Měření oxidu dusičitého (NO 2 ) automatickými analyzátory. Jan Šilhavý Český hydrometeorologický ústav

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Měření oxidu dusičitého (NO 2 ) automatickými analyzátory. Jan Šilhavý Český hydrometeorologický ústav"

Radomír Matoušek
před 4 lety
Počet zobrazení:

1 Měření oxidu dusičitého (NO 2 ) automatickými analyzátory Jan Šilhavý Český hydrometeorologický ústav

2 Chemiluminiscenční analyzátory s molybdenovým konvertorem jednokanálové dvoukanálové Chemiluminiscenční analyzátory se zlatým konvertorem Chemiluminiscenční analyzátory s fotolytickým konvertorem s LED polem (BLC) s halogenidovou lampou (PLC) CAPS analyzátory CRDS analyzátory DOAS analyzátory LIF analyzátory Porovnání výsledků měření Družice AURA

3 1. Chemiluminiscenční analyzátor Chemiluminiscence - referenční metoda pro měření oxidu dusičitého (NO2) a oxidů dusíku (NOx) je založena na reakci oxidu dusnatého (NO) s ozonem (O3): molekuly NO reagují s O3 za vzniku excitovaných NO2 * molekul. Úroveň záření v reakční komoře je úměrná koncentraci NO2 ve vzorku plynu: NO + O3 -> NO2 * + O2, když excitované molekuly NO2* se vrací do svého základního stavu, že vyzařují světelné záření "hv": NO2 * -> NO2 + hv, které je snímáno detektorem. Měření probíhá ve dvou cyklech: 1. vzorkovací plyn se vede přímo do reakční komory, kde NO reaguje s O3, čímž se dosáhne měření koncentrací NO 2. vzorkovací plyn prochází skrz vyhřívaný katalyzátor, kde se NO2 redukuje na NO, než vstoupí do reakční komory pro reakci s O3. Výsledkem je měření koncentrace NOx Výpočet koncentrace NO2 = NOx - NO

4 1.1 Jednokanálový analyzátor s molybdenovým konvertorem Molybdenový konvertor Detekční limit 0,4 ppb (dle EPA) Účinnost konvertoru > 90% Dlouhá životnost konvertoru Měření ve dvou posunutých časových cyklech (Lagtime < 20 sec) Interference

5 1.2 Dvoukanálový analyzátor s molybdenovým konvertorem Při měření koncentrací NO a NO2 referenční metodou lze pozorovat nadhodnocení nebo podhodnocení NO2 s možným výskytem negativních hodnot NO2 (obecně v případě rychlých přechodů NOx). to eliminuje dvoukanálový analyzátor (Lagtime < 1s)

1.3 Jednokanálový analyzátor s zlatým konvertorem - Pro měření látek NO y (reaktivní sloučeniny dusíku), využívá reakce s CO na kovovém katalyzátoru NOy +

NOy se skládá ze všech oxidů dusíku, ve kterých je oxidační stav atomu N +2 nebo vyšší, tj.

6 1.3 Jednokanálový analyzátor s zlatým konvertorem - Pro měření látek NO y (reaktivní sloučeniny dusíku), využívá reakce s CO na kovovém katalyzátoru NOy + CO ---> NO + CO2 + X (účinnost > 90%) - Reaktivní sloučeniny dusíku (NOy) byly identifikovány jako prekurzory ozonu a jemných částic (PM2,5). NOy se skládá ze všech oxidů dusíku, ve kterých je oxidační stav atomu N +2 nebo vyšší, tj. součet všech reaktivních oxidů dusíku včetně NOx (NO + NO2) a jiných oxidů dusíku označovaných jako NOz. NOy = NO+NO 2 +HNO 2 +HNO 3 +HO 2 NO 2 +NO 3 +N 2 O 5 +PAN (PeroxyAcetyl Nitrate )+PPN (PeroxyPropionyl Nitrate )+particulate nitrates

7 1.4 BLC fotolytický konvertor s LED konvertorem (Blue light converter) Molybdenové konvertory převádějí do značné míry jiné sloučeniny obsahující dusík, jako je HNO3, PAN (peroxynitráty) atd. Srovnávací měření NO2 provedená s molybdenem a fotolytickými konvertory ukázala signifikantně odlišné výsledky v přítomnosti takových sloučenin. Při fotolytickém procesu prochází vzorkovací plyn komorou, kde je vystaven světlu při určité vlnové délce (obvykle 410 nm) z pole LED. To způsobí selektivní konverzi NO2 na NO se zanedbatelným rušením z jiných plynů.

9 Lagtime < 20s Detekční limit <50ppt

10 Pokles účinnosti fotolytického konvertoru - Nižší výchozí účinnost konvertoru - Nutnost pravidelně kontrolovat a nastavovat

spolupracuje s analyzátorem s molybdenovým konvertorem (Eco

11 1.5 PLC - fotolytický konvertor s výbojkou (metal-halogenidová lampa) - Konstruován jako samostatná jednotka, které spolupracuje s analyzátorem s molybdenovým konvertorem (Eco Physic) lampa má příkon 200W, vlnová délka nm, detekční limit <50ppt

12 2. CAPS analyzátor (Cavity Attenuated Phase Shift )

13 Pracuje jako optický absorpční spektrometr, využívající jako zdroj světla modrou světelnou diodu LED (450 nm), měřící komora obsahuje dvě zrcadla s vysokou odrazivostí a detektorem. Vyhodnocení probíhá na základě měření fázového posunu. Jeho funkce je založena na skutečnosti, že oxid dusičitý (NO2) je širokopásmový absorbér světla ve viditelné oblasti spektra. Analyzátor nabízí zcela lineární odezvu při různých úrovních koncentrací. Měření skutečné hodnoty NO2 (bez konverze) je velmi citlivé (<40ppt), vysoce selektivní měření s krátkou dobou odezvy.

3. CRDS analyzátor (Cavity Ring-Down Spectroscopy) V systému CRDS vstupuje paprsek z laserové diody (405 nm) do komory definované dvěma nebo více zrcadly s vysokou odrazivostí.

Rychlý fotodetektor snímá malé množství světla protékající jedním ze zrcadel a vytváří tak signál, který je přímo úměrný intenzitě v komoře.

14 3. CRDS analyzátor (Cavity Ring-Down Spectroscopy) V systému CRDS vstupuje paprsek z laserové diody (405 nm) do komory definované dvěma nebo více zrcadly s vysokou odrazivostí. Když je laser zapnutý, komora se rychle naplní cirkulujícím laserovým světlem. Rychlý fotodetektor snímá malé množství světla protékající jedním ze zrcadel a vytváří tak signál, který je přímo úměrný intenzitě v komoře. Když signál fotodetektoru dosáhne prahové úrovně (za několik desítek mikrosekund), je laser náhle vypnutý. Světlo uvnitř dutiny se stále zrcadlí (zhruba krát), pro komoru 25 cm může být účinná délka cesty v dutině více než 20 kilometrů Při výpočtu koncetrací se porovnávají časy a úrovně signálů ve všech bodech měření > velké množství dat

15 Vysoká citlivost a přesnost Rychlé kontinuální, real-time měření bez rušení Velký dynamický rozsah s vysokou linearitou Terénní a laboratorní nasazení bez spotřebního materiálu, nainstalován a funkční během několika minut, necitlivé na změny okolní teploty, tlaku a vibrací

5. DOAS analyzátor (Differential Optical Absorption Spectroscopy) DOAS je metoda určování koncentrací stopových plynů měřením specifických úzkopásmových absorpčních struktur v UV a viditelné

16 5. DOAS analyzátor (Differential Optical Absorption Spectroscopy) DOAS je metoda určování koncentrací stopových plynů měřením specifických úzkopásmových absorpčních struktur v UV a viditelné spektrální oblasti. Analyzátor DOAS se skládá ze souvislého světelného zdroje, tj. Z Xe-obloukové lampy, a z optického zařízení pro vysílání a příjem světla atmosférou. Je také možné použít slunce nebo rozptýlené sluneční světlo jako světelný zdroj. Typická délka světelné cesty v atmosféře se pohybuje od několika set metrů až po několik km. Nevýhody citlivost na turbulence v atmosféře, není možné měření při dešti, sněžení a mlze

ΣPNs total peroxynitrates The UC Berkeley thermal-dissociation

18 4. LIF analyzátor (Laser Induced Fluorescence) Laser 532 nm Detekční limit ~10 ppt ΣANs - total alkyl- and other thermally stable organic nitrates ΣPNs total peroxynitrates The UC Berkeley thermal-dissociation laser-induced fluorescence (TD- LIF) instrument detects NO2 directly (<30 ppt), NO2, PNs, ANs

19 Long Path Absorption Photometer(LOPAP) Cavity Enhanced Absorption(CEAS) Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS).

20 Převzato z NO2 Measurements with Different Converters, Molybdenum Converters vs. Specific NO2 Converters, Robert Gehrig; Christoph Hüglin, Beat Schwarzenbach, [EMPA 2012]

23 Direct and Indirect Methods for the Measurement of Ambient Nitrogen Dioxide

26 Satelit AURA Aura (2004, 705 km) NO2 - Tropospheric Emission Spectrometer - (TES) - infračervený spektrometr s vysokým rozlišením Understanding and Protecting the Air We Breathe (Porozumění a ochrana vzduchu, který dýcháme)

Blízký východ: atmosférické znaky krize 2005-2010 2010-2015 http://www.chemeurope.

28 Blízký východ: atmosférické znaky krize

29 Jako student v roce 1953 založil firmu HORIBA Dr. Masao Horiba ( ) a jeho motto

30 Jako student v roce 1953 založil firmu HORIBA Dr. Masao Horiba ( ) a jeho motto

Podobné dokumenty

Fluorescence (luminiscence)

Fluorescence (luminiscence) Patří mezi luminiscenční metody fotoluminiscence. Luminiscence efekt, kdy excitované molekuly či atomy vyzařují světlo při přechodu z excitovaného do základního stavu. Podle