Kertész Zsófia

Major István

Molnár Mihály

Hungarian

University of Szeged

  20  AEROSZOL EC/OC FRAKCIÓK ONLINE C-14 ANALÍZISE  Molnár Mihály, Major István és Kertész Zsófia   MTA Atommagkutató Intézet 4026 Debrecen, Bem tér 18/c., E-mail: mmol@atomki.hu   Bevezetés  A széntartalmú aeroszol részecskék kulcsfontosságúak a légkörben, ugyanis mind közvetlenül, mind közvetve befolyásolják a globális klímaváltozást, valamint hatással vannak az emberi egészségre is. Mivel keletkezésük lehet biológiai és fosszilis eredetű is, szükség van arra, hogy egy megbízható módszerrel megkülönböztessük a forrásaikat. A radiokarbonnal (14C) mint nyomjelzővel lehetséges a fosszilis és a biogén szén közötti különbségtétel, hiszen a fosszilis tüzelőanyagokból származó szénformák nem tartalmaznak radiokarbont, míg a biológiai és a biomassza eredetű tüzelőanyagok radiokarbon-tartalma hasonló a légköréhez (226 Bq/ kg C). A közvetlen CO2 gáz AMS mérésében nagy lehetőség rejlik a környezeti alkalmazásokban, amelyek gyakran szükségessé teszik, hogy nagyszámú 14C mérést végezzünk el rendkívül kis mennyiségű szénből (aeroszolok, cseppkőrétegek, a talaj szerves komponensei), amelyek a rutin AMS grafitizációs folyamatokkal általában nehezen megoldhatóak. Ehhez az alkalmazáshoz gyakran csak <50 µg szén érhető el mintánként, a grafitizációs hozamokat pedig a reakciógázok interferenciája gyakran lecsökkenti. Erre a célra egy többfunkciós gázkezelő rendszert fejlesztettünk ki az EnvironMICADAS gázionforrásához az ETH-ban, Zürichben, amelyet a kis mennyiségű (<50 µg szén) környezeti mintákhoz terveztünk mérsékelt precíziós követelményekkel, megcélozva egy nagy mintakapacitású automatizált berendezést (Wacker et al. 2012).  Anyag és Módszer  A debreceni EnvironMICADAS AMS berendezés gáz interfésze különböző minták rugalmas beeresztését teszi lehetővé. Jelentős fejlesztéseket végeztünk a minta-bevezetési rendszerek automatizálása érdekében, hogy hatékony radiokarbon méréseket végezhessünk. A gázminták felügyelet nélküli mérései immár megvalósúlt. Az AMS gázkezelő rendszer központi eleme egy léptetőmotorral meghajtott fecskendő, amely a héliummal kevert CO2 mintát folyamatosan a gázionforrásba nyomja. Míg korábban csak egy ampulla-törő szolgált a gáz-interfész mintaellátására, a minták a jelenlegi elrendezéssel már három további úton juttathatók be. A különböző CO2-források között gyorsan válthatunk egy többutas szelep segítségével. Vakmintaként, valamint standard és tesztmérésekre két, 5% CO2-t tartalmazó hélium gázpalackot szereltünk be. Az egyik palack 14C-mentes CO2-t tartalmaz, a másik pedig elégetett OX-II sztenderdet. A fecskendőt megtöltjük a preparált gázkeverékkel a jól reprodukálható teszt-, standard- és vak mérésekhez. Másrészt a mintákat elégethetjük egy elemanalizátorban (EA) vagy egy termooptikai OC/EC analizátorral, s a képződött CO2-t pedig a fecskendőbe juttatjuk egy zeolit csapda segítségével (1. ábra). Továbbá a CO2-t a karbonátokból vagy a vízmintából foszforsavval szabadítjuk fel a szeptummal fedett ampullákban, ahonnan He-árammal juttatjuk az EA-nál használt mintacsapdára. A legtöbb mintát eddig egy törőrendszerrel mérjük, amely lehetővé teszi a CO2 gáz üveg- vagy kvarcampullából történő mérését. Ez egy relatíve egyszerű megoldás, de 14C   21  háttérnövekedés is velejárója lehet. A CO2 előállítása elválik a tényleges radiokarbon méréstől, így különböző körülmények közötti, változatos célú mintaelőkészítést tesz lehetővé. A CO2-ot viszont előzetesen elő kell készíteni, ami nagyszámú minta esetén munkaerő-igényes feladat. A karbonát- és vízmintákból az újonnan kifejlesztett közvetlen CO2 mérés nagyon vonzó lehetőség kicsi és normál mintaméretek esetén is, ugyanis a minta-előkészítési igény minimális.  1. ábra. Az aeroszol EC/OC analizátorral elégetett minták közvetlen mérésének összeállítása. Az EC/OC analizátorban elégetett mintából származó CO2 frakciót egy zeolitcsapdán gyűjtjük össze. A CO2-t hővel újra felszabadítjuk, héliummal a gázfecskendőbe mossuk, majd üvegkapillárison keresztül az AMS gázionforrásába nyomjuk.  Az MTA Atomkiban 2015 nyarán egy termooptikai OC/EC aeroszol analizátor (Sunset Laboratory Inc. USA) lesz hozzákapcsolva a gázionforrás zeolitcsapdájához. Itt a vivőgáz tiszta oxigén, ami a csapdán keresztül eltávolításra kerül. Az OC/EC analizátor a levegőből származó, kvarcszűrőn összegyűjtött részecskék szerves szén (OC) és az elemi szén (EC) frakciója lépésenként égethető el, lehetővé téve a frakciók egyenkénti OC/EC mérését. A jelenlegi összeállítással azonban még nem lehetséges a két frakció lépésenkénti égetésével nyert gáz közvetlen, egymás utáni 14C mérése, ugyanis a nagyon rövid követési idő miatt ehhez két zeolitcsapda lenne szükséges. Mivel az OC/EC analizátor nem rendelkezik mintaváltó mechanizmussal, így manuális mintaváltást követel meg a radiokarbon mérések közben.  Irodalom  Wacker L., Fahrni S.M., Hajdas I., Molnár M., Synal H.-A., Szidat S., Zhang Y.L., 2013. A versatile gas interface for routine radiocarbon analysis with a gas ion source. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 294 pp 315–319, doi: 10.1016/j.nimb.2012.02.009 

Aeroszol EC/OC frakciók online C-14 analízise

http://acta.bibl.u-szeged.hu/74624/1/2015_magyar_aeroszol_konferencia_020-021.pdf

Aeroszol EC/OC frakciók online C-14 analízise

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

University of Szeged