इस कागज प्रवाह ट्यूब रिएक्टर और संबंधित डेटा संग्रह के लिए आपरेशन प्रक्रिया का वर्णन । यह प्रयोगों की स्थापना के लिए प्रोटोकॉल से पता चलता है, डेटा रिकॉर्डिंग और संख्या व्यास वितरण के रूप में के रूप में अच्छी तरह से कण जन जानकारी है, जो कार्बनिक एयरोसोल्स के रासायनिक और भौतिक गुणों के बारे में उपयोगी जानकारी देता है सृजन ।
कार्बनिक बात कण (प्रधानमंत्री) तेजी से पृथ्वी की जलवायु प्रणाली के रूप में के रूप में अच्छी तरह से शहरी क्षेत्रों में सार्वजनिक स्वास्थ्य के लिए महत्वपूर्ण के रूप में मांयता प्राप्त है, और प्रयोगशाला के अध्ययन के लिए सिंथेटिक प्रधानमंत्री का उत्पादन एक व्यापक आवश्यकता बन गए हैं । इस के साथ साथ, प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल के दृष्टिकोण को प्रदर्शित करने के लिए α द्वारा एयरोसोल कार्बनिक प्रधानमंत्री-pinene ozonolysis एक प्रवाह ट्यूब रिएक्टर में उत्पादन । तरीके आकार वितरण और एयरोसोल कणों की आकृति विज्ञान को मापने के लिए वर्णित हैं । वीडियो प्रवाह ट्यूब रिएक्टर और संबंधित उपकरण के बुनियादी अभियानों को दर्शाता है । वीडियो के पहले भाग गैस चरण reactants, ozonolysis, और कार्बनिक पीएम के उत्पादन की तैयारी के लिए प्रक्रिया से पता चलता है । वीडियो के दूसरे भाग के उत्पादित कण जनसंख्या के गुणों का निर्धारण करने के लिए प्रक्रियाओं को दर्शाता है । कण संख्या-व्यास वितरण कण विकास, अर्थात् संघनित्र, जमावट, या दोनों का एक संयोजन, प्रतिक्रिया की स्थिति के आधार पर के विभिंन चरणों में दिखाते हैं । कण आकृति विज्ञान एयरोसोल कण जन विश्लेषक (एपीएम) और एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) की विशेषता है । परिणाम गैर-गोलाकार कणों कि विशिष्ट प्रतिक्रिया शर्तों के लिए जमावट से हो गए है के अस्तित्व की पुष्टि करें । प्रयोगात्मक परिणाम यह भी संकेत मिलता है कि प्रवाह ट्यूब रिएक्टर अपेक्षाकृत उच्च सांद्रता और कम समय फ्रेम के लिए कार्बनिक पीएम के भौतिक और रासायनिक गुणों का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।
अस्थिर कार्बनिक यौगिकों (VOCs) जैव मंडल और anthropogenic गतिविधियों से उत्सर्जित oxidants के साथ वातावरण में प्रतिक्रियाओं से गुजरना (जैसे ओजोन या ओह कण) माध्यमिक oxygenated यौगिकों1,2का उत्पादन करने के लिए । इन यौगिकों में से कुछ, उनके कम अस्थिरता के कारण, अंततः वायुमंडलीय प्रधानमंत्री1,3,4के जन एकाग्रता में योगदान । वायुमंडलीय कणों जलवायु, मानव स्वास्थ्य पर महत्वपूर्ण प्रभाव है, और दृश्यता5. कार्बनिक पीएम के उत्पादन तंत्र, तथापि, अपर्याप्त विशेषता और समझ में रहते हैं, दोनों गुणात्मक और मात्रात्मक, संख्या और बड़े पैमाने पर सांद्रता के रूप में अच्छी तरह से शारीरिक और रासायनिक गुणों की भविष्यवाणी करने के लिए । इस ज्ञान अंतर को पाटने के लिए एक दृष्टिकोण को प्रयोगशाला अध्ययन है कि वायुमंडलीय कार्बनिक पीएम की उत्पादन प्रक्रियाओं नकल उतार के लिए प्रवाह ट्यूब रिएक्टरों का उपयोग करने के लिए है, जिससे यंत्रवत, प्रक्रिया, और प्रधानमंत्री 6 के लक्षण वर्णन अध्ययन की सुविधा ,7,8,9,10,11,12। प्रवाह ट्यूब रिएक्टर कण संख्या और जन सांद्रता13की एक किस्म के लिए एयरोसोल कणों की तेजी से संश्लेषण में सक्षम बनाता है ।
वर्तमान अध्ययन का वर्णन, वीडियो सामग्री के उपयोग के माध्यम से, एक प्रमुख वायुमंडलीय monoterpene के ozonolysis से उप माइक्रोन के रूप में जैविक प्रधानमंत्री के उत्पादन (अर्थात α-pinene) एक प्रवाह ट्यूब रिएक्टर में, जो पहले में वर्णित किया गया था श्रेष्ठ एट अल. 13 संक्षेप में, प्रवाह ट्यूब कांच के ४८.२ मिमी के एक भीतरी व्यास और १.३० मीटर की लंबाई के साथ बनाया गया था । प्रवाह ट्यूब थोड़ा लामिना प्रवाह शासन में परिवेश दबाव से ऊपर संचालित किया गया था (९.४ ± ०.५ के रेनॉल्ड्स संख्या), और ३८ ± 1 एस 14के एक निवास समय के साथ । तापमान प्रवाह ट्यूब रिएक्टर आवास कि एक डबल-लेयर्ड अनुकूलित बॉक्स में पानी प्रवाह करने के लिए एक परिसंचारी मिर्च का उपयोग करके 25 ± 1 ° c होना करने के लिए सेट किया गया था ।
प्रवाह ट्यूब रिएक्टर प्रणाली के एक योजनाबद्ध भूखंड चित्रा 1में दिखाया गया है । एक शुद्ध हवा जनरेटर अल्ट्रा शुद्ध हवा है कि एक ओजोन जनरेटर के माध्यम से गुजरता है, ओजोन के 200-500 पीपीएम उत्पादन उत्पंन करने के लिए प्रयोग किया जाता है । ०.५० sLpm पर शुद्ध हवा का एक अतिरिक्त प्रवाह एक गोल नीचे कुप्पी में एक सिरिंज इंजेक्टर द्वारा इंजेक्शन α-Pinene लुप्त हो जाना करने के लिए प्रयोग किया जाता है । α-Pinene 2-ब्यूटानॉल के साथ पूर्व मिश्रित है 1:5015,16,17 के एक कमजोर अनुपात पर सिरिंज इंजेक्टर को वापस लिया जा रहा से पहले, क्योंकि 2-ब्यूटानॉल एक ओह मेहतर के रूप में कार्य कर सकते है सुनिश्चित करने के लिए कि ozonolysis ही प्रतिक्रिया थी प्रवाह ट्यूब के अंदर होने वाली । दौर नीचे कुप्पी १३५ ± 1 डिग्री सेल्सियस के लिए गर्म था इंजेक्शन कार्बनिक यौगिकों के त्वरित वाष्पीकरण की अनुमति । α-pinene और ओजोन प्रवाह की सुविधा भी एक दूसरे को सीधा व्यवस्थित करने के लिए अशांति और इंजेक्शन बिंदु पर तेजी से मिश्रण पैदा कर रहे थे । प्रवाह ट्यूब के आउटलेट नमूना संग्रह, आकार वितरण मापन (स्कैनिंग गतिशीलता कण sizer-एसएमपीएस द्वारा), कण घनत्व माप, और निकास के बीच विभाजित किया गया था । प्रतिक्रिया शर्तों कण विकास के लिए जमावट की तुलना में संघनित्र के सापेक्ष योगदान को नियंत्रित करने के लिए विविध रहे हैं । प्रवाह ट्यूब के उत्पादन के लिए एक खुली हवा निकास हुड को जोड़ने के लिए, यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह संभव नहीं है के लिए प्रवाह ट्यूब के अंदर दबाव का निर्माण और दौर नीचे कुप्पी भी गलत प्रयोगात्मक शर्तों के तहत करने के लिए एक लाइन की जरूरत है । उत्पादित कण जनसंख्या की विशेषताओं जिससे पतले समायोजित किया जा सकता है । प्रवाह ट्यूब रिएक्टर अपने उत्पादन में अलग समय अंक पर कार्बनिक पीएम के नमूने को सक्षम करने के लिए एक जंगम नमूना के साथ सुसज्जित है । संख्या-व्यास उत्पादित कण जनसंख्या का वितरण प्रवाह ट्यूब के विभिंन लंबाई में मापा जाता है । एक एपीएम कण जन वितरण और गतिशील आकार कारक7,18,19है, जो उत्पादन कण जनसंख्या के आकृति विज्ञान और अंय भौतिक गुणों के बारे में जानकारी देता है उपाय । 20 , 21 कण भी एक SEM7,22द्वारा ऑफलाइन इमेजिंग के लिए एक नैनोमीटर कण पारखी पर एकत्र कर रहे हैं । निहितार्थ यह है कि प्रवाह ट्यूब रिएक्टर ozonolysis प्रयोगों और तेजी से ऑनलाइन और ऑफ़लाइन विश्लेषण प्रदर्शन के लिए एक उपयुक्त माध्यम है उसमें उत्पादित ।
प्रवाह ट्यूब रिएक्टर में शर्तों का समायोजन करके, अच्छी तरह से परिभाषित संख्या सांद्रता और बड़े पैमाने पर सांद्रता के साथ SOA कणों की एक विस्तृत श्रृंखला का उत्पादन किया जा सकता है । विकास तंत्र भी condensational वृद्धि और coagulative विकास मोड के बीच बदल सकता है, विभिन्न आकार के साथ कणों बनाने. प्रोटोकॉल में महत्वपूर्ण कदम प्रवाह ट्यूब रिएक्टर के एक रिश्तेदार स्थिर तापमान को बनाए रखने, और ओजोन जनरेटर से बाहर ओजोन एकाग्रता को स्थिर करने में शामिल हैं । यह भी ध्यान रखना जरूरी है कि चल इंजेक्टर की स्थिति को हर बार सावधानीपूर्वक रिकॉर्ड किया जाए ताकि निवास का समय प्रयोगों को दोहराने पर ही रह जाए.
यदि प्रवाह ट्यूब रिएक्टर से कण एकाग्रता के लिए उंमीद से अलग होने लगता है, कई समस्या निवारण प्रक्रियाओं किया जा सकता है । प्रवाह ट्यूब रिएक्टर की एक हवा तंग जांच पहले प्रदर्शन किया जा सकता है । वाटरप्रूफ परीक्षा के बाद, संख्या-व्यास माप साधन की जांच की जरूरत है ताकि सभी संभावित खराबी संभावनाओं को बाहर करने के लिए कॉलेस्ट्रॉल जैसे प्रवेश और 1 के घट-ब्यूटानॉल समाधान सीपीसी के लिए ।
इसलिए, ऊपर वर्णित प्रवाह ट्यूब रिएक्टर भौतिक गुण और एकाग्रता की एक विस्तृत श्रृंखला फैले कार्बनिक एयरोसोल्स के विकास के अध्ययन के लिए एक उपयोगी उपकरण है । अंय एयरोसोल पीढ़ी प्रणालियों के साथ तुलना में, प्रवाह ट्यूब रिएक्टर जल्दी कण संख्या और जन सांद्रता13, जो विशेष रूप से उच्च मास लोडिंग नमूना में उपयोगी है की एक किस्म के लिए एयरोसोल कणों का उत्पादन कर सकते हैं । प्रवाह ट्यूब रिएक्टर भी चल पारखी के साथ सुसज्जित है, विकास और एयरोसोल कणों के विकास पर अध्ययन को सक्षम करने. दूसरी ओर, रिएक्टर एक अपेक्षाकृत कम निवास समय और एक अपेक्षाकृत उच्च अग्रदूत एकाग्रता है, जो अपने को बंद करने वाली परिवेश प्रतिक्रिया शर्तों अनुकरण करने की क्षमता सीमा है । भविष्य प्रवाह ट्यूब रिएक्टर शामिल काम करने के लिए आंतरिक दीवारों पर पराबैंगनी रोशनी जोड़ने इतना है कि फोटो ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं प्रवाह ट्यूब रिएक्टर के भीतर आयोजित किया जा सकता है । योजना अन्य VOC reactants के लिए जगह में हैं, जैसे β-caryophyllene और लाइमोनीन, के रूप में अच्छी तरह से24का अध्ययन किया जा.
The authors have nothing to disclose.
इस सामग्री को राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा समर्थित काम पर आधारित है रसायन विज्ञान के प्रभाग में पर्यावरण रसायन साइंस कार्यक्रम अनुदान No ११११४१८ के तहत, वायुमंडलीय-भूविज्ञान अमेरिका के राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (NSF) के अंतर्गत विभाजन अनुदान संख्या १५२४७३१, साथ ही हार्वर्ड संकाय प्रकाशन पुरस्कार. हम उपयोगी विचार विमर्श और प्रयोगों के साथ सहायता के लिए मोना श्रेष्ठ, एडम Bateman, Pengfei लियू, और Mikinori Kuwata स्वीकार करते हैं ।
(-)-α-pinene | Sigma-Aldrich | 305715 | |
2-butanol | Sigma-Aldrich | 294810 | |
5.00 mL syringe | Hamilton | 201300 | |
Aerosol particle mass analyzer | Kanomax | 3600 | |
Condensational particle counter | TSI | 3022 | |
Differential mobility analyzer | TSI | 3081 | |
Heating mantle | Cole-parmer | WU-36225-10 | |
Mass flow controller | MKS | M100B | |
Nafion tube | Perma Pure | MD-700-24F-1 | |
Nanometer aerosol sampler | TSI | 3089 | |
Ozone generator | Jelight | 600 | |
Ozone monitor | Ecosensors | UV-100 | |
Pressure sensor | Omega | PX409 | |
RH sensor | Rotronic | 60587161 | |
Round-bottom, three neck flask | Aceglass | 6944-04 | |
Scanning electron microscope | Zeiss | N/A | Ultra plus FESEM |
Scanning mobility particle sizer | TSI | 3071A+3772 | electrostatic classifier is model 3071A and the condensational particle ocunter is 3772 |
Silicon substrate | University Wafer | 1707 | |
Syringe Needle | Hamilton | 90025 | 25 G, 2 inch |
Syringe pump | Chemyx | Fusion Touch 200 | |
Temperature sensor and software | National Instrument | USB-TC01 | |
water circulator | Brinkmann | RC6 |