Biomassan palamisesta peräisin olevien pienhiukkasten kemiallinen määrittäminen

Biomass burning has lately started to attract attention because there is a need to decrease the carbon dioxide (CO2) emissions from the combustion of fossil fuels. Biomass is considered as CO2 neutral fuel. However, the burning of biomass is one of the major sources of fine particles both at the local and global scale. In addition to the use of biomass as a fuel for heat energy production, biomass burning emissions can be caused, e.g. by slash-and-burn agriculture and wild open-land fires. Indeed, the emissions from biomass burning are crucially important for the assessment of the potential impacts on global climate and local air quality and hence on human health. The chemical composition of fine particles has a notable influence on these impacts. The overall object of this thesis was to gain knowledge on the chemistry of fine particles that originate from biomass burning as well as on the contribution of biomass burning emissions to the ambient fine particle concentrations. For this purpose novel analytical methods were developed and tested in this thesis. Moreover, the thesis is based on ambient aerosol measurements that were carried out in six European countries at 12 measurement sites during 2002 2011. Additionally, wood combustion experiments were conducted in a laboratory. The measurements included a wide range of techniques: filter and impactor samplings, offline chemical analyses (chromatographic and mass spectrometric techniques, thermal-optical method), and online measurements of particles physical properties and chemical composition (incl. particle number and mass concentrations and size distributions, concentrations of carbonaceous components, water-soluble ions, and tracer compounds). This thesis presents main results of different studies aimed towards chemical characterisation of fine particle emissions from biomass burning. It was found that wood combustion had a significant influence on atmospheric fine particle concentrations in the Helsinki Metropolitan Area in the cold season. Especially in the residential areas local wood combustion emissions were occasionally substantial. A notable contribution of particles originating from wood combustion was detected both at suburban and urban areas caused by emissions that were distributed regionally or they were long-range transported. In addition to the wood combustion emissions, transported smokes from open-land fires in Russia and the Baltic countries affected the air quality in Helsinki in the warm season. Source-specific tracer compounds were used in the thesis for identifying the biomass burning source of fine particles. The most used tracer compounds were anhydrosugars (levoglucosan, mannosan, and galactosan) that originate specifically in the pyrolysis of cellulose and hemicelluloses, the main components of plant biomass. In summary, the sampling and analytical methods needed for the online chemical characterisation of fine particles from biomass burning were developed in order to provide precise and prompt high-time-resolution information on biomass burning emissions. The results and the implications of this thesis provide new information on the concentrations and sources of fine particles in the boreal region.Yleinen kiinnostus biomassan palamista kohtaan on kasvanut viime aikoina. Kiinnostuksen kasvun taustalla on tarve vähentää fossiilisten polttoaineiden aiheuttamia hiilidioksidipäästöjä, sillä biomassaa pidetään hiilidioksidipäästöjen suhteen neutraalina polttoaineena. Biomassan palaminen on kuitenkin yksi merkittävimmistä pienhiukkaslähteistä niin paikallisella tasolla kuin maailmanlaajuisestikin. Sen lisäksi että biomassaa poltetaan lämpöenergian tuottamiseksi, syntyy biomassan palamisen päästöjä myös mm. kulotuksista ja metsäpaloista. On olennaista tietää, millaisia vaikutuksia biomassan palamisella on ilmastoon sekä paikalliselle ilmanlaadulle ja sitä kautta ihmisten terveydelle. Pienhiukkasten kemiallisella koostumuksella on huomattava merkitys näihin vaikutuksiin. Väitöstyössä havaittiin, että puunpoltolla on merkittävä osuus ilmakehän pienhiukkaspitoisuuksiin pääkaupunkiseudulla kylmänä vuodenaikana. Erityisesti pientalovaltaisilla alueilla paikallisten puunpolton päästöjen osuus oli ajoittain huomattavan suuri. Puunpoltosta peräisin olevien pääkaupunkiseudulle joko alueellisesti levinneiden tai kaukokulkeutuneiden pienhiukkasten osuus oli huomattava sekä pientalo- että kaupunkikeskusalueilla. Puunpolton hiukkaspäästöjen lisäksi Venäjältä ja Baltiasta kulkeutuneet metsäpalo- ja kulotussavut heikensivät ajoittain ilman laatua Helsingissä, erityisesti lämpimän kauden aikana. Väitöstyön tavoitteena oli selvittää laaja-alaisesti biomassan palamisesta peräisin olevien pienhiukkasten kemiallista koostumusta sekä biomassan palamisen vaikutusta ilmakehän pienhiukkaspitoisuuksiin. Väitöskirjan aineisto perustuu hiukkasmittauksiin, joita tehtiin kuudessa Euroopan maassa 12:lla eri mittauspaikalla vuosien 2002 2011 aikana. Lisäksi tutkimukseen kuului laboratoriossa tehtyjä puunpolttokokeita. Väitöskirja keskittyy erilaisissa biomassan palamistapahtumissa syntyneiden pienhiukkasten pitoisuuden, kemiallisen koostumuksen, kokojakaumien sekä lähteiden tarkasteluun Pohjois-Euroopan boreaalisella vyöhykkeellä. Työn erityisenä painopisteenä oli näytteenkeräys- ja analyysimenetelmien kehittäminen lähdespesifisille merkkiaineille, jotta lähteen tunnistus voidaan suorittaa luotettavasti ja hyvällä aikaresoluutiolla ilmakehän pienhiukkasista. Kasvibiomassan palamisessa muodostuvat anhydrosokerit (levoglukosaani, mannosaani ja galaktosaani) olivat eniten käytetyt merkkiaineet tässä väitöskirjassa

Hiukkasmittausten vaatimuksenmukaisuuden todentaminen (HIVATO) 2019-2020

Kansallinen ilmanlaadun vertailulaboratorio varmistaa Suomessa tehtävien ilmanlaatumittausten korkean laadun tekemällä ilmanlaatumittausten auditointeja ja vertailumittauksia. Tässä hankkeessa arvioitiin hiukkasmittausten vaatimuksenmukaisuutta keskittyen erityisesti keskimääräisen altistumisindikaattorin (AEI) määrittämiseen käytettävään mittaukseen. Tutkimuksessa arvioitiin Helsingin Kalliossa mitatun PM2,5-altistumisindikaattorin mittauksen tulosten soveltuvuutta ja edustavuutta Suomessa. Havaittiin, että Kallion mittaus edustaa hyvin keskimääräistä pienhiukkasaltistusta sekä pienhiukkaspitoisuuden vuositrendiä Suomessa. Lisäksi vuodesta 2015 eteenpäin Suomen kaupunkitausta-asemilla tehtyjen PM2,5-mittausten keskiarvot niin asemakohtaisesti kuin asemien yhteisenä keskiarvona alittavat kokonaisuudessaan vuoden 2020 keskimääräisen altistumisindikaattorin enimmäisarvon 8,5 µg/m3, jota käytetään altistumisen vähennystavoitteen arvioinnissa. AEI-mittaukseen käytetyn TEOM 1405 -hiukkasmonitorin mittaustuloksia vertailtiin Kalliossa menetelmästandardin SFS-EN 12341:2014 mukaisella vertailumenetelmällä saatuihin tuloksiin. Havaittiin, että AEI-laskentaan käytettävä Kallion TEOM 1405 -laite täyttää niukasti standardissa määritetyn 25 %:n epävarmuusvaatimuksen ja sillä tehtävän mittauksen laatu riittää altistumisindikaattorin määrittämiseen, vaikka vertailtavat pitoisuudet olivat yleisesti ottaen pieniä eikä menetelmästandardin SFS-EN 16450:2017 mukaisen vertailumittauksen pitoisuusvaatimus täyttynyt vertailujaksolla korkeiden pitoisuuksien puuttuessa. Tässä raportissa esitellään myös tulokset jatkuvatoimisille hiukkasmittalaitteille järjestetyistä vertailumittauksista Virolahdella ja Helsingissä sekä PM10- että PM2,5-hiukkaskokojakeelle sekä näiden lisäksi Kuopiossa ja Lahdessa PM2,5-hiukkaskokojakeelle. Vertailumittauksista saatujen tulosten perusteella määritettiin ensimmäistä kertaa korjauskertoimet FIDAS 200 -hiukkasmittalaitteen PM10- ja PM2,5-mittaukselle Suomessa. Tulosten perusteella FIDAS 200 -hiukkasmonitori soveltuu ulkoilman PM10- ja PM2,5-hiukkaskokojakeiden mittaukseen Suomessa käyttäen tässä raportissa esitettyjä korjauskertoimia, vaikkakin on huomioitava, että kertoimet eivät täytä ekvivalenttisuuden osoittamiselle asetettuja vaatimuksia. Kyseisiä kertoimia on kuitenkin suositeltavaa käyttää siihen asti, kunnes ekvivalenttisuus on osoitettu seuraavassa ekvivalenttisuuden osoittamiskampanjassa. Kahta muuta jatkuvatoimista laitetta (SHARP 5030 ja TEOM 1405) verrattiin referenssikeräimeen Virolahdella ja Helsingissä. Havaittiin, että Kuopion vertailumittauksessa 2014–2015 eri laitteille määritetyt korjauskertoimet eivät aina sovellu eri paikoissa ja eri vuodenaikoina PM10- ja PM2,5-hiukkaspitoisuuksien mittauksiin, koska mittauspaikat ja niiden olosuhteet vaihtelevat. Tämän takia vertailulaboratorio esittää ekvivalenttisuuden osoitusta viiden vuoden välein sekä jatkuvaa ohjelmaa käytettävien kertoimien soveltuvuuden osoittamiseksi paikallisilla vertailumittauksilla, joissa jatkuvatoimisten hiukkasmonitorien mittaustuloksia verrataan vertailumenetelmää vastaan eri paikoissa ja vaihtelevissa olosuhteissa jatkuvana kampanjana pitempiaikaisesti, puolesta vuodesta vuoteen kestävillä paikallisilla vertailuilla. Näillä ns. ongoing-mittauksilla voidaan osaltaan varmentaa Suomessa mitattavien PM10- ja PM2,5-hiukkasmittausten laatu ja vertailukelpoisuus myös varsinaisten ekvivalenttisuuden osoittamiseen soveltuvien vertailumittauskampanjoiden välillä.The National Reference Laboratory for Air Quality (NRL) ensures the high quality of air quality measurements in Finland by organising audits and intercomparison campaigns. In this project, the conformity of the particulate matter measurements was evaluated with a particular focus on the measurement used for calculating the average exposure index (AEI) of Finland. The representativity and applicability of the AEI measurements made at the Kallio station in Helsinki were evaluated. It was noticed that the results of the Kallio measurement represent well the average fine particle (PM2.5) concentrations and the yearly based trend of fine particles in Finland. In addition, the yearly average concentrations of fine particles have been smaller than the AEI limit value of 8.5 µg/m3, at all individual urban background stations in Finland since year 2015. The measurement results made with the PM monitor used for AEI measurement, i.e. TEOM 1405 analyser at the Kallio station, were compared to the results from the reference method that follows the standard SFS-EN 12341:2014. It was noticed that the uncertainty requirement of 25% was reached and therefore the quality of the measurement is sufficient to use it for the calculation of AEI. However, the fine particle concentrations were generally very low and therefore the requirements given in the standard SFS-EN 16450:2017 for an intercomparison against the reference method were not perfectly fulfilled. This report presents also results from intercomparison measurements made for automated continuous measurement systems (AMS). At the Virolahti station and at the Mäkelänkatu station in Helsinki, PM10 and PM2.5 measurements were compared. In Kuopio and in Lahti, intercomparison measurements were made for PM2.5 only. Based on the results from these intercomparisons, the calibration coefficients both for PM10 and PM2.5 were defined for the first time in Finland for a FIDAS 200 analyser that is a new PM monitor in the Finnish market. It was concluded that FIDAS 200 analysers can be used for the PM measurements in Finland when the calibration coefficients are applied for the data; however, one must note that the presented calibration coefficients do not fulfil the requirements given for the demonstration of equivalence (DoE). Nevertheless, these coefficients are recommended to be used until the official coefficients will be delivered from the next DoE campaign. Two AMS (SHARP 5030 and TEOM 1405) were compared to the reference method for the measurements of PM10 and PM2,5 in Virolahti and in Helsinki, respectively. It was revealed that the calibration coefficients based on the DoE in Kuopio (2014–2015) do not always fit ideally at different locations and seasons due to differences in the environmental characteristics of the measurement sites. Therefore, NRL recommends that DoE should be organised every five years and in between the DoE’s so called ongoing-intercomparison measurements should be carried out continuously. In the ongoing-intercomparison, suitability of the calibration coefficients from DoE will be verified in different locations with varying environmental characteristics. The ongoing-intercomparison campaigns should take place at one site from a half a year to one year and after that, the campaign should continue at a different location similarly. This would ensure that the influence of seasonal differences to the suitability of coefficients will be verified at each measurement site

Direktiivin 2004/107/EY mukaisen ilmanlaadun seurannan tulosten oikeellisuuden varmistaminen 2019-2020 (DIRME2019)

Kansallinen ilmanlaadun vertailulaboratorio arvioi tässä hankkeessa ensimmäisen kerran käynnissä olevien ilmanlaadun polyaromaattisten hiilivety- (PAH) ja metallimittausten tulosten oikeellisuutta ja käytettyjä laadunvarmennuskeinoja Suomessa. Hanke kokosi yhteen tiedot direktiivin 2004/107/EY mukaisesta ilmanlaadun seurannasta Suomessa 2000-luvulla. Arvioinnin kohteena oli erityisesti bentso(a)pyreeni ja muut PAH-yhdisteet sekä arseeni, kadmium ja nikkeli PM10:ssä ja laskeumassa. Lisäksi hankkeessa arvioitiin lyijyn ja muiden metallien PM10- ja laskeumamittauksia, kaasumaisen elohopean ja elohopealaskeuman mittauksia sekä lyhyesti muita Suomessa tehtyjä harvinaisempia ilmanlaadun mittauksia kuten haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) ja PM2,5-hiukkasten kemiallisen koostumuksen mittauksia. Hankkeessa suoritettiin metalli- ja PAH-mittausten auditointeja mittauksia toteuttaviin verkkoihin sekä niiden käyttämiin analyysilaboratorioihin. Muiden mittausten osalta arviointi tehtiin suppeasti haastattelujen ja erilaisten saatavilla olevien ilmanlaaturaporttien avulla. Toteutuneita mittauksia selvitettiin myös ilmanlaadun tietojärjestelmästä sekä käyttämällä apuna ilmanlaadun mittausverkkojen asiantuntemusta ja julkaisuja, sillä kaikkia hankkeen aiheeseen liittyviä mittauksia ei ole raportoitu tietojärjestelmään. Auditointeihin osallistui kaikki seitsemän ilmanlaadun metalli- ja PAH-mittauksia vuosina 2019–2020 suorittavaa mittausverkkoa Suomessa. Auditointeja suoritettiin 11 asemalla, kun kyseisiä mittauksia suoritettiin yhteensä 22 asemalla, jakuudessa laboratoriossa. Isojen mittausverkkojen osalta valittiin yksi asema edustamaan verkon toimintaa. Auditoinnilla saatiin tietoa metalli- ja PAH-mittausten vaatimustenmukaisuudesta verrattuna ilmanlaatuasetuksiin ja eurooppalaisiin EN-menetelmästandardeihin. Samalla saatiin yleistä tietoa mittausten suorittamisesta, käytetyistä mittalaitteista ja laadunvarmistusmenettelyistä. Laboratorioauditointien tulokset ovat luottamuksellisia, mutta raportissa on esitetty yleisiä havaintoja auditoinneista, ja mittaajat ovat saaneet tiedon auditointien tuloksista laboratorioiden luvalla. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että käytetyt mittausmenetelmät olivat pääosin referenssimenetelmiä. Kenttätoiminnassa oli siirrytty käyttämään referenssimenetelmiä, joskin ennen vuotta 2018 kolmella verkolla on ollut käytössä muita menetelmiä, jotka ovat voineet aliarvioida pitoisuuksia. Näiden mittausten osalta aiempia mittaustuloksia käsiteltäessä on huomioitava, että mittaustulokset eivät ole vertailukelpoisia referenssimenetelmään. Laboratoriomääritykset oli suoritettu referenssimenetelmällä kahta poikkeusta lukuun ottamatta, joista toinen oli tehty hyväksyttävästi ekvivalentilla menetelmällä ja toisen osalta suositeltiin siirtymistä referenssimenetelmään, mikä toteutui heti 2020 alusta. Joissain tuoreissa mittauksissa laadunvarmistustoiminta ei ollut vielä vakiintunutta. Osa mittausverkoista käytti konsulttia huolto- ja kalibrointitöihin, ja näiden osalta verkko ei ollut aina itse tietoinen tehdyistä toimenpiteistä. EN-menetelmästandardeja noudatettiin mittausverkoissa pääosin hyvin. Virtauksen tarkistuksesta 3 kk välein poikettiin kaikissa verkoissa, ja sen osalta esitettiin parannusehdotuksia useille verkoille. Mittausepävarmuusarvioiden laskentatapaa on syytä kehittää mittausverkoissa. Kunhan mittausverkot ottavat käyttöönsä auditoinneissa esitetyt parannusehdotukset, voidaan katsoa, että mittauksia suoritetaan riittävässä määrin EN-menetelmästandardien mukaan. Selviä tuloksen oikeellisuuteen vaikuttavia tekijöitä ei kenttätoiminnassa havaittu auditoinnin aikana. Sama pätee laboratorioanalyysejä vuonna 2020. Yhden suuntaa-antavia mittauksia suorittavan verkon osalta mittaustuloksia on ollut yli tavoitearvojen, ja mittausten ajallista kattavuutta olisi syytä nostaa.This project summarizes the results from 2000–2020 and evaluates the trueness and the quality control (QC) procedures of the ongoing polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) and trace element measurements in Finland relating to Air Quality (AQ) Directive 2004/107/EC. The evaluation was focused on benzo(a)pyrene and other PAH compounds as well as arsenic, cadmium and nickel in PM10 and deposition. Additionally, it included lead and other metals in PM10 and deposition, gaseous mercury and mercury deposition, and briefly other specific AQ measurements such as volatile organic compounds (VOC)and PM2.5 chemical composition. This project was conducted by the National Reference Laboratory on air quality and this was the first time these measurements were assessed. A major part of the project was field and laboratory audits of the ongoing PAH and metal measurements. Other measurements were briefly evaluated through interviews and available literature. In addition, the national AQ database, the expertise of local measurement networks and related publications were utilised. In total, all the seven measurement networks performing PAH and metal measurements in 2019–2020 took part in the audits. Eleven stations were audited while these measurements are performed at 22 AQ stations in Finland. For the large networks, one station was chosen to represent the performance of the network. The audits included also six laboratories performing the analysis of the collected samples. The audits revealed the compliance of the measurements with the AQ Decree 113/2017, Directive 2004/107/EC and Standards of the European Committee for Standardization (CEN). In addition, general information of the measurements, instruments and quality control procedures were gained. The results of the laboratory audits were confidential, but this report includes general findings, and the measurement networks were informed on the audit results with the permission of the participating laboratories. As a conclusion, the measurement methods used were mainly reference methods. Currently, all sampling methods were reference methods; however, before 2018 three networks used other methods that may have underestimated concentrations. Regarding these measurements, it should be noted the results are not comparable with the reference method. Laboratory methods were reference methods excluding two cases, where the first was considered an acceptable equivalent method. For the other, a change to a reference method was strongly recommended and this realized in 2020. For some new measurements, the ongoing QC procedures were not yet fully established, and advice were given. Some networks used consultant for calibration and maintenance, and thus they were not fully aware of the QC procedures. EN-Standards were mostly followed. Main concerns were related to the checks of flow and calculation of measurement uncertainty, and suggestions for improvement were given. When the measurement networks implement the recommendations given in the audits, it can be concluded that the EN-Standards are adequately followed in the networks. In the ongoing sampling, clear factors risking the trueness of the result were not found. This applies also for the laboratory analyses in 2020. One network had concentrations above the target value, and the indicative measurements should be updated to fixed measurements

Methods for determination of phosphate and total phosphorus in precipitation and particulate matter

Itämeren pahimpana ongelmana pidetään typpi- ja fosforikuormituksen aiheuttamaa rehevöitymistä. Typpeä ja fosforia joutuu Itämereen paitsi valumana rantavaltioista myös merkittävissä määrin ilman kautta. Ilmaperäisen typpilaskeuman määrää ja sen kehitystä on selvitetty mittauksin ja mallinnuksen avulla 1980-luvulta lähtien, mutta ilmaperäistä fosforikuormaa Itämereen on mitattu vain sateen mukana laskeutuvan märkälaskeuman osalta muutamilla asemilla. Hiukkasiin sitoutuneesta kuivalaskeumasta ei mittaustietoa ole julkaistu lainkaan, eikä Itämeren ympärysvaltioilla ole käytettävissään menetelmää ilmaperäisen fosforikuorman hiukkasosuuden seuraamiseksi. Tässä työssä kehitettiin ja testattiin menetelmät ilmakehästä sadeveden mukana tulevan sekä ilmakehän hiukkasiin sitoutuneen fosfaatin sekä kokonaisfosforin määrittämiseksi. Menetelmäkehitys sisälsi näytteenkeruumenetelmät, näytteen esikäsittelymenetelmät sekä kemialliset analyysimenetelmät. Menetelmiä testattiin Utön saarella Saaristomeren ulkolaidalla vuosien 2013–2015 aikana. Utön saarella toimii Ilmatieteen laitoksen mittausasema, jonka mittaustulokset edustavat ilmanlaadun tausta-arvoja pohjoisella Itämerellä. Testattuina fosforin ja fosfaatin kuiva- ja märkälaskeuman näytteenkeruumenetelminä toimivat olemassa olevat ja laajasti käyttöönotetut EMEP-protokolliin perustuvat menetelmät. Näytteiden kokonaisfosforipitoisuuden määritysmenetelmään sovellettiin olemassa olevaa ISO-standardiin perustuvaa spektrometristä menetelmää. Vesiliukoisen fosfaatin pitoisuuden määrittämiseen hyödynnettiin käytössä olevaa ISO-standardiin perustuvaa ionikromatografista menetelmää, jota laajennettiin sisältämään fosfaatin määritys muiden epäorgaanisten ionien kanssa samassa analyysissä. Havaittiin, että sekä märkä- että kuivalaskeumanäytteiden sisältämät kokonaisfosfori- ja fosfaattipitoisuudet olivat erittäin alhaisia, usein pitoisuudet olivat lähellä analyysimenetelmien määritysrajoja tai niiden alle. Kuitenkin mittausjakson ajalta saatiin riittävä määrä määritystuloksia, joiden avulla voidaan laskea aiempaa luotettavampi arvio vuotuisesta ilmaperäisestä fosforikuormituksesta Itämereen. Työssä tutkittiin Utön saaren mittausasemalla suoritetun intensiivikampanjan aikana mahdollisuutta määrittää hiukkasissa olevan fosfaatin pitoisuutta jatkuvatoimisella ionikromatografilla. Menetelmän herkkyys osoittautui kuitenkin riittämättömäksi ilmakehän hiukkasten fosfaattipitoisuuden määrittämiseen. Käytetyt menetelmät on esitelty tässä raportissa siten, että menetelmät voidaan ottaa käyttöön muillakin mittausasemilla ja laboratorioissa sadeveden ja ilmakehän hiukkasten sisältämien fosfaatin ja kokonaisfosforin pitoisuuksien määrittämiseksi, ja siten ilmaperäisen fosforin kuormitusta voidaan arvioida luotettavammin ja laajemmin Itämeren alueella.Eutrophication caused by nitrogen and phosphorus load is generally thought as the most severe problem of the Baltic Sea. Nitrogen and phosphorus end up in the Baltic Sea not only by run-off from the coastal countries of the Baltic Sea but to an important extent also from the atmosphere. The amount of atmospheric nitrogen load and its development have been determined using measurements and models since the 1980’s. The atmospheric phosphorus load to the Baltic Sea has been measured earlier only from the wet deposition from the collected rain water samples from a few sites around the Baltic Sea; no published data exists about the particle bound dry deposition of phosphorus. The coastal countries of the Baltic Sea haven’t got any method in use to measure the particle bound phosphorus deposition. In this work, methods for determining the concentrations of phosphate and total phosphorus in atmospheric precipitation and particulate matter were developed and tested. The method development included the sampling, sample pre-treatment, and chemical analysis techniques. The methods were tested onsite on the Utö Island in the outskirts of the Archipelago Sea during the years 2013–2015. The monitoring station on the Utö Island is operated by the Finnish Meteorological Institute. The measurements on the station represent the background air quality of the northern Baltic Sea area. The existing and widely used sampling methods based on the EMEP protocols were tested for the sampling of dry and wet deposition of phosphorus and phosphate. A spectrometric method based on an ISO standard was applied for determination of the total phosphorus concentration of the samples. For the determination of dissolved phosphate, an ion chromatographic method based on an ISO standard was extended to include the analysis of phosphate with the main inorganic ions. It was discovered that the concentrations of total phosphorus and dissolved phosphate in the dry and wet deposition samples were very low; the concentrations were often close to the determination limits of the used analytical methods or even below those. Nevertheless, a sufficiency of samples were determined to be able to estimate the yearly atmospheric phosphorus load to the Baltic Sea more reliably than earlier. In addition, feasibility of measuring the concentration of particle-bound phosphate using a semi-continuous ion chromatograph was tested in the Utö Island during an intensive campaign. However, the sensitivity of the analyser was not sufficient to measure the low atmospheric concentrations of phosphate. The used methods are presented in this report so that they can be taken into use in other sampling sites and laboratories to determine the concentrations of phosphate and total phosphorus in the precipitation and in the atmospheric particulate matter. Thus, more reliable estimates of the atmospheric phosphorus load to the Baltic Sea could be calculated more widely

Ulkoilman SO2-, NO- ja O3-mittausten kansallinen vertailumittaus sekä ilmanlaatumittausten laatujärjestelmä- ja kenttäauditointi 2017

Neljäs kaasumaisten yhdisteiden vertailumittauskampanja sekä mittausasemien kenttä- ja laatujärjestelmä-auditointi suoritettiin Suomen ilmanlaadun mittausverkoille vuoden 2017 aikana. Vertailumittauksessa kaasu-komponentit olivat rikkidioksidi (SO2), typpimonoksidi (NO) ja otsoni (O3). Vertailupitoisuudet eri komponenteille koostuivat kahdesta eri pitoisuudesta, joista toinen edusti alhaista pitoisuutta ja toinen korkeahkoa pitoisuutta. Lisäksi kullekin komponentille suoritettiin nollatason mittaus. Mittaustulosten raportointi vertailuun osallistuneilta tahoilta edellytti korjatut tulokset jokaisesta vertailumittauksesta sekä arvion mittaustulosten epävarmuudesta. Vertailu-mittauksiin osallistui 21 mittausverkkoa 31:stä ilmanlaadun seurantaa suorittavasta mittausverkosta. Näissä vertailu-mittauksia suoritettiin yhteensä 80 mittausta 28:lla eri mittausasemalla. Pitoisuusvertailujen ohessa suoritetussa kenttä- ja laatujärjestelmäauditoinnissa pyrittiin selvittämään mittausverkon laatujärjestelmän laajuus ja toimivuus. Pääpaino oli erityisesti mittausmenetelmää kuvaavien standardien vaatimusten toteutuminen kentällä tehtävissä laadunvarmennus-toimissa. Auditoinnissa tarkasteltiin kaasumaisten komponenttien mittausten lisäksi ulkoilman hiukkasmittauksia. Tässä raportissa esitetään vertailumittausten sekä kenttä- ja laatujärjestelmäauditoinnin tulokset sekä johtopäätökset. Raportoiduista SO2-tuloksista 22 tulosta 24:stä oli hyväksyttäviä. NO:n osalta 38 tulosta 40:stä oli hyväksyttäviä. O3:n osalta 14 tulosta 16:sta oli hyväksyttäviä. SO2:n, NO:n ja O3:n osalta yhteensä 92,5 % tuloksista oli hyväksyttäviä, mutta korjaavien toimenpiteiden jälkeen kaikki mittausverkot tuottivat hyväksyttävän vertailutuloksen. Mittausepävarmuusarvion oli laatinut noin 86% osallistuneista mittausverkoista. Laatujärjestelmä- ja kenttäauditointien tulokset olivat ylipäätään hyviä. Mittausverkot ovat laatineet menetelmäohjeita mittausaseman sijoittamisesta, mittausmenetelmistä, laadunvarmennustoimista, tulosten käsittelystä ja raportoinnista. Laatujärjestelmiä on kehitetty viime auditoinnin jälkeen. Mittausverkkojen ylläpitämistä laatu-järjestelmistä 16 oli kattavia, neljä oli rakenteilla ja kahdella mittausverkolla laatujärjestelmä oli pääasiallisesti dokumentoitu, mutta se ei ollut aktiivikäytössä. Kaikissa verkoissa oli toimivat tietojen keruu- ja käsittelyohjelmistot. Ilmanlaatumittausten tulokset oli jäljitetty kansalliseen vertailulaboratorioon joko suoraan mittausverkkojen ylläpitämillä tai välillisillä kalibroinneilla, joskin kalibrointivälit eivät aina täyttäneet EN-menetelmästandardeja (EN 14211, EN 14212, EN 14625). Välillisistä kalibroinneista suurin osa oli ulkoistettu yhdelle konsultille, jonka jäljitettävyys kansalliseen vertailulaboratorioon oli ylläpidetty säännöllisillä kalibroinneilla. Kaasumittausten laadunvarmennustoimet olivat pääasiallisesti em. EN-menetelmästandardien mukaisia, joskin poikkeuksiakin oli. Hiukkasmittausten osalta laadunvarmennustoimissa tavattiin eniten vaihtelevuutta eri verkkojen välillä ja tätä on syytä kehittää

Seasonal and diurnal changes in inorganic ions, carbonaceous matter and mass in ambient aerosol particles in an urban, background area

Concentration and composition of the fine particulate matter (PM) was measured using various online methods for 13 months in an urban, background area in Helsinki, Finland. Seasonal differences were found for ions and carbonaceous compounds. Biomass burning was found to increase inorganic ion and elemental carbon (EC) concentrations in winter, whereas organic carbon (OC) contribution was highest during summer due to secondary aerosol formation. Diurnal cycles, with maxima between 06:00 and 09:00, were recorded for EC and nitrate due to traffic emissions. In addition, the concentrations measured with the online and offline PM sampling devices were compared using regression analysis. In general, a good agreement (r(2) = 0.60-0.95) was found. During the year-long measurements, on average 65% of PM2.5 was identified by submicron chemical analyses (ions, OC, EC). As compared with filter measurements, the high resolution measurements provided important data on short pollution plumes and diurnal changes.Peer reviewe

Using monosaccharide anhydrides to estimate the impact of wood combustion on fine particles in the Helsinki Metropolitan Area

Peer reviewe

Role of Secondary Organic Matter on Soot Particle Toxicity in Reconstituted Human Bronchial Epithelia Exposed at the Air-Liquid Interface.

Secondary organic matter (SOM) formed from gaseous precursors constitutes a major mass fraction of fine particulate matter. However, there is only limited evidence on its toxicological impact. In this study, air-liquid interface cultures of human bronchial epithelia were exposed to different series of fresh and aged soot particles generated by a miniCAST burner combined with a micro smog chamber (MSC). Soot cores with geometric mean mobility diameters of 30 and 90 nm were coated with increasing amounts of SOM, generated from the photo-oxidation of mesitylene and ozonolysis of α-pinene. At 24 h after exposure, the release of lactate dehydrogenase (LDH), indicating cell membrane damage, was measured and proteome analysis, i.e. the release of 102 cytokines and chemokines to assess the inflammatory response, was performed. The data indicate that the presence of the SOM coating and its bioavailability play an important role in cytotoxicity. In particular, LDH release increased with increasing SOM mass/total particle mass ratio, but only when SOM had condensed on the outer surface of the soot cores. Proteome analysis provided further evidence for substantial interference of coated particles with essential properties of the respiratory epithelium as a barrier as well as affecting cell remodeling and inflammatory activity