A vízfelvétel és - visszatartás (hiszterézis) szerepe a PM10 szabványos mérésében Imre Kornélia 1, Molnár Ágnes 1, Gelencsér András 2, Dézsi Viktor 3 1 MTA Levegőkémia Kutatócsoport 2 Pannon Egyetem, Föld- és Környezettudományi Intézeti Tanszék 3 Országos Meteorológiai Szolgálat
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 m 3 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
tömegkoncentráció ( g/m 3 ) Eredmények I. A tömegkoncentráció időbeli alakulása a vizsgált időszakban 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
Tömegnövekedési faktor (m RH=86% /m RH=50% ) Eredmények II. Az aeroszol részecskék RH=86%-on mért tömegnövekedési faktor (GF) értékei a tömegkoncentráció függvényében 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0 20 40 60 80 100 120 tömegkoncentráció ( g/m 3 )
a hiszterézisből származó hiba a tömegmérésben (%) Eredmények III. A hiszterézis során RH=50%-on visszamaradó víz mennyisége 15 10 5 Átlag: 1,63% 0-5 -10-15
víztartalom RH=50% Eredmények IV. A száraz tömeg meghatározása 10 5 0 Átlag: 4.65% -5-10 -15-20
víztartalom (%) Eredmények V. A víztartalom okozta hiba a tömegmérésben 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
tömegkoncentráció (mg/m3) Eredmények V. A víztartalommal korrigált tömegkoncentráció 160 140 120 100 80 60 40 20 0
Eredmények Online módszer eredményei
GF Eredmények VI. A városi aeroszol higroszkópos viselkedése 5 4,5 æ 100 - RH ö GF =10 a ç è 100 ø -g æ 100 - RH ö GF =10-0,034 ç è 100 ø -0,092 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 50 55 60 65 70 75 80 85 90 relatív nedvesség(%)
tömegkoncentráció ( g/m 3 ) Eredmények VII. A környezeti relatív nedvesség hatása a tömegkoncentrációra 350,0 300,0 250,0 Mért tömegkoncentráció Korrigált tömegkoncentráció egészségügyi határérték 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.