• Facebook
  • Instagram
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Link til Klimateknologi

Analytisk kemiKlima og miljø01. 11. 2019 | Katrine Meyn

Anvendelse af Aerosolmassespektrometri – Online-analyse af atmosfæriske partikler

Analytisk kemiKlima og miljø01. 11. 2019 By Katrine Meyn

Med lanceringen af Aerosol Chemical Speciation Monitor, ACSM, er det nu blevet muligt at monitorere hovedparten af kemiske parametre i fine partikler online gennem perioder fra måneder til år. Faktoranalyse af måledata giver desuden vigtige oplysninger om kilder, der kan anvendes i forbindelse med at nedbringe emissioner eller tilvejebringe oplysninger om eksponering af befolkningsgrupper.

Læs originalartiklen her

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 8, 2019 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Af Jacob Klenø Nøjgaard, Institut for Miljøvidenskab, Aarhus Universitet

ACSM har til forskel fra AMS ikke mulighed for at analysere i høj opløsningsevne, opdele den kemiske sammensætning efter partikelstørrelse, endsige BC (se faktaboks). Opløsningsevnen er omkring 600 for ToF-ACSM-versionen med en 30 minutters detektionsgrænse, hvilket er sammenligneligt med ét-minuts målinger med AMS. Det betyder, at der er nogle molekylfragmenter, som ikke kan skelnes fra andre, hvilket i princippet kan føre til fejltolkninger. ACSM har 100 procent transmission af partikler i området 150-450 nm og 15 procent transmission for 1 µm partikler. For nylig er der dog udviklet et aerodynamisk inlet, der tillader passage af partikler op til 2,5 µm, hvilket er sammenligneligt med PM2.5 størrelsesfraktionen, der anvendes rutinemæssigt inden for luftkvalitet.
Ligesom AMS kvantificerer ACSM NO3-, SO42-, NH4+, Cl samt OM, der kan fordampe ved temperaturer over 600˚C og 10-10 bar.
Ved at kombinere ACSM-målinger med online BC-målinger fås en quasi-PM1 eller quasi-PM2,5, dvs. en tilnærmet værdi for PM1 eller PM2,5, da disse komponenter udgør langt størstedelen af partikelmassen. De vigtigste komponenter som udelades, er Na+ og Cl- fra marine kilder og vejsaltning. Målingerne af OM med aerosolmassespektrometre har til gengæld den store fordel, at de måler OM og ikke blot organisk kulstof (OC), hvor der efterfølgende skal estimeres en faktor OM/OC for at konvertere til OM. Der har været afholdt to store intercomparisons [1] af ACSM i 2013 og 2016, hvor variationen instrumenter imellem var fundet til at ligge inden for 30 procent.

Måling af partikler i høj tidsopløsning
ACSM anvendes efterhånden i en række overvågningsopgaver, blandt andet inden for ACTRIS [2] netværket såsom i kontinental baggrund på Montsec i Pyrenæerne [3], Jungfraujoch [4] og Paris [5], hvor instrumentet har muliggjort kemisk karakterisering af PM1 over tidsserier fra måneder til år. Netop måling af partikler i høj tidsopløsning har i praksis kun været mulig med AMS over kortere kampagner, mens lange tidsserier i daglig tidsopløsning har været forbeholdt offline analyse af partikelfiltre. Aarhus Universitet, Institut for Miljøvidenskab har desuden haft en ToF-ACSM stående på Villum Research Station i Nordgrønland i forår-sommer 2016 og måle arktisk baggrund.
I Pyrenæerne, 1.570 m over havet, har et 10 måneders studie afsløret variationen i organiske aerosoler. Her var 71 procent såkaldt Oxygenated Organic Aerosol (OOA), hovedsageligt SOA. Fem procent var Hydrocarbon-like Organic Aerosol (HOA), dvs. primære partikler fra afbrænding af oftest fossile brændstoffer, og 24 procent stammede fra biomasseafbrænding (BBOA). OOA kunne videre opdeles i semi-volatility (SV-OOA) og low volatility (LV-OOA) fraktioner, der blandt andet bestemmes af historikken med hensyn til atmosfærisk oxidation. Dette kan sammen med døgnvariationen i kilderne udnyttes til at vurdere betydningen af lokale kilder versus langtransporterede partikler. En anden og mere simpel metode, der også er anvendt på Jungfraujoch er at kigge på andelen af for eksempel m/z 43, 44 og 60 i forhold til det samlede organiske signal kombineret med back-trajectory analyser eksempelvis med Hysplit [6]. Oftest bruges faktoranalyse, typisk Positiv Matrix Factorisation (PMF) og markørioner kombineret med Hysplit til at udrede kilder til atmosfæriske partikler. I omegnen af Paris blev ACSM og målinger af BC således kombineret til en quasi-PM1 partikelkoncentration og kilderne hertil samt geografisk oprindelse bestemt på baggrund af en toårig måleperiode. Dette studie viste i overensstemmelse med flere andre nordeuropæiske studier, at de højeste partikelkoncentrationer blev observeret om vinteren og i foråret, mens sommerperioden udviste de laveste forureningsniveauer. OM dominerede PM1 efterfulgt af NH4NO3. Ved at benytte forholdet mellem SO42- og optiske målinger af BC ved flere bølgelængder i høj tidopløsning, var det desuden muligt at identificere flere lokale og regionale brænderøgsepisoder.

Vigtige fordele ved brug af ACSM
ACSM’s høje tidsopløsning har gjort det muligt at identificere forureningsepisoder, både med hensyn til varighed og kemisk sammensætning. Koblingen af ACSM måledata med faktoranalyse gør endvidere metoden særdeles egnet til kildeidentifikation. Værktøjet Source Finder (SoFi) er udviklet til ACSM og anvender PMF til at tilordne de organiske molekylfragmenter til kilder, der har specifikke markørioner eller sammensætning af molekylfragmenter. Kilder til organiske partikler på en landlig lokation uden for Utrecht [7] i Holland i juli 2012-juni 2013 udgjorde således 8-16 procent trafikemissioner, 0-23 procent brænderøg og 61-84 procent SOA, der kunne opdeles videre i HULIS med et højt O/C-forhold og en anden såkaldt oxygenet organic Aerosols.
De åbenlyse fordele ved ACSM, og især anvendelsen af kildeidentifikation, taler for en større udbredelse af instrumentet, både til at kortlægge og begrænse antropogene kilder, men data kan også have sundhedsmæssig relevans, eksempelvis til at vurdere eksponeringen af befolkningsgrupper for partikelforurening.

 

Referencer
1. Freney et al., 2019. The second ACTRIS intercomparison (2016) for Aerosol Chemical Speciation Monitors (ACSM): Calibration protocols and instrument performance evaluations. Aerosol Science and Technology 53, 830-842.
2. ACTRIS, http://www.actris.eu.
3. Ripoll et al., 2015. Long-term real-time chemical characterization of submicron aerosols at Montsec (southern Pyrenees, 1570 m a.s.l.). Atmos. Chem. Phys. 15, 2935-2951.
4. Fröhlich et al 2015 Fourteen months of on-line measurements of the non-refractory submicron aerosol at the Jungfraujoch (3580 m a.s.l.) – chemical composition, origins and organic aerosol sources. Atmos. Chem. Phys. 15 11373 11398.
5. Petit et al 2015 Two years of near real-time chemical composition of submicron aerosols in the region of Paris using an Aerosol Chemical Speciation Monitor (ACSM) and a multi-wavelength Aethalometer. Atmos. Chem. Phys. 15, 2985-3005.
6. https://www.ready.noaa.gov/HYSPLIT.php.
7. Schlag et al., 2016. Aerosol source apportionment from 1-year measurements at the CESAR tower in Cabauw, the Netherlands. Atmos. Chem. Phys. 16 8831-8847.
8. http://www.aerodyne.com.
9. Dansk kemi 94, 9, 2013, side 22-23.
10. Opløsningsevne eller Resolution betegner et massespektrometers formåen til at adskille ioner ved to masseladningsforhold m1 og m2, og DM = m2-m1. Jo højere opløsningsevne, des tættere liggende masser kan adskilles.
11. Ng et al., 2011. An aerosol chemical speciation monitor (ACSM) for routine monitoring of the composition and mass concentrations of ambient aerosol. Aerosol Sci. Technol. 45 (7),780-94.
12. Fröhlich et al., 2013. The ToF- ACSM: A portable aerosol chemical speciation monitor with TOFMS detection. Atmos. Meas. Tech. 6 (11), 3225-41.

Aerosolmassespektrometre
De mest almindelige aerosolmassespektrometre er Aerosol Mass Spectrometer (AMS) og Aerosol Chemical Speciation Monitor (ACMS), begge fra det amerikanske firma Aerodyne [8] i Boston, Massachusetts. AMS [9] er i sin mest avancerede udgave, Soot-Particle-High Resolution-Time-of-Flight-Aerosol Mass Spectrometer (SP-HR-ToF-AMS) et forskningsinstrument med en høj opløsningsevne af en masseenhed (Dalton) på 5.000, der udover standardkomponenterne nitrat (NO3-), sulfat (SO42-), ammonium (NH4+), klorid (Cl) og organisk stof (OM) kan kvantificere sod (engelsk Black Carbon (BC)) og sammensætningen heraf i høj tidsopløsning (sekunder).
Kemisk sammensætning af atmosfæriske partikler i real-time kvantificeret efter partikelstørrelse i intervallet 40-1.000 nm med så lave detektionsgrænser som 30 ng/m3 for ét-minuts målinger har gjort, at AMS er solgt i over 100 eksemplarer og er velkendt i de fleste forskningsgrupper inden for atmosfærekemi.
Instrumentet er imidlertid kompliceret og arbejdskrævende at anvende, og behovet for et simplere instrument førte hurtigt til udviklingen af ACSM, først med et simpelt quadrupol-massespektrometer [11] og senere med et Time-of-Flight massespektrometer [12]. ACSM er simplere at anvende end AMS og egner sig til at monitorere atmosfæriske partiklers sammensætning over lang tid, også på lokationer med et minimum af uddannet personale, da mange opgaver kan løses med fjernadgang.
AMS og ACSM opsamler partikler og gasser gennem et aerodynamisk inlet bestående af en række linser, som tillader passage af partikelstørrelser på op til 1.000 nm. Ligesom for andre online massespektrometre er der ingen kromatografi før ioniseringen, hvilket betyder, at detektoren måler alle molekylfragmenter fra alle fordampelige stoffer på én gang. Der anvendes elektron impact ionisering med en energi på 70 eV, hvilket forårsager en udtalt fragmentering af de fleste stoffer. Dette har betydning for anvendelsen af resultaterne.
Typisk kvantificeres enkeltstoffer i monitoreringssammenhæng, eksempelvis det kræftfremkaldende stof benzo[a]pyren, der overvåges i det Nationale Overvågningsprogram for Vandmiljø og Natur (NOVANA), delprogram for Luft varetaget af Aarhus Universitet.
Aerosolmassespektrometre giver derimod kun oplysninger om enkeltkomponenter, hvis de har specifikke molekylfragmenter eller specifikke forhold herimellem. Det gælder NO3-, SO42-, NH4+ og Cl, men kun få organiske stoffer som Polycykliske Aromatiske Hydrocarboner (PAH), der giver stabile molekylarioner ved elektron impact ionisering. De enkelte organiske molekylfragmenter afhænger af de funktionelle grupper i det oprindelige molekyle, og dermed også kilderne til partiklerne.
Partikler fra forbrænding af fossile brændstoffer indeholder alkaner og aromatiske forbindelser, mens Sekundære Organiske Aerosoler (SOA) er rige på oxygen fra carboxylsyrer mv., der danner fragmentionerne CO+ og CO2+.
Methansulfonsyre er et oxidationsprodukt af dimethylsulfid fra havorganismer. I aerosolmassespektrometre dannes fragmentet CH3-SO2 ved m/z 79, der er en markør for marin SOA. Ved biomasseafbrænding dannes sukkeranhydridet levoglucosan ved pyrolyse af cellulose. Levoglucosan danner fragmenterne m/z 60 og m/z 73.

Skrevet i: Analytisk kemi, Klima og miljø

 
 

Seneste nyt fra redaktionen

Ny forskning afslører hvordan almindelige tarmbakterier kan modstå antibiotika

AktueltMedicinalkemi05. 06. 2023

En ny undersøgelse fra Lunds Universitet i Sverige har kastet lys over, hvordan en almindelig tarmbakterie kan udvikle ekstraordinær resistens over for antibiotika. Clostridioides difficile, kendt som C. diff, er en art af bakterier, der naturligt findes i vores tarme. Disse bakterier er

Vi skal have have mere plantekost – i dag åbner en støttepulje på 58 mio. kr.

AktueltFødevarekemiGrøn omstilling31. 05. 2023

Plantefonden er navnet på en pulje på 58 mio. kr., der åbner for ansøgninger i dag. Puljens mål er at støtte udviklingen af fremtidens plantebaserede fødevarer. Plantefonden har rod i aftalen om grøn omstilling, og rummer i alt 675 mio. kr. Fondens formål er at bidrage til at udvikle sektoren,

Nogle sorte huller snyder – de er i stedet defekter i rumtiden som kan teste strengteorien

Branchenyt29. 05. 2023

Nogle af dem, vi mener er sorte huller i universet, er noget helt andet. Det er måske i stedet en topologisk soliton, også beskrevet som defekter i rumtiden. Ser man en topologisk soliton fra lang afstand, som vi gør her fra jorden, opfører den sig som et sort hul, men der er noget

Flagermusens evne til at omdanne energi til muskelkraft påvirkes af flyvehastigheden

BiokemiBranchenyt29. 05. 2023

Flagermus er dårlige til at omdanne energi til muskelkraft. Men overraskende nok øges denne evne, jo hurtigere de flyver. Dette viser en ny studie ledet fra Lunds Universitet. Forskerne har studeret effektiviteten hos troldflagermus - en art, der vejer omkring otte gram og findes næsten over hele

Ny slankemetode er måske på vej – se rigtige mange billeder og føl dig mæt

BranchenytTop29. 05. 2023

De popper op overalt - billeder af mad. Mange af dem er reklamer, der skal få os til at købe eller spise noget - fx fastfood. Men ny forskning tyder på, at mange billeder af den samme type mad kan have den stik modsatte virkning. Vi føler os mætte - også uden at vi har sat tænderne i noget som

Ny metode er bedre end pyrolyse til at nedbryde og få genanvendt gamle dæk

AktueltGrøn omstilling29. 05. 2023

Omkring en milliard dæk bliver årligt kasseret, og vi e generelt ikke særlig gode til at få den genanvende. Men det kan en ny teknik måske ændre på. Op mod 25 procent i et dæk er materialet Carbon Black. Hidtil nu har man kun kunne genanvende det velkendte fyld- og farvestof via at downcycle

Badevandet skal tjekkes for PFAS

BranchenytKlima og miljø27. 05. 2023

I den kommende tid vil folk fra Miljøstyrelsen tjekke for PFAS 20 steder langs de danske strande, og det vil ske tre gange i løbet af sommeren. Dermed gentager man overvågningen fra 2022. Her undersøgte Miljøstyrelsen og kommunerne for PFAS i badevand, soppesøer og havskum ved en række danske

Snart er det slut med forsyningskrisen – den vil ebbe ud inden året er omme

Branchenyt23. 05. 2023

Den satte stort set alting på hold, da den dukkede op i 2021. Forsyningskrisen ramte bredt, men især biler, elektronik, emballage og kemikalier. Nu viser DI’s analyse, der er udarbejdet på baggrund af Danmarks Statistik og NL Analytics, at forsyningskrisen vil være slut ved årets udgang for de

Det populære spagnum har en sort bagside – derfor vil man forsøge at finde et alternativ

AktueltFødevarekemiKlima og miljø23. 05. 2023

Spagnum er med god grund det foretrukne vækstsubstrat hos danske gartnerier. Som vækstsubstrat er det helt unik, og kan anvendes anset om der er tale om produktion af krydderurter, grøntsager, buske eller prydplanter. Men der er en række ulemper forbundet med spagnum, og derfor vil projektet

Millionstort projekt skal sætte fart på omstilling og styrke Science & Engineering-økosystemet

AktueltBranchenytEnergi23. 05. 2023

Danmark skal have styrket sin robusthed. Det være sig overfor både nuværende og kommende kriser, men også i forhold til den massive omstilling, som landet skal igennem i årene fremover. Her skal et omfattende projekt hjælpe til. Projektet hedder ”Guide til et resilient Danmark”. Det har Akademiet

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • MD Scientific

    Hands-on workshop with Compact Mass Spectrometer

  • Kem-En-Tec Nordic

    Hurtig Fragmentanalyse – DNA/RNA – 3 min. opsætning og resultater på 3-5 min!

  • Busch Vakuumteknik A/S

    TA-Luft godkender MINK MM fra Busch

  • LABDAYS – Fagmesse for Laboratorieteknik

    Eksperter og leverandører fra hele verden samles i Aarhus

  • Mikrolab Aarhus A/S

    Tilbud til netop dit segment

  • Holm & Halby

    Spar energi i dit LAF kabinet

  • Kem-En-Tec Nordic

    O2 and PAR loggers til miljøundersøgelser

  • Holm & Halby

    Er ergonomien på plads i dit LAF kabinet?

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Ayhan Busch, en betydningsfuld iværksætter i Europa

  • Mikrolab Aarhus A/S

    Oplev den nye Strip PeelASeal fra IST Scientific!

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Ny forskning afslører hvordan almindelige tarmbakterier kan modstå antibiotika

    05.06.2023

  • Vi skal have have mere plantekost – i dag åbner en støttepulje på 58 mio. kr.

    31.05.2023

  • Nogle sorte huller snyder – de er i stedet defekter i rumtiden som kan teste strengteorien

    29.05.2023

  • Flagermusens evne til at omdanne energi til muskelkraft påvirkes af flyvehastigheden

    29.05.2023

  • Ny slankemetode er måske på vej – se rigtige mange billeder og føl dig mæt

    29.05.2023

  • Ny metode er bedre end pyrolyse til at nedbryde og få genanvendt gamle dæk

    29.05.2023

  • Badevandet skal tjekkes for PFAS

    27.05.2023

  • Snart er det slut med forsyningskrisen – den vil ebbe ud inden året er omme

    23.05.2023

  • Det populære spagnum har en sort bagside – derfor vil man forsøge at finde et alternativ

    23.05.2023

  • Millionstort projekt skal sætte fart på omstilling og styrke Science & Engineering-økosystemet

    23.05.2023

  • Heste med forfangenhed kan have gavn af diabetesmedicin til mennesker

    23.05.2023

  • Når vand fryser bliver det til is – men ved du hvor mange typer is der findes?

    23.05.2023

  • I takt med mere plantekost svinder vores indtag af B12-vitamin – brugbar løsningen er kompleks

    22.05.2023

  • Vejen ud over de danske grænser kan meget vel begynde med at læse en bog

    16.05.2023

  • En helt nyudviklet vandbehandling kan fjerne 99 procent af al PFAS fra drikkevand

    16.05.2023

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik