Laboratóriumi és terepi fotoakusztikus mérések Ajtai Tibor Szegedi Tudományegyetem Optikai és Kvantumelektronikai Tanszék
Sugárzási egyensúly Forrásazonosítás Egészségügyi hatás If research investment were to be scaled by climate impact, these figures would suggest that resources at the level of about one-third of those now devoted to carboncycle research should go into black carbon studies a staggering thought! Meinrat O. Andreae. The dark side of aerosols. Nature. Vol 409, 2001
Különbségi módszerm Fotoakusztikus spektroszkópia pia Lézernyaláb Transzmisszió Microphone Laser light Szórás Filteres transzmisszió mérés Sample in Sample out Lézernyaláb Szórás Transzmisszió Szórásérz rzéketlen méréstechnikam Összetétel-független kalibráci ció Nagy érzékenység Gyors válaszidv laszidő Only one instrument, the photoacoustic spectrometer, directly measures the light absorption of particles suspended in the atmosphere, but it has not yet been widely used Meinrat O. Andreae. The dark side of aerosols. Nature. Vol 409, 2001
Légköri korom aeroszolok abszorpciója Fekete korom (BC) σ(550nm)~10 m 2 /g AAE~1 Bonyolult szerkezet Jól ismert sajátosságok Barna korom (BrC) σ(550nm) ~ 0 σ(250nm)~3-7 m 2 /g AAE (λ) Szerkezet? Ulrich Pöschl, 2003 Új megközelítés: látszólagos BrC (kaméleon aeroszol)!!
Abszorpciós Angström exponens (AAE) AAE(, ) 1 2 ln( ( 1 )) ln( ) 1 ln( ( 2)) ln( ) 2 A klímareleváns optikai ablakban jó közelítéssel állandó (~1) szervetlen korom esetén. Szerves korom esetén függ a hullámhossztól. Az egyes hullámhossztartományokra meghatározott értékek, illetve ezek egymáshoz való viszonya jellemző lehet a kémiai összetétere.
Saját fejlesztésű fotoakusztikus korommérő, mobil mérőplatform Hullámhossz független, gázfázisú kalibráció Széles hullámhossztartomány (266nm-1064nm) Az AAE hullámhosszfüggés meghatározásának lehetősége Szelektivitás (A jelenleg elérhető legszelektívebb in-situ mérőműszer) Érzékenység (100 ng/m3, EBC)
Kalibráció és tesztmérések A DM módszer 550nm-es hullámhosszára normált normált optikai abszorpció Mini-Cast korom aeroszol hullámhosszfüggésének meghatározása 10 1 mini-cast korom C/O 0,29 PAS DM Angström együttható: 1.24 ± 0.08 0,1 200 400 600 800 1000 Hullámhossz [nm] Optikai abszorpció [cm -1 ] Szerves, szervetlen-korom, ásványi por Abszorpciós spektrumának meghatározása 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 Az AE31 legrövidebb működési hullámhossza 200 400 600 800 1000 Hullámhossz [nm] mini-cast korom Palas GFG 1000 korom Szahara homok
Lézergenerált korom aeroszolok vizsgálata Normált optikai abszorpció [Mm -1 ] 30 25 20 15 10 5 Grafit (AAE=1.05) Cseh barnaszén (AAE=1.37) Orosz feketeszén (AAE=1.23) Faszén (AAE=1.15) PASS-3 7λ-Aethalometer 400 600 800 1000 Hullámhossz [nm]
Az abszorpció hullámhosszfüggése, mint a kémiai összetételének indikátora AAE(, ) 1064-355nm 1 2 Grafit ln( ( 1 )) ln( ) 1 Ångström exponens Cseh barna szén Orosz fekete szén 1,15±0,01 1,37±0,03 1,23±0,04 ln( ( 2)) ln( ) 2 Faszén 1,05±0,0 9 355-266nm 1,15±0,01 1,66 2,05 2,05 Normált optikai abszorpció [Mm -1 ] 30 25 20 15 10 5 Grafit Cseh barnaszén Orosz feketeszén Faszén 400 600 800 1000 Hullámhossz [nm]
HULIS (Humic-Like Substancies) aeroszol 10 Mass absorption coefficient (m 2 /g) 1 0,1 0,01 4 -PAS Hoffer et al, daytime Amazomian sample Hoffer et al, nighttime Amazonian sample Dinar et al, CRD 1E-3 250 500 750 1000 Wavelength (nm)
Szálló por ásványi összetevőinek abszorpciós spektruma
c Illit Kaolinit Montmorillonit Sűrűség[g/m 3 ] 2.8 2.6 2-2.7 Effektív sűrűség [g/m 3 ] Tömegkoncentráció [mg/m 3 ] 3.2 2.6 1.7 2.7 16.8 4.68 Fajlagos abszorpciós koefficiens [m 2 /g] 266 nm 4 10-2 ±6.9 10-3 6.3 10-2 ±1.2 10-2 6.8 10-2 ±1.2 10-2 355 nm 7.4 10 3 ±6.7 10-4 1.2 10-2 ±2.4 10-3 3.3 10-2 ±5.6 10-3 532 nm 2 10-3 ±1.8 10-4 1.1 10-3 ±2.1 10-4 3 10-3 ±5.1 10-4 1064 nm 9.6 10-4 ±6.9 10-5 9.5 10-4 ±1.9 10-4 1.3 10-4 ±2.1 10-4
Rutile Quartz Calcite Mass density[g/m 3 ] Effective mass density[g/m 3 ] Mass concentration [mg/m 3 ] 4.23 2.65 2.1-2.6 4 2.65 2.5 27.5 16.1 25.5 Mass specific absorption coefficient [m 2 /g] 266 nm 2.6 10-1 ±4.6 10-2 4 10-2 ±7.2 10-3 2.1 10-2 ±3.9 10-3 355 nm 5.1 10-1 ±9.3 10-2 2.3 10-2 ±4.1 10-3 1.5 10-2 ±2.7 10-3 532 nm 1.6 10-3 ±2.8 10-3 9.1 10-3 ±1.6 10-3 2.2 10-3 ±4 10-4 1064 nm 1.1 10-3 ±1.9 10-3 8.2 10-3 ±1.5 10-3 1.5 10-3 ±2.7 10-4
Abszorpció mérés Tömegkoncentráció -mérés Méreteloszlásmérés -4λ-PAS -7λ-Aethalometer (AE31) -TEOM (Rupprecht and Patashnick Co. Inc., Series 1400a ) -Optical counter Grimm 1.109 -SMPS+C Grimm Aerosol Technique TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0047
Devecser Szeged Budapest
Belváros Budapest Zöldövezet Kertváros
AAE 532-1064 /AAE 532-355, mint forrásindikátor (terepi mérések ) Elemösszetétel-Abszorpció
További célkitűzések Labormérések Dízel korom abszorpciós spektrumának meghatározása Szelektív fekete korom tömegkoncentráció mérése Ablációs elven működő koromgenerátor fejlesztése és tesztelése Ipari és háztartási szenek spektrálátviteli függvényének meghatározása HULIS aeroszolok vizsgálata Biomassza mérőállomás tervezése és tesztelése. Biomassza aeroszolok vizsgálata. Savkatalizált másodlagos légköri folyamatok, víztartalom, illékonykomponensek az aeroszol abszorpciós spektrumára gyakorolt hatásának vizsgálata Terepi mérések Terepi mérések végzése. Szezonális és napszakos folyamatok abszorpciós spektrumra gyakorolt hatásának vizsgálata. Légköri aeroszolok kémiai összetétele és abszorpciós válasza közötti összefüggések vizsgálata Valós idejű forrásazonosító eljárások kidolgozása és tesztelése Az abszorpciós spektrum és az élettani hatások közötti lehetséges összefüggések vizsgálata
Köszönöm a figyelmet! ajtai@titan.physx.u-szeged.hu