Overview
マーガレット職人とキンバリー ・ フライ - デュポール大学のソース: 研究所
対流圏で日光分割二酸化窒素 (2) オゾンが発生自然。
なし2 + 日光 → いいえ + O
O + O2 → O3
オゾン (O3) は一酸化窒素 (NO) 二酸化窒素 (2) および酸素と反応するため行くことができます。
いいえ + O3 → 無し2 + O2
これは、結果、オゾン (O3) なしの純利益。ただし、形成前駆体 (2、および揮発性有機化合物のいいえ、) 化石燃料の燃焼によりオゾンの人為起源の生産では、対流圏のオゾンの高いレベルを発見されています。自動車排出ガスがこれらのオゾン前駆体の形成の重要なソース: いいえ、2、および揮発性有機化合物 (Voc)。たとえば、移動発生源はない +2の排出量の約 60% を構成しません。
車の燃焼は、高温で窒素と空気中の酸素は、一酸化窒素 (NO) と二酸化窒素 (2) を形成する反応します。
N2(g) + O2 (g)→ 2 ないの(g)
2(g) + O2(g)→ 2 ないの2(g)
車の排気ガスの放出される窒素酸化物 (NO) は、大気中の二酸化窒素の (2) に徐々 に酸化されます。ないとはありません2のこの混合物は、NOxとして呼ばれます。日光の存在下で大気中の揮発性有機化合物とxが反応してないこれに見られるように、オゾン フォームは化学反応を簡素化。
NOx Voc + 日光 → O3 + その他の製品
アルデヒド、ペルオキシアセチル ナイト レート硝酸塩、オゾン、VOCs、ないのxを含めることができます、大気汚染のこの有害な混合物は、光化学スモッグと呼ばれます。オゾンは、光化学スモッグの最大のコンポーネントです。このスモッグのすべての近代的な都市であるが、特に日当たりの良い、暖かい、乾燥した気候とモーター車の数が多い都市であります。空気のスモッグの茶色黄色は一部存在する二酸化窒素にこのガスは 400 近くの可視光を吸収するため nm (図 1)。
短期露出2 (1 日に 30 分) が健康な人に副作用呼吸と喘息を持つ人々 の増加の呼吸器症状につながるないです。ないxは、アンモニアとフォームの微粒子を他の化合物と反応します。これらの小さな粒子は、肺を貫通し、肺気腫、気管支炎など、呼吸器系の問題が発生できます。道路に多くの時間を費やす人や道路近くに住んである方経験なしの2にかなり高い露出。
それが人間の健康や環境に及ぼす影響、ため米国環境保護庁 (EPA) ない規準の汚染物質として2に分類して、100 ppb で一次標準を設定している (1 h 毎日最大濃度、平均 3 年以上の 98 パーセンタイル) と 53 ppb (年平均値)。オンロード車が米国でないx排出の約 1/3 を占めることを考えると、自動車の排出量は、したがって大気清浄法を通じて調整されます。米国 EPA は、自動車メーカーが車を作成するときに従う必要があります排出基準を設けてください。現在、層 2 の排出基準設定メーカーは、0.07 g/マイル以上の無排出x艦隊平均をいる必要があります。
片道メーカーを満たすこの標準は、自分の車の触媒コンバーターを使用しています。このデバイスは、エンジンと排気管の間に配置します。排気の流れは、触媒コンバーターを通過し、触媒にさらされています。プラチナとロジウムの還元触媒は、排気ガス中の NOx濃度を減らすために使用されます。排気でない、あるいはまったくの2分子触媒とき、窒素原子は分子をつかんで、触媒が上に保持します。酸素が解放され、O2を形成します。触媒の窒素原子 N2を触媒に開催別の窒素原子と結合します。
触媒コンバーターが大幅に削減なしxの排出量-車の排気ガスから最大 80% 減少、正しくを実行するとき。しかし、彼らはかなり高温に達している場合にのみ動作します。したがって、車のコールド スタートの際に、触媒コンバーターは事実上いやx を削除します。それは触媒コンバーターに達する高温まで排気の流れからなしxを効果的に削除することはありません。触媒コンバーターは、ディーゼル乗用車無駄のない条件で動作のためには動作しません。さらに、ディーゼル燃料の硫黄はまた触媒を無効化します。いいえxディーゼル エンジンでは、燃焼ガスの温度を冷却する排気ガス再循環 (EGR) 弁を中心に削減されます。その結果、ディーゼル車は一般的により多くxガソリン車よりもを生成しません。
図 1。ゴールデン ゲート ブリッジの背後にある銀行のベージュのクラウドでカリフォルニア州のスモッグのため特徴的な着色します。茶色の着色は、光化学スモッグ注意報のいいえxによるものです。
Principles
この実験では、自動車の様々 なブランドの排気の流れのないxの濃度は二回測定 (起動時および 10 分後) 車の触媒コンバーターの排気からxを取除かないことを勉強します。触媒コンバーターは、効果を発揮する高温を必要とします。したがって、車の始動時に排気の測定はないx触媒コンバーターの作業なし排気量を表します。排気触媒コンバーター後排ガス中 NO のxの量を表す 10 分後の測定は有効です。
NOx濃度はジアゾ化スルファニル酸の決定し、550 で設定紫外可視分光光度計を使用してそれ以降の N-(1-naphthyl)-エチレンジアミンと反応および生じることアゾ色素分子の色の強度を測定する nm。
ソリューションでは2は2-を形成する次の反作用を受けます。
22(g) + H2O(l) → 2 H+(aq) + ない2-(aq)ない3-(aq)
4NO(g) + O2(g) + 2 H2O(l) → 4 無しの2-(aq) + 4 H+(aq)
2と2-間予想比は 2:1 上記最初の方程式に基づくが、それは 1.39:1 である経験的判断されています。
スルファニル酸と N-(1-naphthyl)-エチレンジアミンをソリューションに追加するとき、ピンク色の分子は (図 2) を開発しています。
このピンク色の分子の濃度、ソリューションでなしxの濃度に正比例します。550 で紫外可視分光光度計を用いたアゾ色素分子の濃度の測定 nm。
紫外可視分光法は、(A) (単位 cm) 幅 b の透明容器で開催されたソリューションの吸光度の測定に基づいています。吸収の種の集中は、次の方程式に見られるように、吸光度に比例。
A = 
b c
どこモルの吸収率です。この方程式は、ビールの法律として知られます。モルの吸収率は、どのように強く物質特定波長の光を吸収して特定の物質のための定数の単位です。
溶液の吸光度を測定するためのビーム光強度 Ioはキュベット (図 3) でソリューションを目指しています。入力ビームの強度 (私o) と新興のビーム (I) を測定し、吸光度を算出します。
図 2。スルファニル酸と N-(1-naphthyl)-エチレンジアミンをソリューションに追加するときに開発しているピンク色の分子。
図 3。Io の強度と光のビームはキュベットのソリューションを目的としました。
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Procedure
1 亜硝酸 (2-) ストック溶液の調製
- 1.500 g ナノ2重量を量り、1 L メスフラスコに追加します。
- Nanopure 水を使用してマークを希釈します。(水道の蛇口から蒸留水をチェック-それは測定と干渉する十分な亜硝酸を含めることができます。)これは2-/mL 原液 1,000 μ g を生成しません。
- 5.0 μ g/mL 解決策が2-ない時に 1,000 μ g 1 mL2 -/mL 解決策を取るし、容積測定フラスコ 200 mL に希釈します。
2.xインジケーター解決策の準備
- 無水スルファニル酸 5.0 g を量り、1 L メスフラスコに追加します。
- Nanopure 水 500 mL を追加します。
- 140 mL の氷酢酸を追加します。
- スルファニル酸を溶解するまで、ソリューションをかき混ぜる攪拌棒を使用します。これは、約 30 分かかります。
- 0.020 g N-(1-naphthyl) エチレンジアミン二塩酸塩の重量を量り、容積測定フラスコに追加します。
- Nanopure 水を使用してマークを希釈します。
- (光分解を防ぐため) に暗いボトルに移し、(空気との反応を防ぐため) にしっかりとストッパーします。
3. 標準試料の作製
- 5.0 μ g 1.0 mL ない2-/mL ソリューション 25 mL のメスフラスコに入れてマークなしx指示薬希釈します。これは 0.2 μ g2-/mL 標準的な解決策をなります。
- 5.0 μ g 2.0 mL ない2-/mL ソリューション 25 mL のメスフラスコに入れてマークなしx指示薬希釈します。こう 0.4 μ g/mL2-標準的な解決策。
- 5.0 μ g 3.0 mL ない2-/mL ソリューション 25 mL のメスフラスコに入れてマークなしx指示薬希釈します。こう 0.6 μ g/mL2-標準的な解決策。
- 5.0 μ g の 4.0 mL ない2-/mL ソリューション 25 mL のメスフラスコに入れてマークなしx指示薬希釈します。これにより、0.8 μ は2-/mL 標準的な解決策。
- 5.0 5.0 μ g mL ない2-/mL ソリューション 25 mL のメスフラスコに入れてマークなしx指示薬希釈します。こう 1.0 μ g/mL2-標準的な解決策。
4. 標準曲線の作成
- 紫外可視分光光度計を使用すると、吸光度を読み取る機器を設定します。
- 設定波長 550 nm の分光光度計です。
- いいえxインジケーター ソリューションを使用すると、ゼロの分光光度計です。
- 5 標準溶液の吸光度を測定します。データ テーブル (表 1) のレコードの値。
5. 自動車排気サンプル測定
- ディーゼル自動車を開始します。
- 60 mL ガスタイトな注射器を使用して、排気管に少数のインチに挿入します。やけどをしないようにし、煙で息をしないでください。描画し、2 回注射器を条件に排気を排出します。
- いいえxインジケーター溶液 25 mL を注射器に描画します。指示薬をこぼさず、シリンジから空気を排出します。
- 60 mL マークにプランジャーを引き、注射器に排気の 35 mL を描画します。
- シリンジをキャップします。ソリューションは、2 分カバー アルミ箔で注射器のシリンジで横に振る。
- サンプルを収集するときは、排気管の空気温度を測定します。
- 5.1-5.6 ガソリン動力の自動車を使用しての手順を繰り返します。これらの手順は、自動車の様々 なモデルを使用して、必要に応じて何回も繰り返すことができます。
- 手順は 5.1-5.6 自動車が実行されている後、少なくとも 10 分。
- 45 分、解決の吸光度を測定する前に、開発する色を許可するを待ちます。
- 45 分をアップした後、注射器からガスを放出する、キュベットに溶液を入れ、550 に分光光度計を使用して吸光度を測定 nm。データ テーブル (表 1) のレコードの値。
| サンプル | 吸光度 |
| 0.2 μ g 標準ない2-/mL | |
| 0.4 μ g 標準ない2-/mL | |
| 0.6 μ g 標準ない2-/mL | |
| 0.8 μ g 標準ない2-/mL | |
| 1.0 μ g 標準ない2-/mL | |
| ディーゼル車の排気 (起動時) | |
| ディーゼル車の排気 (10 分を実行している) 後 | |
| ガソリン車の排気 (起動時) | |
| ガソリン車の排気 (10 分を実行している) 後 |
表 1。空白のデータ テーブルな吸収値を記録します。
一酸化窒素と二酸化窒素の混合物はxと一般的に呼ばれません。自動車の排気ガス、副産物としてxすることができますない対流圏オゾン形成、環境に有害であります。
エンジンの燃焼室の高温で窒素と空気中の酸素は、一酸化窒素と二酸化窒素を形成する反応できます。日光の存在下でxとオゾンと他の製品を形成する大気中の揮発性有機化合物に反応なし。対流圏オゾンは健康上のリスク、その他の苦情の中で肺や目の炎症を引き起こす可能性があります、光化学スモッグの主要なコンポーネントです。
生産、インジケーターのソリューションを作成する方法、どのように測定して特定自動車排出ガスからxの生産はありません、このビデオはないxと対流圏オゾンの背後にある原理を説明します。
道路上の自動車が米国でないx排出の約 3 分の 1 を占め、排出量はクリーンエア法によって厳しく制限されています。触媒コンバーター、車のエンジンと排気管の間にある削減できますがない排気のx濃度大幅に、これらは機能がだけ減らすいいえx自動車コンバーターをウォーム アップするのに十分な実行されている後に高温を必要とします。
異なる温度でxが削除されないに触媒コンバーターの能力のこの違いのためx排出量通常は読み取られませんで車両を起動時にして 10 分間実行した後。これは、自動車、およびまたなしxを削除する触媒コンバーターの機能の指示によって生成されるいいえx放出の定量化を与えます。
Xはナフチル エチレンジアミン スルファニル酸を含むソリューションに追加されません、得られた反応はピンク色アゾ色素分子を形成します。このピンクの強度、直接ソリューションでないxの濃度に比例してないx校正曲線の基準に対してプロットするときの量の定量化を与えるため紫外可視分光光度計を使用して測定することができます。
今では我々 はありませんx形成のプロセスに精通している、どのようにx生産自動車で示すことができるない実験の設定で見てみましょう。
実験、いいえxと反応して検出ソリューションを開始するには、を準備する必要があります。亜硝酸原液を準備するには、最初亜硝酸ナトリウム 1.5 g を量り、それを 1 L メスフラスコに追加します。亜硝酸フリー水をフラスコに 1 L のマークに追加します。これには、原液 1 mL あたり 1,000 μ g の亜硝酸が生成されます。この原液に適切にラベルを付けます。1 ミリリットルあたり 5 μ g の亜硝酸の実用的なソリューションをするためには、新鮮なフラスコを取り出して原液 1 mL を加えます。200 mL に希釈します。
いいえxインジケーター ソリューションを準備、まず無水スルファニル酸 5 g を量り、1 L メスフラスコに追加します。同じフラスコ 500 mL の亜硝酸無料水、140 mL の氷酢酸を追加します。スルファニル酸を溶解するまで、ソリューションを旋回します。
次に、ナフチル エチレンジアミンの 20 mg を量り、それをフラスコに追加します。最後に、亜硝酸無料水で 1 L ラインに、フラスコを埋めます。光分解を防ぐため、密栓して適切にラベルに暗いボトルに溶液を移します。
標準的な曲線を生成するため校正基準を作成する必要があります。まず、5.0 μ g 亜硝酸原液 1 mL を 25 mL のメスフラスコに入れ、校正マークなしx指示薬希釈します。これにより、0.2 μ g2-/mL 標準ソリューションです。
20.4、0.6、0.8、1 μ g を次に、準備-/mL 標準溶液 2、3、4、および 5 mL 亜硝酸塩 25 mL フラスコを分離し、xインジケーター解決で塗りつぶしは各マークを追加することによって。
紫外可視分光光度計を使用すると、吸光度を読み取る機器を設定します。次に、550 ナノメートルに波長を設定します。きれいな分光光度計のサンプル細胞を NOxインジケーター ソリューションを追加し、分光光度計のゼロにこれを使用します。最後に、5 つの標準液の吸光度を測定し、値を記録します。
測定値を開始するには、ディーゼル自動車を起動します。60 mL ガスタイト注射器を取るし、テールパイプ、やけどを避けるための世話や煙を吸い込むことに少数のインチを挿入します。描画し、2 回注射器を条件に排気を排出します。
次に、注射器にいいえxインジケーター溶液 25 mL を描画します。指示薬をこぼさず、シリンジから空気を排出します。最後に、60 mL マークにプランジャーを引き、注射器に排気の 35 mL を描画を撤回し、シリンジのキャップします。
2 分カバー アルミ箔で注射器のシリンジの溶液を手で振る。最後に、サンプルのテールパイプの空気温度を測定します。ガソリン自動車と他のモデルまたは必要な自動車のデザインとサンプリング手順を繰り返します。
車両は、少なくとも 10 分間実行されている後は、実験を繰り返します。すべてのサンプルが収集されると、色を開発するを許可する 45 分を待ちます。最後に、注射器からガスを放出するし、個々 のキュベットにサンプル表示器ソリューションを配置します。550 nm、およびレコード セット分光光度計を使用して吸光度を測定値。
標準溶液の吸光度測定を使用して、亜硝酸の濃度と吸光度のプロットを作る。データの最良フィット ラインを決定します。この最良フィット ラインを使用して、各試験液中の亜硝酸の濃度を計算します。この値は、排気ガス中の二酸化窒素に変換できます。
計算の二酸化窒素の濃度は実際に排気サンプルなしxのすべてを表します。PpmV、または部品あたり μ g/L 変換容積百万はサンプルが収集された温度と圧力に依存しています。
自動車はありませんxの唯一の情報源ではありません。その生産を監視まで幅広い分野で重要です。
タバコの煙は、しばしばないのx自動車のエンジンから排出されるよりも高い濃度を含んでいます。NOx 500-800 ppm、ガソリン車からの排出量の 21 48 ppm またはディーゼル車のため約 500 ppm と比較してからタバコの煙の範囲内の典型的な値です。個人的な健康上の問題、気管支炎、鼻、喉、上気道感染症の炎症などや血液中の酸素の移動のブロックの様々 な可能性があります。タバコの煙でxレベルすることができますも定量化するないこのビデオで示す方法を使用しています。
土壌や水に見られる亜硝酸塩にアンモニアを酸化窒素循環に重要な役割を果たすし、その後、硝酸硝化反応。排気ガスやたばこの煙と土壌のいいえx量も検討できこの定量化、.
硝酸塩と亜硝酸塩は、食品の測定可能な量でも見つけることが。塩漬け食品、硝酸塩と亜硝酸塩が最も一般的で、肉及び肉製品の防腐剤として追加できます。これらは抗菌と同様、色修正、保存アクション、および味に重要な間接的な有益な効果があります。ただし、あまりにも亜硝酸含量の高乳児メトヘモグロビン血症を含む医療の合併症を引き起こすしたり、亜硝酸の焼跡のような効果があるため製品の棚寿命を引き起こします。したがってに硬化食品中の亜硝酸塩内容が密接に監視する必要があります、この色彩のテストの修正バージョンを使用して実行できます。
ちょうど NOxの定量にゼウスの導入を見た。今自動車エンジンのxが形成されるない方法ないxインジケーター ソリューションを策定する方法、測定し、ない車両排気ガスからxを数値化する方法を理解する必要があります。
見てくれてありがとう!
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Results
適切な結果の例を表 2に示します。標準溶液の吸光度測定を使用して、NO の濃度と吸光度2-のプロットが可能 (図 4)。その後、データのベスト フィット直線を決定できます。標準曲線の最良フィット ラインを使用して、各の不明なソリューション (μ g/mL) の- 2の濃度を計算できます。この値は、次の方程式を使用して排気の気体サンプル2の濃度に変換できます。
2 H2O は、以前のバランスの取れた方程式に 2 mol 比2-はありません21 mol を基づいていません。実証実験は、1.39:1 比に近いことを発見されています。ソリューション使用量 25 mL であった。ガス試料量は 35 mL です。
計算2の濃度は実際に排気のサンプル (表 3) なしXのすべてを表します。PpmV、μ g/L の間の変換の数式は、サンプルが収集された温度と圧力に依存します。変換式です。
R = 一般ガス定数 = 0.08206 atm·L/mol·K, P = T atm の大気圧 = K と MW の温度 = NOx (2) としての分子量 46.01 g/mol を =。そこで
K と P で atm での T 入力することが重要です。
| サンプル | 吸光度 |
| 0.2 μ g 標準ない2-/mL | 0.22 |
| 0.4 μ g 標準ない2-/mL | 0.43 |
| 0.6 μ g 標準ない2-/mL | 0.60 |
| 0.8 μ g 標準ない2-/mL | 0.79 |
| 1.0 μ g 標準ない2-/mL | 1.05 |
| ディーゼル車の排気 (起動時) | 1.03 |
| ディーゼル車の排気 (10 分を実行している) 後 | 1.03 |
| ガソリン車の排気 (起動時) | 0.10 |
| ガソリン車の排気 (10 分を実行している) 後 | 0.04 |
表 2。吸収の代表の結果をデータ テーブルです。
図 4。NO の濃度と吸光度2-の標準曲線プロット。
| 車両 | NOx濃度(ppm) |
| ディーゼル車 (起動時) | 500 |
| (10 分を実行している) 後ディーゼル車 | 500 |
| (起動時に) ガソリン車 | 48 |
| (10 分を実行している) 後ガソリン車 | 21 |
表 3。1 車両あたりx濃度 (ppm) がありません。
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Applications and Summary
変更されたサルツマン反応を用いた亜硝酸の測定は、様々 な分野で非常に一般的で便利なです。前述のように、x大気試料-車の排気ガス、研究室、都市等の大気中濃度を測定する方法が使えます。さらに、タバコの煙でxを監視するこのメソッドを使用することができません。手順になる以外描画されタバコの煙、車の排気ガスを注射器に描画する代わりにこの実験に非常に類似しました。多くの驚くべきことに傾向がある、自動車の排気管から出てくる煙のないxのタバコに高い濃度がしばしばあります。NOx 500-800 ppm からタバコの煙の範囲内の典型的な値です。
この方法は、硝酸態窒素の硝化細菌の存在下で生産のレベルをテストする使用できます。硝化細菌は土壌や水に見られる亜硝酸塩にアンモニアを酸化-窒素循環に重要な役割を果たすし、その後、硝酸します。サンプルの硝酸塩は最初、酵素の硝酸還元酵素によって亜硝酸に変換されます。後、変更されたサルツマン反応、亜硝酸を測定しました。最後に、硝酸塩と亜硝酸塩食品中の濃度を決定するこのメソッドを使用することができます。亜硝酸塩および硝酸塩は、主に肉や肉製品を維持するために食品に添加されます。治された肉の亜硝酸イオンの通常の値は、約 125 μ g/mL です。
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