A vízfelvétel és visszatartás (hiszterézis) szerepe a PM10 szabványos mérésében
Imre Kornélia1, Molnár Ágnes1, Gelencsér András2, Dézsi Viktor3 1MTA
Levegőkémia Kutatócsoport Egyetem, Föld- és Környezettudományi Intézeti Tanszék 3 Országos Meteorológiai Szolgálat 2Pannon
Bevezetés A légköri vízgőz és az aeroszol részecskék kapcsolata Az aeroszol részecskék higroszkópos tulajdonságát a kémiai összetétel befolyásolja:
szerves és szervetlen vegyületek, ill. ezek keverékei
A rendszer víztartalmától függően
Túltelítettség esetében
felhőképződés, ködképződés
A túltelítettség elérése előtt az aeroszol részecskék higroszkópos viselkedése hatással van
a részecskék méret szerinti eloszlására valamint a tömegkoncentráció alakítására
optikai tulajdonságok változása (látótávolság, fényszórás stb.)
Bevezetés A higroszkópos viselkedés és a hiszterézis
A NaCl elfolyósodásának folyamata
Ebert M., Inerle-Hof M., Weinbruch S., Environmental scanning electron microscopy as a new technique to determine the hygroscopic behaviour of individual aerosol particles. Atmospheric Environment, 36, 5909-5916, 2002
Bevezetés A higroszkópos viselkedés és a hiszterézis
Az ammónium-szulfát hiszterézise
Speer R.E., Edney E.O., Kleindienst T.E., Impact of organic compounds on the concentrations of liquid water in ambient PM 2,5. Aerosol Science, 34, 63-77, 2003
Célkitűzés
A légköri víztartalom okozta hiba becslése a tömegkoncentráció meghatározásában
Az aeroszol részecskékben a hiszterézis jelenségéből származó víz mennyiségének becslése
Módszer
Mintavétel
•
Felhasznált szűrő: Munktell MG 160 Micro-glass fibre, d=150 mm Kondicionálás: 48 h, 20ºC, RH=50±5% (MSZ EN 12341. sz szabvány) Mintavétel: DIGITEL DHA-80 mintavevő (PM10) Átszívott levegő: 720 m3 Mintavételi helyszín, időszak: Budapest, Gilice tér, 2008. november 4-2009. január 31.
Higroszkóposság vizsgálata
• • • •
•
Izolált kamrában a szűrők 1/8-ad részének tömegmeghatározása az 50-95% közötti RH tartományban.
Hiszterézis vizsgálat
• • • •
Izolált kamrában a szűrők 1/8-ad részének tömegmeghatározása RH=50%-on és szobahőmérsékleten 48 óra kondiciónálás idő elteltével. RH érték növelése 80-85%-ra, majd 48 óra elteltével a bekövetkező tömegváltozás mérése RH érték csökkentése RH=50%-ra, majd 48 óra elteltével a tömegcsökkenés mérése Az aeroszol részecskék (RH=50%) víztartalmának meghatározása céljából tovább csökkentettük a RH értéket. (RH=22%)
Eredmények
Referencia módszer eredményei
Eredmények I. A tömegkoncentráció időbeli alakulása a vizsgált időszakban
tömegkoncentráció ( g/m3)
180 160 140 120 100 80
60 40 20 0
Eredmények II. Az aeroszol részecskék RH=86%-on mért tömegnövekedési faktor (GF) értékei a tömegkoncentráció függvényében
Tömegnövekedési faktor (mRH=86%/mRH=50%)
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0 0
20
40
60
80
tömegkoncentráció ( g/m3)
100
120
Eredmények
a hiszterézisből származó hiba a tömegmérésben (%)
III. A hiszterézis során RH=50%-on visszamaradó víz mennyisége
15 10 5 0 -5 -10 -15
Átlag: 1,63%
Eredmények IV. A száraz tömeg meghatározása
10
víztartalom RH=50%
5 0 -5 -10 -15 -20
Átlag: 4.65%
Eredmények V. A víztartalom okozta hiba a tömegmérésben
18 16
víztartalom (%)
14 12 10 8
6 4 2 0
Eredmények V. A víztartalommal korrigált tömegkoncentráció 160
tömegkoncentráció (mg/m3)
140 120 100 80 60 40 20 0
Eredmények
Online módszer eredményei
Eredmények VI. A városi aeroszol higroszkópos viselkedése 5
æ100 - RH ö-g GF = 10 ´ ç ÷ è 100 ø a
4,5
-0,034
GF = 10
æ100 - RH ö-0,092 ´ç ÷ è 100 ø
4
GF
3,5
3 2,5 2 1,5 1 50
55
60
65 70 75 relatív nedvesség(%)
80
85
90
Eredmények VII. A környezeti relatív nedvesség hatása a tömegkoncentrációra
350,0
300,0
Mért tömegkoncentráció
Korrigált tömegkoncentráció
tömegkoncentráció ( g/m3)
egészségügyi határérték 250,0
tájékoztatási határérték riasztási határérték
200,0
150,0
100,0
50,0
0,0
Konklúzió
Referencia módszer
A hiszterézis jelensége miatt a tömegmérésmódszerének hibája átlagosan 1,65%
Az RH=50%-on az aeroszolrészecskék tömegkoncentrációjának átlagosan 4,65%-a víz
Online módszer
A béta-mérővel történő tömegkoncentráció meghatározásához a mintavétel során
szükséges a levegő szárítása vagy korrekciós faktor alkalmazása szükséges
Köszönetnyilvánítás
Szerzők köszönetet mondanak a Jedlik Ányos AEROS EU OM-00218/2007 projektnek a kutatás támogatásáért, Váraljai Irén-nek és az OMSZ (VITUKI) dolgozóinak a mintavételelek elvégzéséért és minták rendelkezésünkre bocsátásáért.
