Drexel University charakterisiert die Ozonproduktion mit Hilfe von Massenflusskontrolle
Der troposphärische Luftschadstoff Ozon stellt eine ernsthafte Gefahr für die menschliche Gesundheit dar. Es kann die Lunge schädigen, chronische Atemwegserkrankungen verschlimmern und die Anfälligkeit für Infektionen der Atemwege erhöhen. Leider werden die Ozonkonzentrationen in vielen Teilen des Landes immer noch als ungesund eingestuft, da die Emissionen von Vorläufersubstanzen aus Quellen wie Autos und Industrie anhalten. Um diese hohen Ozonwerte in der Atmosphäre zu bekämpfen, muss man in der Lage sein, die Ozonwerte zu ermitteln und genau zu quantifizieren und zu beschreiben, wie es in der Atmosphäre gebildet wird.
Herausforderung: Lösungen für die Ozonmessung
Ozon wird nicht direkt in die Luft freigesetzt, sondern entsteht durch chemische Reaktionen zwischen bereits emittierten Schadstoffen in der Luft. Experten haben einige dieser Schadstoffe identifiziert, darunter flüchtige organische Verbindungen, Stickstoffoxid, Stickstoffdioxid und Peroxyradikale. Üblicherweise simulieren Experten diese Schadstoffkonzentrationen mit photochemischen Luftmodellen. Während diese mathematischen Modelle wertvolle Informationen liefern, sind direkte Messungen der Schlüsselprozesse bei der Formulierung von Strategien zur Regulierung von Ozon sehr hilfreich.
Lösung: Die ECHAMP-Technik mit präziser Massenflusskontrolle
Dr. Wood, Professor für Atmosphärenchemie an der Drexel University, entwickelt eine neuartige Methode, um die Geschwindigkeit der Ozonbildung in der Atmosphäre mit höherer Genauigkeit zu quantifizieren. Seine Technik, der Ethan CHemical AMPlifier (ECHAMP), ist eine Verbesserung der bestehenden Messtechnik für Peroxidradikale durch chemische Verstärkung. Im Vergleich zu den älteren Methoden ist der ECHAMP sowohl genauer als auch sicherer für die Anwender, da er weniger empfindlich auf die relative Luftfeuchtigkeit reagiert und keine giftigen Gase verwendet.
Die ECHAMP-Technik besteht aus einigen grundlegenden Schritten:
- Das ECHAMP-Gerät mischt die Luftproben präzise mit Stickstoffoxid und Ethan.
- Jedes beprobte Peroxidradikal erzeugt 25 Moleküle Stickstoffdioxid.
- Bestimmen Sie aus der Anzahl der Stickstoffdioxidmoleküle die Konzentration der Peroxidradikale.
- Bestimmen Sie die Ozonbildungsrate anhand dieser Peroxidradikal-Daten und anderer unterstützender Messungen.
Umgebungsluft, Stickoxid, Stickstoff und Ethan müssen mit sehr genauen Durchflussraten in die ECHAMP-Kammern geleitet werden, um eine korrekte Messung der Peroxy-Radikale zu gewährleisten. Dr. Wood entschied sich für den Einsatz von Alicat-Massendurchflussreglern, um die genauen Durchflussanforderungen der ECHAMP-Technik zu erfüllen. Beim Bau der ECHAMP-Maschine setzte er neun Alicat-Massendurchflussregler ein, um den Durchfluss in und aus den beiden Kammern aufrechtzuerhalten.
Zukunftspläne für die ECHAMP-Technik
Die Nützlichkeit der ECHAMP-Methode wurde bei mehreren Probenahmen vor Ort in den Vereinigten Staaten nachgewiesen. Bei einer Feldbeprobung in Indiana wurden die Daten des ECHAMP mit denen anderer Verfahren zur Messung von Peroxidradikalen verglichen und lagen innerhalb eines akzeptablen Fehlerbereichs.
In einer anderen Studie in Texas wurden die aus den ECHAMP-Daten ermittelten Konzentrationen von Peroxy-Radikalen verwendet, um die Ozonbildung an verschiedenen Standorten in der Region San Antonio zu beschreiben. Die Ergebnisse zeigten, dass die Ozonbildung in dieser Region durch Stickstoffoxide begrenzt wird und dass sich die Ozonpolitik auf diese Schadstoffe konzentrieren sollte.
Dr. Wood hofft, die ECHAMP-Technik auch weiterhin zur Bestimmung der Ozonproduktionsraten an Standorten im ganzen Land einsetzen zu können, da die Daten aus diesen Feldstudien zur besseren Ausrichtung der Luftqualitätspolitik auf die Verringerung der Ozonverschmutzung genutzt werden können.
Alicat-Massendurchflussregler in der ECHAMP-Anlage
Diese Steuerungen boten Dr. Wood mehrere wichtige Vorteile, die für präzise ECHAMP-Messungen unerlässlich sind:
- Hochpräzise Messungen mit einer Genauigkeit von 0,6% des Messwerts
- 30 ms Reaktionszeiten
- Ein kontrollierbarer Bereich von 0,1% bis 100% des Skalenendwertes
- Die Möglichkeit, zwischen 98 wählbaren Gasen zu wechseln
- Keine Aufwärmzeiten
Zukunftspläne für die ECHAMP-Technik
Die Nützlichkeit der ECHAMP-Methode wurde bei mehreren Probenahmen vor Ort in den Vereinigten Staaten nachgewiesen. Bei einer Feldbeprobung in Indiana wurden die Daten des ECHAMP mit denen anderer Verfahren zur Messung von Peroxidradikalen verglichen und lagen innerhalb eines akzeptablen Fehlerbereichs.
Der ECHAMP im Einsatz bei einer Probenahme vor Ort
In einer anderen Studie in Texas wurden die aus den ECHAMP-Daten ermittelten Konzentrationen von Peroxy-Radikalen verwendet, um die Ozonbildung an verschiedenen Standorten in der Region San Antonio zu beschreiben. Die Ergebnisse zeigten, dass die Ozonbildung in dieser Region durch Stickstoffoxide begrenzt wird und dass sich die Ozonpolitik auf diese Schadstoffe konzentrieren sollte.
Dr. Wood hofft, die ECHAMP-Technik auch weiterhin zur Bestimmung der Ozonproduktionsraten an Standorten im ganzen Land einsetzen zu können, da die Daten aus diesen Feldstudien zur besseren Ausrichtung der Luftqualitätspolitik auf die Verringerung der Ozonverschmutzung genutzt werden können.