Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

Produktion og måling af organiske partikler i Harvard miljømæssige kammer

Published: November 18, 2018 doi: 10.3791/55685
Automatic Translation
1,2, 1, 1, 1, 1, 1, 3, 1,4
1School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University, 2Department of Environmental Science and Engineering, Gillings School of Global Public Health, University of North Carolina, 3Department of Chemistry, Northwestern University, 4Department of Earth and Planetary Sciences, Harvard University

Summary

Dette papir beskriver operation procedurer for Harvard miljømæssige kammer (HEC) og relaterede instrumenterne til måling af gasformige og partikel arter. Miljømæssige kammeret er brugt til at producere og studere sekundære økologisk arter produceret fra de økologiske prækursorer, især i forbindelse med atmosfærisk organiske partikler.

Abstract

Produktionen og udviklingen i atmosfærens organiske partikler (PM) er utilstrækkeligt forstået for nøjagtig simuleringer af atmosfærens kemi og klima. Komplekse produktion mekanismer og reaktion veje gør en udfordrende forskningsemne. For at løse disse problemer, er en miljømæssig kammer, giver nok opholdstid og tæt for luftens koncentrationer af prækursorer for sekundære organiske materialer, nødvendig. Harvard miljømæssige kammer (HEC) blev bygget for at tjene dette behov, simulering af produktionen af gas- og partikel fase arter fra flygtige organiske forbindelser (VOC). HEC har et volumen på 4,7 m3 og en gennemsnitlig opholdstid på 3,4 h under typiske driftsbetingelser. Det drives som en helt blandet flow reaktor (CMFR), giver mulighed for ubegrænset omdrejningstal på tværs af dage for stikprøven samling og data analyse. Operation procedurer er beskrevet i detaljer i denne artikel. Flere typer af instrumentering er brugt til at karakterisere den producerede gas og partikler. En høj opløsning tid af kampen Aerosol Mass Spectrometer (HR-ToF-AMS) bruges til at karakterisere partikler. En Proton-overførsel-reaktion Mass Spectrometer (PTR-MS) bruges for gasformige analyse. Eksempel resultater præsenteres for at vise brugen af den miljømæssige kammer i en bred vifte af applikationer relateret til fysisk-kemiske egenskaber og reaktionsmekanismer af økologisk atmosfæriske partikler.

Introduction

Atmosfæriske organiske partikler (PM) er produceret fra oxidation af flygtige organiske forbindelser (VOC) udsendes af biosfæren og menneskeskabte aktiviteter1,2. Trods de vigtige virkninger af disse aerosol partikler på klima, menneskers sundhed, og synlighed3, produktion mekanismer forblive ufuldstændigt forstået og karakteriseret, både kvalitativt og kvantitativt. En udfordring for laboratorieundersøgelser, der nødvendigvis af begrænset omfang og tid, er at simulere de atmosfæriske udviklingen af gas- og partikel fase arter. Residence gange skal være lang nok at forbindelser i både gas og partikler faser kan undergå oxidation og multifase reaktion, som de ville i omgivende miljøer4,5,6,7, 8. En anden udfordring er at arbejde i laboratoriet i koncentrationer, der er tilstrækkeligt lav, som repræsenterer de omgivende miljø9,10,11. Mange vigtige processer skala med koncentrationer. For eksempel, kan høje massekoncentration af økologisk PM i et laboratorium eksperiment fejlagtigt Skift partitionering af semivolatile arter fra gasfasen til partikel fase. Sammensætningen af gas- og partikel faser kan blive ikke-repræsentant for atmosfæriske forhold. Harvard miljømæssige kammer var designet til at reagere på disse udfordringer, hovedsageligt ved hjælp af tilgangen af en kontinuerlig flow konfiguration drives under en ubestemt tidsramme, hvorved lave koncentrationer og lang integration gange for signal detektion. Parlamentet fejrer en milepæl jubilæum af tolv års videnskabelig opdagelse i 2018.

Miljømæssige kamre varierer baseret på lyskilden, strømmen blande system, størrelse og antallet af kamre opererer sammen. Der er udendørs kamre, der modtager naturligt sollys12,13 samt indendørs kammer, der opererer med kunstige lys14,15,16,17,18 ,19,20,21. Udendørs kamre kan også bygges relativt store, minimere artefakter, der kan indføres ved væggen effekter, selvom udfordringer omfatter variation af belysning på grund af skyer samt afvigelsen i temperatur. Selv om indendørs kamre kan omhyggeligt kontrollere temperatur og relativ luftfugtighed, er intensiteten og spektrum fra det kunstige lys generelt er forskellig fra det naturlige sollys, som kan påvirke visse fotokemisk reaktioner14. Kamre kan også betjenes som batch reaktorer eller helt blandet flow reaktorer (CMFR)22. Batch reaktorer er generelt lettere at betjene og vedligeholde, men CMFR kan betjenes i uger, for at give mulighed for signal integration og dermed arbejde på lavt, stemningsfuldt relevante koncentrationer.

Heri, er hardware og drift af Harvard miljømæssige kammer (HEC)7,23,24,25 beskrevet i detaljer. HEC består af en 4,7 m3 PFA Teflon taske til huse inde i en konstant temperatur kammer (2,5 × 2,5 × 2,75 m3)26. Reflekterende aluminiumsplader dækker de indvendige vægge af salen at tillade multi-path belysning gennem posen og dermed øge hastigheden af fotokemi. HEC drives som en CMFR, ved hjælp af en samlede strømningshastighed af 21 sLpm og svarer til en gennemsnitlig opholdstid af 3,4 h27. Temperatur, luftfugtighed og ozonkoncentration er vedligeholdt af feedback kontrol. Ammonium sulfat partikler bruges som frø partikler til at efterligne kondensation af organiske komponenter på uorganiske partikler i det omgivende miljø. Mode diameter af uorganiske sulfat partikler er udvalgt til at være 100-200 nm til at simulere partikelstørrelser målt i felt28. Operation procedurer er beskrevet i afsnittet protokol heri, herunder en visuel præsentation, efterfulgt af en kort drøftelse af applikationer og forskningsresultater af HEC.

Protocol

Bemærk: De vigtigste målte miljømæssige parametre omfatter ozon (ozon analyzer), ingen og NO2 (NOx-analyseenheden), relativ luftfugtighed (RH sensor), temperatur (type K termoelement) og differenstryk mellem posen og kammer. Instrument mærker er angivet i tabel materialer. De miljømæssige parametre måles af instrumenterne, der skal være stabil og inden for designkrav forud for starten af forsøgene. Den miljømæssige kammer bruger et feedback-system til konstant at overvåge og justere kontrolelementer, så de miljømæssige parametre forblive inden for kravene i løbet af et eksperiment.

1. start op procedurer

  1. Parametre indstilling og oxidanter injektion
    1. Angiv de fysiske parametre af den miljømæssige kammer af feedback-system (PID). Indstil den differenstryk til 4 Pa (30 mTorr). Når trykket er for højt eller for lavt, magnetventil åbner eller lukker for at justere presset af taske inden for det angivne interval.
    2. Tænde ozon generator til at generere ozon flow ved at passere den tørre luft gennem en ultraviolet lampe. Indstil flowet til 0,1 sLpm at nå 100 ppb af endelige ozonkoncentration inde HEC. Tænd for ozon skærmen og aktivere den tilsvarende software.
    3. Angive relative luftfugtigheden i posen til de angivne værdier. I denne særlige eksperiment, bruge 40% RH men RH-niveau kan ændre fra < 5% til 80%. RH sensoren og kontrol feedbacksystem holde relative luftfugtigheden i posen stabil ved at justere forholdet mellem tør og fugtig luft strømme. Den tørre luftforsyning er fastsat af ren luft generator, som genererer nulstillingsluft gratis af kulbrinter, vand (RH < 1%) og nitrogenoxider. En strøm af fugtige luft forberedelsen af boblende tør luft gennem høj renhed vand (18 MΩ cm) at skabe nær-mættet luft flow.
    4. Indstil temperaturen i salen til 25,0 ±0.1 ° C. En intern conditioning plenum fordeler luftstrømmen jævnt gennem et rustfrit stål loft med feedback-kontrolsystemer, at holde temperaturen inden for udpegede værdier.
    5. Vent til andre miljømæssige parametre skal være stabil og inden for de konstruktionsmæssige krav.
  2. Tilslut indløb af instrumenter til den miljømæssige kammer. Start af egen udviklet software ved at klikke på knappen Start . Kontroller real-time data vises på egen udviklet software, der integrerer feedback kontrol (figur 2).
  3. Slå alle instrumenterne og vente på dem til at varme op helt.

2. partikel frøproduktion

Bemærk: Før frø partikel injektion, den oprindelige partikel koncentration ligger under 1 cm-3.

  1. Produktion af sulfat frø partikler
    1. Indsprøjtes kvasi-monodisperse tør sulfat partikler i posen, både bedre simulere de omgivende betingelser, og også fungere som medium for den condensational vækst af sekundære organiske materialer. Injektion af frø partikler er udført som følger.
    2. Opløse ammonium sulfat (0,01 g) i høj renhed vand (18 MΩ∙cm) i en 100 mL målekolbe at forberede en (NH4) 2SO4 opløsning (0,1 g∙L-1).
    3. Brug en forstøver til at producere (NH4) 2SO4 aerosol partikler med en væskehastighed på 3 sLpm.
    4. Passere aerosol strømmen gennem en diffusion tørretumbler (silica gel) for at bringe relative luftfugtigheden ned til 10%.
  2. Frø partikel udvælgelse og taske injektion
    1. Passere aerosol flow gennem en bipolar oplader (85Kr) og en differentieret mobilitet Analyzer (DMA) på størrelse Vælg partikler og forberede en kvasi-monodisperse distribution af elektrisk mobilitet. Funktionen transmission er udvidet ved hjælp af en kappe til aerosol flow i DMA 10:3. Valgte elektrisk mobilitet diameteren af de partikler, spændende DMA varierer fra 50 til 150 nm afhængigt af eksperimentet. De typisk antal koncentrationen varierer fra 4.000 til 8.000 cm-3.
    2. Feed kvasi-monodisperse aerosol til taske med en gennemstrømningshastighed på 3 sLpm. Overvåge partiklerne spændende posen ved hjælp af en Scanning mobilitet partikel Sizer (SMPS). Vent til størrelse fordeling af frø partikler bliver stabil. Partikel tab på grund af bøjning slanger samt statisk elektricitet på posen er minimal, især for partikler størrelser anvendes i dette eksperiment (større end 100 nm)29,30.

3. indsprøjtning af Gas fase prækursorer

  1. Injektion af gas-fase prækursorer
    1. Bruge en sprøjte til at hæve 1,00 mL af opløsningen, isopren. Skyl sprøjte tre gange med løsning før endelige tilbagetrækning.
    2. Læg sprøjten i en sprøjte injektor. Indsætte nålen spidsen gennem en gummipakning i en runde-bunden kolbe (25 mL). Pre opvarmes kolben til 90 ± 1 ° C ved opvarmning tape. Tænd den sprøjte indsprøjtning og sæt den til en passende værdi (1.1 til 4.4 μL∙min-1). Gas-fase koncentrationen af forløber er justeret for forskellige eksperiment ved at styre sprøjten injektion sats. For lang eksperimenter, opdatere sprøjten efter behov.
    3. Indføre en strøm af 2 sLpm af renset luft til at fordampe og bære væk isopren injiceres i den runde-bund kolbe. Strømmen af luft er stor nok, at den siddende slipværktøj på spidsen af sprøjten er fordampet i stedet for dryp i kolben. Som et resultat, forbliver koncentrationen af gas fase forløber stabil.
  2. Aktiver skift af ultraviolet lys inde HEC.

4. instrument måling

Bemærk: Kombinationen af isopren og UV-lys fører til produktion af sekundære organisk materiale på sulfat frø partikler.

  1. Antal-diameter distribution af partiklen spændende posen
    1. Prøve udstrømning fra posen ved hjælp af elektrostatisk-resistente slangen.
    2. Start aerosol måling software og oprette en ny fil ved at klikke på Opret en ny fil. Hver parameter er angivet som vist i figur 3. Registrere antallet-diameter distributioner af partikler spændende posen ved at klikke på knappen OK .
  2. Kemiske karakterisering af organiske partikler.
    1. Åbne prøvetagning ventil med en rustfri stål inde i posen. Stikprøven aerosol flow i en høj opløsning Time of Flight Aerosol Mass Spectrometer (HR-ToF-AMS).
    2. Starte data erhvervelse software ved at trykke på knappen erhverve på nederst til venstre i panelet (figur 4). Høj opløsning massespektre af den økologiske PM registreres tid i løbet af eksperimenterne. Den samlede økologiske massekoncentration fås også.
  3. Karakterisering af gas-fase arter
    1. Åbn prøvetagning ventil af PTFE Teflon rør inde i posen. Stikprøven strømmen er guidet til en Proton-overførsel-reaktion Time of Flight Mass Spectrometer (PTR-TOF-MS). Massespektre af gasformige arter har en højere proton affinitet end vand er opnået.
    2. Bruge parameterindstillingerne i ion kilden til PTR-TOF-MS vist i figur 5 i PTR-Manager-softwaren. Starte data erhvervelse af adgang til rullemenuen erhvervelse i TofDAQ Viewer -softwaren og derefter trykke på Start. Optage tidsserier af hver ion gennem denne software.

5. slutningen af forsøget og taske rengøring

  1. Stop injektion af gas-fase prækursorer og aerosol frø partikler.
  2. For flere dage løbende tilføre posen ren luft på 40 L∙min-1. Slå alle ultraviolet lys. Indstil ozonkoncentration til 600 ppb og Indstil temperaturen til 40 ° C. På denne måde opretholdes en aggressiv oxidation miljø i flere dage til at skrubbe posen. Når nummer koncentrationen af partikler inde i kammeret er mindre end 0,2 cm-3, salen er betragtet som rent og kan bruges til den næste eksperiment.

Representative Results

Et eksempel på tidsserier af økologisk massekoncentration indspillet af HR-ToF-AMS under et eksperiment er vist i figur 6. Eksperimentelle betingelser var 490 ppb af isopren med UV lys tændt til at give OH radikale som oxidant. Massekoncentration af økologisk PM steget støt efter begyndelsen af eksperimentet indtil efter om 4 h steady state var nået. Udviklingen af gas-fase organiske forbindelser blev samtidig studeret ved hjælp af PTR-TOF-MS. figur 7 viser tidsserier af C4H6O+ signal intensitet under den samme eksperiment, som skyldes store isopren oxidation produkter (f.eks methyl vinyl keton, methacrolein og flere organiske hydroperoxider). Efter belysningen var begyndt, C4H6O+ signal intensitet steget og fortsatte dermed indtil steady state nåede efter 50 min.

Tallene illustrerer tid udviklingen af sekundære organisk materiale i HEC. Efter injektion, reaktion og spin op til steady state viser AMS data, at partiklerne er sammensat af organiske forbindelser, og koncentrationen af de organiske komponenter stiger med tiden. PTR-MS data viser, at den overordnede forløber er tabt fra gasfasen og førstegenerations produkt arter vises efter reaktionen er indledt. Dataanalyse af online og offline målinger typisk fokusere på perioden steady-state. Der er mulighed for at udføre eksperimenter, der kræver dage til slut fordi koncentrationer af gas- og partikel fase arter forbliver stabilt på ubestemt tid ved brug af CMFR drift med feedback kontrol på vigtige Europa-Parlament parametre. I sammendrag, HEC bruges til at simulere atmosfærens kemi og derved afprøve hypoteser og forståelse om vigtige emner med relation til forståelsen af luftforurening, klimaet påvirkninger af partikler, og selv sundhedsvirkninger af aerosoler.

Figure 1
Figur 1 . En skematisk Blokdiagram af Harvard miljømæssige kammer (HEC). Linjerne repræsenterer aerosol flow. De venstre paneler viser de instrumenter, der anvendes til at overvåge reaktionsbetingelser. De rigtige paneler liste over de instrumenter, der anvendes til at karakterisere partiklen og gas-fase arter. Dette tal er tilpasset fra Kong et al. 26 Venligst klik her for at se en større version af dette tal. 

Figure 2
Figur 2 . Grafisk brugergrænseflade for egen udviklet programmet bruges til at overvåge temperatur, ozon, relativ luftfugtighed og pres, blandt andre arter. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3 . Anskuelighed brugergrænseflade i den programmel anvendte til at registrere det nummer-diameter distribution ved hjælp af en SMPS. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4 . Grafisk brugerflade af software til at drive Aerosol masse Spectrometer. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5 . Grafisk brugerflade af software til at styre Proton-overførsel-reaktion Mass Spectrometer (PTR-MS) venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6 . Eksempel målinger for økologisk PM, som karakteriseret af Aerosol masse Spectrometer. Den røde linje repræsenterer den samlede signal intensitet for økologisk ioner. De viste data svarer til kort efter isopren blev sprøjtet og ultraviolet belysning påbegyndt. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 7
Figur 7 . Et eksempel på signal intensiteten af C 4 H 6 O+ ion, en større produkt af isopren foto-oxidation måling er af Proton-overførsel-reaktion massespektrometri. Signal intensitet begyndte at stige 8 min efter belysning og nåede steady state på 50 min. venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

Den stigende betydning i forståelse af dannelsen og udviklingen af økologisk aerosoler fører for trangen til at konstruere miljømæssige kamre til at simulere disse processer i velkontrollerede omgivelser. I øjeblikket, er de fleste af de miljømæssige kamre baseret på batch reaktor tilstand19,31,32,33,34 mens der har været meget få kamre, der anvender løbende blanding reaktor tilstand15,35. Opererer den miljømæssige kammer i kontinuerligt flow reaktor mode giver bekvemmeligheden i løbende aerosol prøveudtagning til dage eller endda uger på ambient-lignende koncentrationer. Det er værd at bemærke, at de omgivende betingelser er meget mere kompleks end indstillingerne velkontrollerede laboratorium. For eksempel, svinger omgivende temperatur mens i salen det holdes på en konstant værdi. Reaktionstid af gasser og partikler i salen bliver kontrolleret og begrænset af opholdssted for sal, snarere end at nå dage reaktion tid i den virkelige verden. Brugen af blacklights, i stedet for naturlig solstråling, kan også generere OH radikaler og simulere reaktioner i den omgivende. Men blacklight undertiden kan føre til forhøjet koncentration af OH radicles sammenlignet med dem i det omgivende miljø, som kan påvirke oxidation af de organiske molekyler og skal undersøges nøje. Dog ved tuning kun én eller to variabler og kontrollere alle andre variabler gennem miljømæssige kammer, kan vi systematisk undersøge disse kemiske/fysiske processer.

Et af de afgørende skridt i drift konstant blande kamre er at holde den indre tryk kammer inden en optimal rækkevidde. Et højtryk i kammeret vil medføre udsivning af gasser og partikler fra salen, mens et undertryk i kammeret vil suge luft og partikler fra laboratoriet ind i kammeret og forårsage forurening. En trykmåler er nødvendig for at overvåge presset af kammeret inden for sikker værdier (< 5 Pa) i løbet af eksperimenterne. En anden almindeligt observerede problem for den miljømæssige kammer er uventet økologiske partikel selvstændig Nukleering. Enten en lavere VOC/oxidant injektion sats eller en større frø partikel koncentration er nødvendig for at undgå dette fænomen. Afhængigt af formålet med eksperimenterne, kan koncentrationerne af ozon, VOC og frø partikler variere ved en størrelsesorden. Følgende ligning kan bruges til at beregne strømningshastigheden, finjektion, af hver art, der sprøjtes ind i kammeret.

Equation 1(1)

hvor ctarget og cindledende hver repræsenterer den endelige målsætning koncentration af reaktanter inde i salen og begyndelseskoncentration af reaktanter, der genereres fra kilden. Symbol fsamlede repræsenterer den samlede gennemstrømning af alle arter, som blev sprøjtet ind i kammeret.

Det tredje kritiske trin for med succes opererer de miljømæssige kammer og opnåelse af resultater er at kalibrere hvert instrument før eksperimenterne. SMPS-systemet kan kalibreres ved at indsprøjte kendte størrelse af PSL partikler36. NOx og ozon Analyseapparatet kalibreres ved hjælp af en 5 ppm ingen cylinder fortyndet af N2og 10 ppm ozon fortyndet af N2, henholdsvis26. Kalibreringsproceduren til AMS og PTR-MS er kompliceret og kan findes i instrument manualer eller tidligere litteratur27,37.

Miljømæssige kammer konfigurationen som beskrevet ovenfor er ikke kun egnet til at studere produktion og udvikling af økologisk aerosoler, men også gældende i belægning forskellige partikler med organisk belægning samt undersøge gas fase reaktioner ved at injicere gas prækursorer kun. Disse flere retninger giver miljømæssige kammer fleksibilitet i at studere en bred vifte af forskningsområder, der vedrører luftkvalitet, klimaændringer og menneskers sundhed emner.

Disclosures

Forfatterne erklærer ikke konkurrerende finansielle interesser.

Acknowledgments

Dette materiale er baseret på arbejde støttes af den miljømæssige kemisk Sciences Program i Division kemi af den amerikanske National Science Foundation (NSF) under grant nummer 1111418, atmosfærisk-GeoSciences Division af den amerikanske National Science Foundation (NSF) under grant nummer 1524731, såvel som Harvard Fakultet publikation Award. Vi anerkender Pengfei Liu, Qi Chen, og Mikinori Kuwata for nyttige diskussioner og bistand med eksperimenterne, såvel som Eric Etcovitch for at være voiceover af videoen.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
(-)-α-pinene  Sigma-Aldrich 305715
2-butanol  Sigma-Aldrich 294810
5.00 mL syringe  Hamilton 201300
Aerosol particle mass analyzer Kanomax 3600
Condensational particle counter TSI 3022
Differential mobility analyzer TSI 3081
Heating mantle Cole-parmer WU-36225-10
Mass flow controller MKS M100B
Nafion tube Perma Pure MD-700-24F-1
Nanometer aerosol sampler TSI 3089
Ozone generator Jelight 600
Ozone monitor Ecosensors UV-100
Pressure sensor Omega PX409
RH sensor Rotronic 60587161
Round-bottom, three neck flask Aceglass 6944-04
Scanning electron microscope Zeiss N/A Ultra plus FESEM
Scanning mobility particle sizer TSI 3071A+3772 electrostatic classifier is model 3071A and the condensational particle ocunter is 3772
Silicon substrate University Wafer 1707
Syringe Needle Hamilton 90025 25 G, 2 inch
Syringe pump Chemyx Fusion Touch 200
Temperature sensor National Instrument USB-TC01
water circulator Brinkmann RC6

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hallquist, M., et al. The formation, properties and impact of secondary organic aerosol: current and emerging issues. Atmospheric Chemistry and Physics. 9, 5155-5236 (2009).
  2. Fehsenfeld, F., et al. Emissions of volatile organic compounds from vegetation and the implications for atmospheric chemistry. Global Biogeochemical Cycles. 6, 389-430 (1992).
  3. Seinfeld, J. H., Pandis, S. N. Atmospheric Chemistry and Physics: from air pollution to climate change. , John Wiley, Sons. (2006).
  4. Zaveri, R. A., Easter, R. C., Shilling, J. E., Seinfeld, J. H. Modeling kinetic partitioning of secondary organic aerosol and size distribution dynamics: representing effects of volatility, phase state, and particle-phase reaction. Atmospheric Chemistry and Physics. , 5153-5181 (2014).
  5. Shiraiwa, M., Berkemeier, T., Schilling-Fahnestock, K. A., Seinfeld, J. H., Pöschl, U. Molecular corridors and kinetic regimes in the multiphase chemical evolution of secondary organic aerosol. Atmospheric Chemistry and Physics. 14, 8323-8341 (2014).
  6. Ziemann, P. J., Atkinson, R. Kinetics, products, and mechanisms of secondary organic aerosol formation. Chemical Society Reviews. 41, 6582-6605 (2012).
  7. Chen, Q., Liu, Y., Donahue, N. M., Shilling, J. E., Martin, S. T. Particle-Phase Chemistry of Secondary Organic Material: Modeled Compared to Measured O:C and H:C Elemental Ratios Provide Constraints. Environmental Science and Technology. 45, 4763-4770 (2011).
  8. Liu, P., et al. Highly Viscous States Affect the Browning of Atmospheric Organic Particulate Matter. ACS Central Science. 4 (2), 207-215 (2018).
  9. Jimenez, J. L., et al. Evolution of organic aerosols in the atmosphere. Science. 326, 1525-1529 (2009).
  10. Goldstein, A. H., Galbally, I. E. Known and unexplored organic constituents in the earth's atmosphere. Environmental Science and Technology. 41, 1514-1521 (2007).
  11. Martin, S. T., et al. Sources and properties of Amazonian aerosol particles. Review of Geophysics. 48, RG2002 (2010).
  12. Zhang, H., Surratt, J. D., Lin, Y. H., Bapat, J., Kamens, R. M. Effect of relative humidity on SOA formation from isoprene/NO photooxidation: enhancement of 2-methylglyceric acid and its corresponding oligoesters under dry conditions. Atmospheric Chemistry and Physics. 11, 6411-6424 (2011).
  13. Rohrer, F., et al. Characterisation of the photolytic HONO-source in the atmosphere simulation chamber SAPHIR. Atmospheric Chemistry and Physics. 5, 2189-2201 (2005).
  14. Cocker, D. R., Flagan, R. C., Seinfeld, J. H. State-of-the-art chamber facility for studying atmospheric aerosol chemistry. Environmental Science and Technology. 35, 2594-2601 (2001).
  15. Shilling, J. E., et al. Loading-dependent elemental composition of α-pinene SOA particles. Atmospheric Chemistry and Physics. 9, 771-782 (2009).
  16. Presto, A. A., Huff Hartz, K. E., Donahue, N. M. Secondary organic aerosol production from terpene ozonolysis. 1. effect of UV radiation. Environmental Science and Technology. 39, 7036-7045 (2005).
  17. Epstein, S. A., Blair, S. L., Nizkorodov, S. A. Direct photolysis of α-pinene ozonolysis secondary organic aerosol: effect on particle mass and peroxide content. Environmental Science and Technology. 48, 11251-11258 (2014).
  18. Boyd, C. M., et al. Secondary organic aerosol formation from the β-pinene+NO3 system: effect of humidity and peroxy radical fate. Atmospheric Chemistry and Physics. 15, 7497-7522 (2015).
  19. Xu, L., Kollman, M. S., Song, C., Shilling, J. E., Ng, N. L. Effects of NOx on the volatility of secondary organic aerosol from isoprene photooxidation. Environmental Science and Technology. 48, 2253-2262 (2014).
  20. Loza, C. L., et al. Characterization of vapor wall loss in laboratory chambers. Environmental Science and Technology. 44, 5074-5078 (2010).
  21. Lin, Y. H., et al. Isoprene epoxydiols as precursors to secondary organic aerosol formation: acid-catalyzed reactive uptake studies with authentic compounds. Environmental Science and Technology. 46, 250-258 (2012).
  22. Martin, S. T., Kuwata, M., Smith, M. L. An analytic equation for the volume fraction of condensationally grown mixed particles and applications to secondary organic material produced in continuously mixed flow reactors. Aerosol Science and Technology. 48, 803-812 (2014).
  23. Bateman, A. P., Bertram, A. K., Martin, S. T. Hygroscopic Influence on the Semisolid-to-Liquid Transition of Secondary Organic Materials. Journal of Physical Chemistry A. 119, 4386-4395 (2015).
  24. Shilling, J. E., King, S. M., Mochida, M., Worsnop, D. R., Martin, S. T. Mass spectral evidence that small changes in composition caused by oxidative aging processes alter aerosol CCN properties. The Journal of Physical Chemistry A. 111, 3358-3368 (2007).
  25. Smith, M. L., Kuwata, M., Martin, S. T. Secondary Organic Material Produced by the Dark Ozonolysis of alpha-Pinene Minimally Affects the Deliquescence and Efflorescence of Ammonium Sulfate. Aerosol Science and Technology. 45, 244-261 (2011).
  26. King, S. M., Rosenoern, T., Shilling, J. E., Chen, Q., Martin, S. T. Increased cloud activation potential of secondary organic aerosol for atmospheric mass loadings. Atmospheric Chemistry and Physics. 9, 2959-2971 (2009).
  27. Shilling, J. E., et al. Particle mass yield in secondary organic aerosol formed by the dark ozonolysis of α-pinene. Atmospheric Chemistry and Physics. 8, 2073-2088 (2008).
  28. Nguyen, T. K. V., et al. Trends in particle-phase liquid water during the Southern Oxidant and Aerosol Study. Atmospheric Chemistry and Physics. 14, 10911-10930 (2014).
  29. Nah, T., McVay, R. C., Pierce, J. R., Seinfeld, J. H., Ng, N. L. Constraining uncertainties in particle-wall deposition correction during SOA formation in chamber experiments. Atmospheric Chemistry and Physics. 17, 2297-2310 (2017).
  30. Reineking, A., Porstendörfer, J. Measurements of Particle Loss Functions in a Differential Mobility Analyzer (TSI, Model 3071) for Different Flow Rates. Aerosol Science and Technology. 5, 483-486 (1986).
  31. Kroll, J. H., Seinfeld, J. H. Chemistry of secondary organic aerosol: Formation and evolution of low-volatility organics in the atmosphere. Atmospheric Environment. 42, 3593-3624 (2008).
  32. Surratt, J. D., et al. Reactive intermediates revealed in secondary organic aerosol formation from isoprene. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 107, 6640-6645 (2010).
  33. Surratt, J. D., et al. Effect of Acidity on Secondary Organic Aerosol Formation from Isoprene. Environmental Science and Technology. 41, 5363-5369 (2007).
  34. Isaacman-VanWertz, G., et al. Chemical evolution of atmospheric organic carbon over multiple generations of oxidation. Nature Chemistry. 10, 462-468 (2018).
  35. Docherty, K. S., et al. Trends in the oxidation and relative volatility of chamber-generated secondary organic aerosol. Aerosol Science and Technology. , 1-13 (2018).
  36. Wiedensohler, A., et al. Mobility particle size spectrometers: Calibration procedures and measurement uncertainties. Aerosol Science and Technology. 52, 146-164 (2018).
  37. Warneke, C., de Gouw, J. A., Kuster, W. C., Goldan, P. D., Fall, R. Validation of Atmospheric VOC Measurements by Proton-Transfer- Reaction Mass Spectrometry Using a Gas-Chromatographic Preseparation Method. Environmental Science and Technology. 37, 2494-2501 (2003).

Tags

Miljøvidenskab sag 141 miljømæssige kammer partikler (PM) sekundære organisk materiale (SOM) sekundære økologisk Aerosol (SOA) Aerosol massespektrometer (AMS) Proton overføre reaktion massespektrometer (PTR-MS)
Produktion og måling af organiske partikler i Harvard miljømæssige kammer
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zhang, Y., Gong, Z., Sa, S. d.,… More

Zhang, Y., Gong, Z., Sa, S. d., Bateman, A. P., Liu, Y., Li, Y., Geiger, F. M., Martin, S. T. Production and Measurement of Organic Particulate Matter in the Harvard Environmental Chamber. J. Vis. Exp. (141), e55685, doi:10.3791/55685 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter