Determination of anions and cations in aerosols by ion chromatography

Význam tématu

Analýza aniontů a kationtů v aerosolových částečkách vzduchu je zásadní pro pochopení jejich zdrojů, transportních mechanismů a chemické přeměny. Polovičně kontinuální monitoring umožňuje sledovat rychlé změny chemického složení a minimalizovat zkreslení způsobené dlouhodobými odběry na filtrech.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo porovnat dvě pokročilé techniky sběru a analýzy aerosolů: Particle-Into-Liquid-Sampler (PILS) a Monitoring for AeRosols and GAses (MARGA). Obě metody kombinují systém denudérů, kondenzaci částic a iontovou chromatografii pro on-line stanovení aniontů, kationtů a ve vybraných případech i rozpustných plynů.

Použitá metodika a instrumentace

• Denudéry: PILS využívá dvě pevné statické denudéry pro odstranění rušivých plynů; MARGA používá Wet Rotating Denuder (WRD) pro absorpci rozpustných plynů.
• Růstová komora: PILS přívádí aerosoly do supersaturované vodní páry; MARGA používá Steam-Jet Aerosol Collector (SJAC) pro kondenzaci na kapalné částice.
• Pumpa a průtok: Vzduch se nasává rychlostí 16,7 l/min, částice PM2.5 jsou odděleny cyklonem.
• Iontová chromatografie: Vzorky se po odplynění v debubbleru přivádějí do smyček nebo předkoncentračních kolonek na přístroji Metrohm 850 Professional IC.

Hlavní výsledky a diskuse

• Rychlost analýzy: 4–5 minut pro hlavní anorganické ionty (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl–, NO3–, SO42–); 10–15 minut pro organické kyseliny (acetát, formiát, oxalát).
• Detekční limity v řádu 0,05–0,10 µg/m3 pro jednotlivé ionty.
• MARGA navíc umožňuje kvantifikovat rozpustné plyny HCl, HNO3, HNO2, SO2 a NH3.
• Dosahuje časového rozlišení vzorkování 5–15 minut a umožňuje kontinuální měření až po dobu jednoho týdne.

Přínosy a praktické využití metody

• Semi-kontinuální monitoring s vysokým časovým rozlišením vhodný pro korelaci s meteorologickými daty.
• Eliminace artefaktů spojených s filtrací a expozičními dobami nad 24 hodin.
• Možnost simultánního sledování aniontů, kationtů a vybraných rozpustných plynů.
• Využití v oblasti kvality ovzduší, environmentálního výzkumu a průmyslového monitoringu.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s mobilními a automatizovanými platformami pro terénní měření.
• Rozšíření spektra stanovených látek o další organické a stopové anorganické sloučeniny.
• Vývoj miniaturizovaných a nízkonákladových verzí pro široké nasazení v sítích senzorů.
• Využití pokročilých datových analýz a strojového učení pro predikci vývoje kvality ovzduší.

Závěr

Dvě komplementární techniky PILS a MARGA nabízejí spolehlivý a polo-kontinuální přístup ke stanovení aerosolových iontů a rozpustných plynů. Jejich využití významně zlepšuje časové a chemické rozlišení vzorkování, a tím přispívá k detailnějšímu pochopení procesů ovlivňujících kvalitu ovzduší.

Reference

1. D.A. Orsini, Y. Ma, A. Sullivan, B. Sierau, K. Baumann a R.J. Weber, Refinements to the Particle-Into-Liquid-Sampler (PILS) for ground and airborne measurements of water soluble aerosol composition, Atmospheric Environment 37, 1243-1259 (2003).
2. A. Khlystov, G.P. Wyers a J. Slanina, The Steam-Jet Aerosol Collector, Atmospheric Environment, 29(17), 2229-2234 (1995).