测定微量元素在环境气溶胶浓度同步辐射x射线荧光光谱法

马库斯Furger和苏珊娜·维瑟

大气化学实验室,5232年保罗谢勒研究所Villigenψ,瑞士。电子邮件:(电子邮件保护)

介绍

环境气溶胶是由各种各样的元素和化合物,可以凝结形成集群和粒子大小的几十微米,或者已经从一个表面磨损的一些机械的过程。这些粒子悬浮在大气中停留一段时间,取决于他们的粒子大小、重量、溶解度等物理因素。在空中,他们施加影响地球辐射的预算,因此,地球的气候,或者他们可能是吸入呼吸道内,把动物或人类,他们也可能对你的健康有不利影响。¹健康的影响依赖于粒子的大小和化学成分;更大的粒子穿透深入肺少,更容易从呼吸道中删除。颗粒大小和人类健康之间的联系已经证明在许多研究中,但化学成分对健康的影响是鲜为人知的,仍然是一个研究的主题。除了致癌的芳香族化合物,各种元素毒性造成不良的健康影响。这些元素通常是发现在气溶胶,只有微量浓度,因此,他们不容易衡量。然而,更深层次的了解微量元素的浓度和时空分布需要确定他们的排放源和开发策略减少和缓解。在本文中,我们将讨论的测定微量元素在环境气溶胶浓度同步辐射x射线荧光光谱法。

仪表

我们收集环境气溶胶通过三级旋转鼓撞(rdi)。通过不同阶段空气吸,由喷嘴,预设流量的1米³h¹决定每个阶段的粒度截止。进气口的pre-selector阻止粒子大于10µm进入仪器。截止大小在每个鼓是由流动速度和喷嘴尺寸。RDI存款之间通过影响粒子直径2.5µm和10µm第一,1.0 - -2.5µm第二-1.0和0.1µm第三阶段。^2,3我们将表示第一、第二和第三阶段作为粗,中间和细分数大小,分别。其他工具,更多的阶段和不同的截止特性,可用在其他研究小组。选择的粒子沉积在Apiezon-L-coated 6.5µm聚丙烯(PP)箔安装在铝鼓。鼓声采样间隔期间保持固定的位置,然后由3.5°旋转到下一采样位置。这生成一个barcode-like箔模式。采样间隔,一般来说,一到两个小时。2 h抽样,一套鼓持续八天(或3×96个样本)之后,他们必须被替换为空的。然后使用鼓在室温下储存在塑料容器,直到他们进行了分析。近年来我们的rdi部署在苏黎世(瑞士)实地考察活动中,^4,5,6巴塞罗那(西班牙),⁷巴黎(法国),帕萨迪纳市(美国),马赛(法国)和伦敦(英国)。

分析方法

从典型的欧洲城市,2 h抽bdapp官方下载安卓版样收益率存款的PP箔的顺序1µg总质量(分布在这三个阶段)。收集的气溶胶是硫酸盐、硝酸盐、有机物种和黑碳。微量元素是构成总气溶胶质量的百分之几,这意味着他们经常只有几毫微克。这些低浓度和大量的样本收集在一个典型的场活动需要一个足够敏感分析技术测量低浓度,同时不要求过多的样品处理。因此,同步辐射x射线荧光(SR-XRF)光谱法已成为我们的方法的选择。⁸样品光谱可以获得在30年代的x射线曝光。

我们测量的元素从钠锌在真空单色光瑞士光源(SLS) Villigen,瑞士和空气中的元素钛领导与白色光束HASYLAB /谜底在汉堡,德国(图1,表1)。

图1所示。(a)在SLS Beamline设置,显示真空室里面有RDI样品持有人(不可见)和硅漂移x射线探测器(朝左图像)90°角相对于入射光从右上角(进入)。(b)在HASYLAB Beamline设置,显示RDI样品持有人在转台中心,在后台Si(李)探测器。光束从右边进入。

表1。Beamline特征在瑞士光源(SLS)和HASYLAB /谜底x射线荧光测量。

质量校准用混合元素的标准与喷墨打印机打印在同一页箔用于抽样,一种技术的灵感来自一个研究小组在汉堡。⁹绝对校准,印箔分析光学发射光谱法和电感耦合等离子体(ICP-OES)和由此产生的质量/分析领域是SR-XRF获得的相关信号。

实测光谱与开源软件可以分析¹⁰和堪培拉WinAxil 4.00版本的程序。

结果与讨论

为了说明SR-XRF的优点,MEGAPOLI数据项目(大城市:排放、城市、区域和全球大气污染和气候影响评估和缓解)和集成工具,¹¹提出了在这里。冬季野外运动发生于2010年1月15日至2月15日在巴黎,法国。环境空气采样与rdi同时部署在两个网站,一个(LHVP)在市中心附近,另一个在Palaiseau SIRTA站点,西南20公里的第一个网站和在城市背景设置。图2(一个)显示的时间序列SIRTA网站三钠的大小范围。对于大多数元素,包括钠,大部分的质量是沉积在粗粒级和至少存入细分数。这是真正的大部分时间,但观察到一个异常26.6天,中间分数超过粗分数,而细分数等于粗分数。比较值观察城市站点(图2 (d)),除了粗分数的失踪是由于坏的处理试样夹在同步加速器beamtime使用。钠质量沉积在中间分数那天与锌有关时间序列,见图2 (c)的最低的部分,表明不同的源比其他的运动。当时没有一个氯峰值进一步印证了这一点。钠是一个很好的示踪海上运输海盐在大陆气团,或在冬季除冰盐应用于道路。 Both sources produce particles in the coarse and the intermediate size fractions, but practically none in the fine fraction. The good agreement between the two sites [Figure 2(d)] for most of the campaign gives a preference towards sea salt as the main (regional) source. The situation on day 26 is characterised by easterly winds and a massive drop in temperature and pressure (not shown), but no precipitation. The prominent fine fraction of zinc hints to industrial or combustion processes. It can be hypothesised that this peak in fine zinc concentrations is the result of the change in air mass and advection of industrial emissions from the east across the city. The 2 h time resolution of the RDI samples does not clearly indicate the difference in arrival times of the plume at the LHVP site and at the SIRTA site, which was estimated from the observed wind speed to be roughly an hour.

图2。MEGAPOLI 2010年冬季运动ng m3的浓度时间序列(a)钠(Na), (b)氯(Cl)和(c)锌(锌)在三个尺寸范围(粗、中间、罚款;有关详细信息,请参阅文本)SIRTA网站从巴黎市中心大约20公里。(d)之间的中间分数大小的比较钠LHVP和SIRTA网站。

在这个时候,我们只能推测锌峰值在26天的真正来源。本文提供的数据在一个初步的分析。更详细的源解析包含所有可用的元素和辅助数据从其他共存仪器,以及气象领域中落后的轨迹分析。这些数据分析与统计方法(例如,见参考12)。这种分析与这个数据集执行将是下一个步骤。结果将扩展的基础的理解复杂的过程在大气化学的大城市。

结束语

同步辐射x射线荧光光谱法是一种非常强大的工具,分析的大量收集与高时间分辨率问题。它是极为敏感的部位,远远超过传统的方法对分析时间和样品制备。警告,然而,限制进入同步加速器设施需要分配beamtime申请的成功。

确认

研究导致这些结果已收到瑞士国家科学基金会的资助下,FP / 2007 - 2011年拨款200021 _132467,根据授权协议212520和从欧洲共同体的第七框架计划(fp7/2007 - 2013)根据授权协议。bdapp官方下载安卓版312284年。

引用

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