I ANALYTISK KEMI ACSM’s høje tidsopløsning har gjort det muligt at identificere forureningsepisoder, både med hensyn til varighed og kemisk sammensætning. 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 I omegnen af Paris blev ACSM og målinger af BC kombineret til en quasi-PM1 partikelkoncentration. Studiet viste, at de højeste partikelkoncentrationer blev observeret om vinteren og i foråret, mens sommerperioden udviste de laveste forureningsniveauer. 12 I 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 ResolutionTime-of-Flight-Aerosol Mass Spectrometer (SP-HR-ToFAMS) 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 Timeof-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. Dansk Kemi, 100, nr. 8, 2019 - Foto: Pixabay.com.
Download PDF fil
Se arkivet med udgivelser af Dansk Kemi her
TechMedias mange andre fagblade kan læses her