Evaluation of sampling techniques for the measurement of ionic composition of aerosols

This item is provided by the institution :

Repository :
E-Locus Institutional Repository
see the original item page
in the repository's web site and access all digital files if the item*

2005 (EN)
Αξιολόγηση δειγματοληπτικών τεχνικών για τη μέτρηση της ιοντικής σύστασης των αιωρούμενων σωματιδίων
Evaluation of sampling techniques for the measurement of ionic composition of aerosols

Γιακουμάκη, Κονδυλία E
Giakoumaki, Kondylia E

Μιχαλόπουλος, Νικόλαος

Η αύξηση της συγκέντρωσης των αερολυμάτων συμβάλλει στην επιβάρυνση της ανθρώπινης υγείας, καθώς και στη μείωση της θερμοκρασίας του πλανήτη λόγω αντανάκλασης της ηλιακής ακτινοβολίας. Το ποσοστό συμμετοχής των ιόντων SO42-, NO3-, NH4+ και Cl- στη συνολική μάζα των σωματιδίων είναι πολύ υψηλό. Για αυτό το λόγο κρίνεται αναγκαίος ο ακριβής προσδιορισμός τόσο των παραπάνω ειδών όσο και των αντίστοιχων αερίων SΟ2, ΗΝΟ3, ΝΗ3 και ΗCl με τα οποία βρίσκονται σε ισορροπία στην ατμόσφαιρα. Για τον ακριβέστερο προσδιορισμός τους, είναι απαραίτητες μέθοδοι που δεν διαταράσσουν την παραπάνω ισορροπία. Για τη συλλογή σωματιδίων στη παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν φίλτρα από Teflon, πολυανθρακική μεμβράνη, από ίνες γυαλιού και κυτταρίνη, ενώ για τη συλλογή αερίων χρησιμοποιήθηκαν συστήματα φίλτρων και συστήματα απογυμνωτών. Σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας, είναι να συγκριθούν οι παραπάνω τεχνικές και τα φίλτρα προκειμένου να επιλεγεί η καταλληλότερη μέθοδος για τη συλλογή συγκεκριμένου αερίου ή αερολύματος με τα λιγότερα δυνατά σφάλματα. Τα σφάλματα χωρίζονται σε σφάλματα νιτρικών, αμμωνιακών, θειικών και χλωριούχων σωματιδίων. Οι δειγματοληψίες πραγματοποιήθηκαν σε δύο διαφορετικούς σταθμούς, ο πρώτος στο κέντρο του Ηρακλείου, μια περιοχή με υψηλά ποσοστά ρύπανσης και ο δεύτερος σε μία απομακρυσμένη περιοχή μακριά από πηγές ρύπων, ώστε να εξεταστούν οι παραπάνω τεχνικές σε διαφορετικές συνθήκες ρύπανσης. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε τρεις περιόδους, υπό διαφορετικές καιρικές συνθήκες, η κάθε μία, ώστε να ελεγχθεί αν τα αποτελέσματα κάθε μεθόδου επηρεάζονται από τις κλιματολογικές συνθήκες. Τα φίλτρα Teflon και μεμβράνης συμπεριφέρονται το ίδιο στις μετρήσεις, χωρίς να εμφανίζουν σφάλματα κατά τη συλλογή σωματιδίων. Δεν ισχύει το ίδιο για τα φίλτρα GFF, τα οποία εκτός από τα νιτρικά σωματίδια και το νιτρικό οξύ προσροφούν και άλλες ενώσεις του αζώτου, όπως τα ΝΟx, το νιτρώδες οξύ, ΡΑΝ και άλλες οργανικές ενώσεις. Στη περίπτωση των θειικών σωματιδίων συλλέγουν επιπλέον ένα μέρος του αέριο διοξειδίου του θείου καθώς και άλλες ενώσεις θείου. Όσον αφορά τα χλωριούχα σωματίδια το φίλτρο GFF μπορεί να κατακρατήσει μέρος του αερίου υδροχλωρίου, ανάλογα με τη περίσσεια ηλεκτρικού φορτίου που θα έχει στην επιφάνειά του. Για τη μέτρηση αμμωνιακών σωματιδίων κρίνεται ακατάλληλο, γιατί οι συγκεντρώσεις των αμμωνιακών που βρέθηκαν ήταν μηδενικές. Η συμπεριφορά των φίλτρων από χαρτί δεν είναι η ίδια με τα φίλτρα GFF. Το θετικό σφάλμα που εμφανίζουν κατά τη συλλογή νιτρικών σωματιδίων οφείλεται στη κατακράτηση αερίου νιτρικού οξέος αλλά και άλλων ενώσεων αζώτου που βρίσκονται στις πόλεις, όπως τα ΝΟx, το νιτρώδες οξύ, ΡΑΝ και άλλες οργανικές ενώσεις. Κατά τη συλλογή αμμωνιακών σωματιδίων στο φίλτρο από χαρτί, το θετικό σφάλμα που εμφανίζεται αποδίδεται στην απορρόφηση μέρους της αέριας αμμωνίας, η οποία εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την αλκαλικότητα της επιφάνειας των φίλτρων. Για τα θειικά σωματίδια το θετικό σφάλμα των φίλτρων είναι μικρό και οφείλεται στη συλλογή μικρού ποσοστού του αερίου διοξειδίου του θείου. Τέλος, η επιπλέον συγκέντρωση χλωριούχων σωματιδίων, που συλλέγεται από τα φίλτρα, οφείλεται σε άλλες ενώσεις χλωρίου που υπάρχουν στη πόλη. Αν εξαιρεθεί η περίπτωση της συλλογής νιτρικού οξέος από τα συστήματα των απογυμνωτών και των φίλτρων, όπου τα αποτελέσματα είναι διαφορετικά, για τα υπόλοιπα σωματίδια και αέρια η συσχέτισή τους κρίνεται ικανοποιητική. Τα αποτελέσματα που έχουν δημοσιευθεί σχετικά με τη σύγκριση τεχνικών δειγματοληψίας είναι ελάχιστα. Τα τελευταία χρόνια, όμως, το επιστημονικό ενδιαφέρον έχει στραφεί στη σύγκριση τεχνικών για την αποφυγή σφαλμάτων κατά τη μέτρηση των αερολυμάτων στην ατμόσφαιρα, πράγμα που καθιστά τη παρούσα μελέτη σημαντική. (EL)
The increased aerosol concentration in the atmosphere contributes is highly affecting human health but mainly contributes in the reduction of temperature of planet, because of solar radiation reflection back to the space. The attendance rate of ions like SO42-, NO3-, NH4+ and Cl- to the total mass of particles was determined to be very high. For the previously mentioned ions as well for gases like SΟ2, ΗΝΟ3, ΝΗ3 and ΗCl, with which they are found in balance in the atmosphere, precise determinations are required. However it can be emphasised that this is a requirement that can be achieved through the development of proper methods that do not disturb their balance. The present work was mainly aimed in performing a comparison between different aerosol sampling techniques by using different filters in order to select a suitable method for the collection of specific gases or aerosol with less possible artefacts. Teflon and polycarbonate membrane, from fibres of glass (GFF) and cellulose, were used for the collection of particles meanwhile for the collection of gases different systems of filters and denuders were used. The samples were collected from two different locations. The first site is located in the centre of Heraklion, a region with high rates of pollution and the second in a remote region far from strong pollutants sources. The selected areas allowed us to exam the behaviour of the investigated sampling techniques (including filters type also) under different conditions of pollution. By performing experiments in three different periods of the year (i.e. spring, summer and winter) it was also possible to investigate if there is or not a meteorological influence on the results of each method. The main findings of the present work allow us to conclude that Teflon filters and polycarbonate membrane are the most suitable for particles collection. It has been found these two to behave the same during measurements without artefacts at the collection of particles. Amongst all investigated filters the GFF was found to behave in a different way because apart from the nitrate particles and nitric acid, they also collect unions of nitrogen we were not interested in species like nitric oxides (NOx=NO+NO2), nitrous acid (HNO2), peroxyacethylnitrate (PAN) and other organics. For ammonium GFF filter is not an appropriate one, as the concentration of this compound in particulate phase was determined to be under the detection limit of the instrumental methods used during analysis. Probably depending on the electrical charge which appears on the chloride particles, GFF filter can withhold part of the HCl gaseous form also. The behaviour of paper filters is not the same with that of the GFF. As for sulphurous species the investigated filters collected sulphate from particulate phase but also SO2 in the gaseous form and probably other unions of sulphur compounds. Most of the filters have been found to present positive artefacts during collection. In respect with nitrate particles the observed artefacts are probably due to detention of gaseous nitric acid but also of other nitrogen unions. At the collection of particulate ammonium by the paper filter, the positive artefact determined in the present work is mainly attributed to a partially ammonia absorption, which depends to a large extent upon the alkaline nature of the filters surface. The smallest positive artefact induced by filters is the one determined for sulphate particles (probably due to collection of small percentage of SO2). Except for the collection of nitric acid from the system of denuders and filters, where the results are different, for all other particles and gases their cross-correlation is satisfactory. The available published data regarding comparisons amongst different techniques of aerosol sampling are minimal but, in the last period, however, the scientific interest has been turned to this topic in order to reject those methods responsible of the main artefacts at the measurement of aerosols in the atmosphere, an observation that renders the present study as being important. (EN)

Τύπος Εργασίας--Μεταπτυχιακές εργασίες ειδίκευσης

Ionic composition
Ιοντική σύσταση
Filter packs
Δειγματοληπτικές τεχνικές
Σωλήνες απογύμνωσης
Συστήματα φίλτρων
Sampling techniques



Σχολή/Τμήμα--Σχολή Θετικών και Τεχνολογικών Επιστημών--Τμήμα Χημείας--Μεταπτυχιακές εργασίες ειδίκευσης

*Institutions are responsible for keeping their URLs functional (digital file, item page in repository site)