sie das Gas aus dem Spritzen zu, und Indikator Beispiellösungen in einzelnen Küvetten. Messen Sie die Absorption mit dem Spektralphotometer bei 550 nm und Datensatz festlegen der Werte.

Stellen Sie mit Hilfe der Extinktion Messungen von standard-Lösungen, ein Grundstück von Extinktion gegen Konzentration von Nitrit. Die Best-fit Linie der Daten zu bestimmen. Mit diesem Best-fit Linie, berechnen Sie die Konzentration von Nitrit in jeder Testlösung. Dieser Wert kann dann für Stickstoffdioxid im Abgas umgewandelt werden.

Die Konzentration von Stickstoffdioxid berechnet stellt eigentlich alle NO-X in den Auspuff Probe dar. Das PpmV oder Teile pro million nach Volumen zur μg/L Umkehr ist abhängig von Temperatur und Druck, bei dem die Proben entnommen wurden.

Autos sind nicht die einzige Quelle für keinX. Überwachung der Produktions ist wichtig in den unterschiedlichsten Bereichen.

Zigarettenrauch enthält in der Regel eine höhere Konzentration von NOX als von Automotoren, abgegeben. Typische Werte für keinX in Zigarettenrauch reichen von 500-800 ppm, verglichen mit 21-48 ppm für Emissionen aus einem Benziner oder rund 500 ppm für ein Dieselfahrzeug. Dies kann in einer Vielzahl von persönlichen gesundheitlichen Problemen, einschließlich Entzündung von Nase und Rachen, Infektionen der Atemwege, Bronchitis oder Blockierung der Übertragung von Sauerstoff im Blut führen. KEINEX -Ebenen im Zigarettenrauch können auch quantifiziert werden, mit den Methoden in diesem Video gezeigt.

Nitrifizierenden Bakterien befinden sich in Boden und Wasser, und spielen eine wichtige Rolle im Stickstoffkreislauf, Ammoniak, Nitrit oxidierende und dann Nitrat. Wie mit Abgasen und Zigarettenrauch, NOX Ebenen im Boden können auch untersucht und farbmetrisch quantifiziert.

Nitrate und Nitrite können auch in messbaren Mengen in Lebensmitteln gefunden werden. Für gehärtete Lebensmittel können Nitrate und Nitrite als Konservierungsmittel, am häufigsten in Fleisch und Fleischerzeugnissen hinzugefügt werden. Diese haben antimikrobielle sowie Farbe-Befestigung und Erhaltung Aktionen und eine erhebliche indirekte positive Wirkung auf Geschmack. Jedoch kann zu hoher Nitrit-Inhalte zu medizinischen Komplikationen einschließlich Säuglings Methämoglobinämie führen oder verkürzte Haltbarkeit Ihrer Produkte durch Effekte wie Nitrit brennen verursachen. Nitrit-Inhalt im ausgehärteten Lebensmittel sollten daher engmaschig überwacht werden, und dies kann mit einer modifizierten Version des kolorimetrischen Tests erfolgen.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die Bestimmung der NOXbeobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie keinX in Automotoren gebildet wird, wie Sie keineX -Indikator-Lösungen zu formulieren und wie Sie messen und quantifizieren NOX von Fahrzeug-Abgase.

Danke fürs Zuschauen!

Results

Tabelle 2 enthält ein Beispiel für richtige Ergebnisse. Mit Hilfe der Extinktion Messungen von standard-Lösungen, werden ein Grundstück von Extinktion vs. Konzentration von2vorgenommen (Abbildung 4). Dann kann die am besten passende Linie der Daten ermittelt werden. Mit der Best-fit Linie der Standardkurve, kann die Konzentration von NO2 in jeder unbekannten Lösung (µg/mL) berechnet werden. Dieser Wert kann die Konzentration von Nr.2 in der Auspuff gasförmigen Probe unter Verwendung der folgenden Gleichung konvertiert werden:

Equation 1

Basierend auf die ausgeglichene Gleichung keine2 H2O zuvor gesehen 2 Mol keine21 Mol, die keine2 -Verhältnis zu erwarten ist. In empirischen Experimenten wurde festgestellt näher ein 1.39:1 Verhältnis sein. Das Volumen der Lösung verwendet wurde 25 mL. Das Volumen der Gasprobe war 35 mL.

Die Konzentration von NO2 berechnet repräsentiert tatsächlich alle NO-X in der Abgas-Probe (Tabelle 3). Die Formel für die Umrechnung zwischen PpmV und µg/L hängt von der Temperatur und Druck, bei denen die Proben entnommen wurden. Die Umwandlung Gleichung lautet:

Equation 2

Wo R = allgemeine Gaskonstante = 0.08206 atm· L/Mol· K, P = atmosphärischer Druck in atm, T = Temperatur in K und MW = Molekulargewicht von NOX (als Nr.2) = 46.01 g/Mol. Daher

Equation 3

Es ist wichtig, Eingang T in K und P in atm.

Probe Extinktion
0,2 µg keine2/mL standard 0,22
0,4 µg keine2/mL standard 0,43
0,6 µg keine2/mL standard 0,60
0,8 µg keine2/mL standard 0.79
1,0 µg keine2/mL standard 1.05
Diesel Auto Auspuff (beim Start) 1.03
Diesel Auto Auspuff (nach 10 min laufen) 1.03
Benzin Auto Auspuff (beim Start) 0.10
Benzin Auto Auspuff (nach 10 min laufen) 0,04

Tabelle 2. Datentabelle mit repräsentativen Ergebnisse der Absorption.

Figure 4
Abbildung 4. Eine Standardkurve Grundstück der Extinktion vs. Konzentration von NO2.

Fahrzeug KeineX -Konzentration (ppm)
Diesel-Pkw (beim Start) 500
Diesel-Pkw (nach 10 Minuten laufen) 500
Benziner (beim Start) 48
Benzinauto (nach 10 Minuten laufen) 21

Tabelle 3. KEINEX -Konzentration (ppm) pro Fahrzeug.

Applications and Summary

Die Messung von Nitrit mit der modifizierten Saltzman Reaktion ist sehr üblich und nützlich in vielen verschiedenen Bereichen. Wie beschrieben, kann die Methode verwendet werden, um keineX -Konzentrationen in Luftproben – Autoauspuff, Laborräume, Luftqualität in Städten usw. zu messen. Darüber hinaus kann diese Methode verwendet werden, um keineX im Zigarettenrauch zu überwachen. Das Verfahren wäre dieses Experiment sehr ähnlich, außer statt Autoabgasen in die Spritze, Zigarettenrauch angesaugt werden würde. Oft gibt es eine höhere Konzentration an keinex Zigarette Rauch als er aus dem Auspuff von Automobilen, die dazu neigt, die viele überraschen. Typische Werte für keinX in Zigarettenrauch reichen von 500-800 ppm.

Diese Methode kann auch verwendet werden, testen Sie die Ebenen von Nitrat in Anwesenheit von Nitrifikation Bakterien produziert. Nitrifikation Bakterien befinden sich in Boden und Wasser und spielen eine wichtige Rolle im Stickstoffkreislauf – Oxidation von Ammoniak zu Nitrit und dann Nitrat. Das Nitrat in der Probe wird zunächst durch das Enzym-Nitrat-Reduktase zu Nitrit umgewandelt. Dann wird das Nitrit mit der modifizierten Saltzman Reaktion gemessen. Zu guter Letzt kann diese Methode zur Bestimmung der Konzentration von Nitraten und Nitriten in Lebensmitteln verwendet werden. Nitrite und Nitrate werden hauptsächlich zu Fleisch und Fleischerzeugnissen zu bewahren Lebensmitteln zugesetzt. Ein typischer Wert für Nitrit in Wurstwaren ist etwa 125 µg/mL.

1. Vorbereitung der Stammlösung Nitrit (Nr.2)

  1. 1,500 g NaNO2 wiegen Sie ab und verleihen Sie eine volumetrische 1-L-Flasche.
  2. Bis zur Markierung mit Nanopure Wasser verdünnen. (Überprüfen Sie das destillierte Wasser aus dem Wasserhahn – es kann genügend Nitrit um die Messungen stören.) Dadurch entsteht ein 1.000 µg keine2-/mL-Stammlösung.
  3. Um 5,0 µg keine2-/mL-Lösung, keine2 -/mL-Lösung 1 mL von 1.000 µg einnehmen und auf 200 mL in einem volumetrischen Kolben verdünnen.

2. Vorbereitung des keineX -Indikator-Lösung

  1. Wasserfreie Sulfanilic Säure 5,0 g wiegen Sie ab und in eine volumetrische 1-L-Flasche.
  2. 500 mL Nanopure Wasser hinzugeben.
  3. 140 mL Eisessig hinzugeben.
  4. Rühren Sie die Lösung mit einer rühren, bis die Sulfanilic Säure auflöst. Dies dauert ca. 30 Minuten.
  5. N-(1-naphthyl)-Ethylenediamine Dihydrochloride 0,020 g wiegen Sie ab und fügen Sie in den volumetrischen Kolben.
  6. Bis zur Markierung mit Nanopure Wasser verdünnen.
  7. Übertragen auf eine dunkle Flasche (um Photodecomposition zu verhindern) und Stöpsel fest (um Reaktion mit Luft zu vermeiden).

3. Vorbereitung des Kalibrierstandards

  1. 1,0 mL 5,0 µg keine2-/mL-Lösung in eine volumetrische 25 mL-Fläschchen und mit der Nr.X Indikatorlösung bis zur Markierung verdünnen. Dies macht eine 0,2 µg keine2-/mL-standard-Lösung.
  2. 2,0 mL 5,0 µg keine2-/mL-Lösung in eine volumetrische 25 mL-Fläschchen und mit der Nr.X Indikatorlösung bis zur Markierung verdünnen. Dies macht eine 0,4 µg keine2-/mL-standard-Lösung.
  3. 3,0 mL 5,0 µg keine2-/mL-Lösung in eine volumetrische 25 mL-Fläschchen und mit der Nr.X Indikatorlösung bis zur Markierung verdünnen. Dies macht eine 0,6 µg keine2-/mL-standard-Lösung.
  4. 4,0 mL 5,0 µg keine2-/mL-Lösung in eine volumetrische 25 mL-Fläschchen und mit der Nr.X Indikatorlösung bis zur Markierung verdünnen. Dies macht eine 0,8 µg keine2-/mL-standard-Lösung.
  5. 5,0 mL 5,0 µg keine2-/mL-Lösung in eine volumetrische 25 mL-Fläschchen und mit der Nr.X Indikatorlösung bis zur Markierung verdünnen. Dies macht eine 1,0 µg keine2-/mL-standard-Lösung.

4. Erstellung der Standardkurve

  1. Mit einem UV-VIS Spektralphotometer, setzen Sie das Instrument Extinktion zu lesen.
  2. Legen Sie die Wellenlänge auf 550 nm auf das Spektrophotometer.
  3. Verwenden die NO-X -Indikatorlösung, Null Spektralphotometer.
  4. Messen Sie die Absorption von 5 standard-Lösungen. Rekordwerte für die Datentabelle (Tabelle 1).

5. Auto Auspuff Probenmessung

  1. Starten Sie die dieselbetriebene Automobile.
  2. Mit einer 60 mL gasdichte Spritze, fügen Sie es ein paar Zoll in das Endrohr. Vermeiden Sie Verbrennungen und Dämpfe atmen Sie nicht ein. Ansaugen und Auspuff zweimal, um die Spritze Zustand zu vertreiben.
  3. Ziehen Sie die Indikatorlösung NOX 25 mL in die Spritze. Alle Luft aus der Spritze ohne Verschütten die Indikatorlösung zu vertreiben.
  4. Ziehen Sie 35 mL Auspuff in die Spritze, ziehen den Kolben, um die 60 mL-Markierung.
  5. Kappe der Spritze. Schütteln Sie die Lösung in der Spritze für 2 min. Abdeckung der Spritze mit Alu-Folie.
  6. Die Lufttemperatur in den Auspuff zu messen, wenn die Proben zu sammeln.
  7. Wiederholen Sie die Schritte 5.1-5.6 mit einem Benzin-Automobil. Diese Schritte können so oft wie gewünscht, mit verschiedenen Modellen von Automobilen wiederholt werden.
  8. Wiederholen Sie die Schritte 5.1-5.6 Nachdem die Automobile gelaufen haben mindestens 10 Minuten.
  9. Warten Sie 45 min um die Farbe vor der Messung der Extinktion der Lösung zu entwickeln, zu ermöglichen.
  10. Nach 45 min sind, das Gas aus der Spritze zu vertreiben, setzen Sie die Lösung in einer Küvette und messen die Extinktion mit dem Spektralphotometer setzen bei 550 nm. Rekordwerte für die Datentabelle (Tabelle 1).
Probe Extinktion
0,2 µg keine2/mL standard
0,4 µg keine2/mL standard
0,6 µg keine2/mL standard
0,8 µg keine2/mL standard
1,0 µg keine2/mL standard
Diesel Auto Auspuff (beim Start)
Diesel Auto Auspuff (nach 10 min laufen)
Benzin Auto Auspuff (beim Start)
Benzin Auto Auspuff (nach 10 min laufen)

Tabelle 1. Leere Datentabelle auf Rekordwerte der Absorption.

Eine Mischung aus Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid wird in der Regel keineXgenannt. Als Nebenprodukt in Kfz Auspuff gefunden kann keineX schädlich für die Umwelt, Bildung von bodennahem Ozon schädlich sein.

Bei hohen Temperaturen im Brennraum eines Motors können Stickstoff und Sauerstoff aus der Luft reagieren zu Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid. In Gegenwart von Sonnenlicht keinX reagiert mit flüchtigen organischen Verbindungen in der Atmosphäre, Ozon und andere Produkte zu bilden. Bodennahes Ozon ist ein Gesundheitsrisiko, Lunge und Augenreizung unter anderen Beschwerden verursachen und es ist ein wichtiger Bestandteil der photochemischer Smog.

Dieses Video wird die Prinzipien hinter keinex- und troposphärisches Ozon zu veranschaulichen, Produktion, wie Indikator Lösungen herzustellen und wie Sie messen und quantifizieren keineX -Produktion von Kfz-Abgasen.

Auf der Straße Autos entfallen rund ein Drittel der keinex -Emissionen in den USA, und Emissionen sind streng durch den Clean Air Act geregelt. Katalysatoren, gelegen zwischen Motor und Auspuff, ein Auto kann keineX -Konzentration im Abgas deutlich reduzieren, aber diese hohe Temperaturen funktionieren also nur NOX verringern wird, nachdem ein Auto lange genug, um den Konverter warm gelaufen ist, erfordern.

Aufgrund dieser Unterschiede in der Fähigkeit von Katalysatoren, NOX bei unterschiedlichen Temperaturen zu entfernen werden keineX -Emissionen in der Regel beim Fahrzeug starten, und nach 10 min Laufzeit gelesen. Dies ermöglicht eine Quantifizierung der NOX Emission produziert durch das Auto und auch einen Hinweis auf die Möglichkeit des Katalysators, die NO-Xzu entfernen.

Wenn eine Lösung mit Sulfanilic Säure und Naphthyl-Ethylenediamine NOX hinzugefügt wird, bildet die resultierende Reaktion ein rosa farbigen Azo Dye-Molekül. Die Intensität von diesem pink ist direkt proportional zur Konzentration des NOX in die Lösung und kann mit einem UV-VIS Spektralphotometer, die eine Quantifizierung der Höhe der keinex beim Plotten gegen Normen in einer Kalibrationskurve gemessen werden.

Nun, da wir keineX -Entstehung kennen, schauen Sie wie keineX -Produktion von Automobilen in einer experimentellen Umgebung quantifiziert werden kann.

Zunächst das Experiment, Lösungen, die mit der Nr.X reagieren, sollte vorbereitet sein. Zur Vorbereitung der Nitrit-Stammlösung zunächst 1,5 g Natriumnitrit Abwiegen und eine volumetrische 1-L-Flasche hinzufügen. Die 1 L-Markierung auf der Flasche Nitrit-freies Wasser hinzufügen. Dadurch entsteht eine Stammlösung von 1.000 μg Nitrit pro mL. Beschriften Sie diese Stammlösung entsprechend. Um eine funktionierende Lösung von 5 μg Nitrit pro Milliliter zu machen, nehmen Sie eine frische Flasche und fügen Sie 1 mL der Stammlösung. Auf 200 mL verdünnen.

Um die NO-X -Indikatorlösung vorzubereiten, zuerst wiegen Sie 5 g wasserfreies Sulfanilic Säure ab, und verleihen Sie eine volumetrische 1-L-Flasche. Die gleiche Flasche fügen Sie 500 mL von Nitrit freiem Wasser, dann 140 mL Glazial-Essigsäure hinzu. Schwenken Sie die Lösung, bis die Sulfanilic Säure auflöst.

Als nächstes wiegen Sie 20 mg Naphthyl-Ethylenediamine und fügen Sie es in den Kolben. Zu guter Letzt füllen Sie die Küvette in die 1-L-Zeile mit Nitrit kostenlos Wasser. Übertragen Sie die Lösung in eine dunkle Flasche zu verhindern Photodecomposition, Stöpsel fest und entsprechend beschriften.

Um eine Standardkurve zu generieren, Kalibrierstandards erstellt werden müssen. Erstens eine volumetrische 25-mL-Flasche 1 mL 5.0-μg-Nitrit-Stammlösung umgesetzt und mit der Nr.X Indikatorlösung zur Kalibrierung Marke verdünnen. Dies macht eine 0,2 μg Nr.2-/mL-standard-Lösung.

Als nächstes bereiten 0,4, 0,6, 0,8 und 1 μg Nr.2-/mL-standard-Lösungen durch Zugabe von 2, 3, 4 und 5 mL Nitrit Lösungen zu trennen 25-mL-Fläschchen, und keineX -Indikatorlösung jeweils bis zur Markierung einfüllen.

Mit einem UV-VIS Spektralphotometer, setzen Sie das Instrument Extinktion zu lesen. Als nächstes legen Sie die Wellenlänge auf 550 Nanometer. Eine saubere Spektralphotometer-Sample-Zelle die Indikatorlösung NOX hinzu, und verwenden Sie diese Option auf Null Spektralphotometer. Schließlich messen Sie die Absorption von den fünf standard-Lösungen, und zeichnen Sie die Werte.

Um die Messwerte zu beginnen, starten Sie die dieselbetriebene Automobile. Nehmen Sie eine gasdichte 60 mL-Spritze, und fügen Sie es ein paar Zoll in das Endrohr, kümmert sich um Verbrennungen zu vermeiden oder Einatmen der Dämpfe. Ansaugen und Auspuff zweimal, um die Spritze Zustand zu vertreiben.

Als nächstes ziehen Sie die Indikatorlösung NOX 25 mL in die Spritze. Alle Luft aus der Spritze ohne Verschütten die Indikatorlösung zu vertreiben. Schließlich ziehen 35 mL von Abgasen in die Spritze, ziehen den Kolben, um die 60 mL-Markierung, dann zurückziehen und Kappe der Spritze.

Schütteln Sie die Lösung in die Spritze von hand für 2 min. Abdeckung der Spritze mit Alu-Folie. Zu guter Letzt messen Sie die Lufttemperatur an der Probe-Endrohr. Wiederholen Sie die Blutentnahme mit eine benzinbetriebene Automobile und andere Modell oder Design des Automobils gewünscht.

Wiederholen Sie den Versuch, nachdem die Fahrzeuge mindestens 10 min gelaufen haben. Sobald alle Proben gesammelt haben, warten Sie 45 min um Farbe zu entwickeln. Zu guter Letzt vertreiben Sie das Gas aus dem Spritzen zu, und Indikator Beispiellösungen in einzelnen Küvetten. Messen Sie die Absorption mit dem Spektralphotometer bei 550 nm und Datensatz festlegen der Werte.

Stellen Sie mit Hilfe der Extinktion Messungen von standard-Lösungen, ein Grundstück von Extinktion gegen Konzentration von Nitrit. Die Best-fit Linie der Daten zu bestimmen. Mit diesem Best-fit Linie, berechnen Sie die Konzentration von Nitrit in jeder Testlösung. Dieser Wert kann dann für Stickstoffdioxid im Abgas umgewandelt werden.

Die Konzentration von Stickstoffdioxid berechnet stellt eigentlich alle NO-X in den Auspuff Probe dar. Das PpmV oder Teile pro million nach Volumen zur μg/L Umkehr ist abhängig von Temperatur und Druck, bei dem die Proben entnommen wurden.

Autos sind nicht die einzige Quelle für keinX. Überwachung der Produktions ist wichtig in den unterschiedlichsten Bereichen.

Zigarettenrauch enthält in der Regel eine höhere Konzentration von NOX als von Automotoren, abgegeben. Typische Werte für keinX in Zigarettenrauch reichen von 500-800 ppm, verglichen mit 21-48 ppm für Emissionen aus einem Benziner oder rund 500 ppm für ein Dieselfahrzeug. Dies kann in einer Vielzahl von persönlichen gesundheitlichen Problemen, einschließlich Entzündung von Nase und Rachen, Infektionen der Atemwege, Bronchitis oder Blockierung der Übertragung von Sauerstoff im Blut führen. KEINEX -Ebenen im Zigarettenrauch können auch quantifiziert werden, mit den Methoden in diesem Video gezeigt.

Nitrifizierenden Bakterien befinden sich in Boden und Wasser, und spielen eine wichtige Rolle im Stickstoffkreislauf, Ammoniak, Nitrit oxidierende und dann Nitrat. Wie mit Abgasen und Zigarettenrauch, NOX Ebenen im Boden können auch untersucht und farbmetrisch quantifiziert.

Nitrate und Nitrite können auch in messbaren Mengen in Lebensmitteln gefunden werden. Für gehärtete Lebensmittel können Nitrate und Nitrite als Konservierungsmittel, am häufigsten in Fleisch und Fleischerzeugnissen hinzugefügt werden. Diese haben antimikrobielle sowie Farbe-Befestigung und Erhaltung Aktionen und eine erhebliche indirekte positive Wirkung auf Geschmack. Jedoch kann zu hoher Nitrit-Inhalte zu medizinischen Komplikationen einschließlich Säuglings Methämoglobinämie führen oder verkürzte Haltbarkeit Ihrer Produkte durch Effekte wie Nitrit brennen verursachen. Nitrit-Inhalt im ausgehärteten Lebensmittel sollten daher engmaschig überwacht werden, und dies kann mit einer modifizierten Version des kolorimetrischen Tests erfolgen.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die Bestimmung der NOXbeobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie keinX in Automotoren gebildet wird, wie Sie keineX -Indikator-Lösungen zu formulieren und wie Sie messen und quantifizieren NOX von Fahrzeug-Abgase.

Danke fürs Zuschauen!

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