Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/10519
Title: A method for the in-situ measurement of the water content of atmospheric particles
Other Titles: Μέτρηση της περιεκτικότητας του νερού στα ατμοσφαιρικά σωματίδια σε περιβαλλοντικές συνθήκες
Authors: Τσιλιγιάννης, Επαμεινώνδας
Keywords: Atmospheric particles
Hygroscopic growth
Water content
Deliquescence - efflorescence
Keywords (translated): Ατμοσφαιρικά σωματίδια
Υγροσκοπικότητα
Απορρόφηση νερού
Abstract: The hygroscopic behavior of atmospheric aerosols influences their size, composition, lifetime, chemical reactivity, and light scattering. Hygroscopic growth plays an important role in a number of air pollution problems including visibility impairment, climate change, acid deposition, long­range transport and the ability of particles to penetrate the human respiratory system. The absorption of water by aerosol particles often exhibits a hysteresis. Thus, the physical state (liquid or solid) of particles and the amount of aerosol water at a specific relative humidity (RH) are uncertain, as they depend on the history of these particles. In this work, the reduced version of the Dry Ambient Aerosol Size Spectrometer (DAASS) that measures the water content of atmospheric aerosols has been redesigned and optimized. The DAASS measures the number distribution of the aerosols at ambient conditions and at low RH thus drying the particles. A comparison of these distributions allows the determination of the physical state of the particles and their water content. The new version of the DAASS is capable of operating at higher RH values than its predecessor. The instrument has been characterized regarding particle wall losses, in a set of smog chamber experiments using (NH4)2SO4 particles. An algorithm checking the consistency of the measurements and the applicability of the assumptions used in the data analysis was developed. The water concentrations observations were compared to the predictions of the aerosol thermodynamics model E­AIM. Ambient measurements, using the original and the improved version of DAASS, were conducted during two different time periods in a suburban area in Patras. These tests allowed the testing and assessment of the operation of the DAASS and also the examination of the hygroscopic behavior of particulate matter. The original version was used during a moderate RH period, in which the water content of the aerosol represented 0-­50% of the fine aerosol mass. The improved DAASS operated during high RH conditions. The particles retained water throughout the duration of the measurements. The measured volume growth factors were quite higher than the measured ones during the moderate RH period. The water concentrations observations were compared to the predictions of the aerosol thermodynamics model E­AIM.
Abstract (translated): Η υγροσκοπική συμπεριφορά των ατμοσφαιρικών σωματιδίων επηρεάζει το μέγεθός τους, την σύστασή τους, το χρόνο παραμονής τους, τη χημική δραστικότητα και το σκεδαζόμενο φως. Η υγροσκοπικότητα παίζει σημαντικό ρόλο σε αρκετά προβλήματα που σχετίζονται με την ατμοσφαιρική ρύπανση, όπως η μείωση της ορατότητας, η κλιματική αλλαγή, η όξινη εναπόθεση, η μεταφορά των ρύπων και η ικανότητα των ατμοσφαιρικών σωματιδίων να διεισδύουν στο ανθρώπινο αναπνευστικό σύστημα. Η απορρόφηση νερού από τα ατμοσφαιρικά σωματίδια εμφανίζει συχνά υστέρηση. Ως εκ τούτου, η φυσική κατάσταση (υγρή ή στερεή) των σωματιδίων και η ποσότητα του νερού στα σωματίδια σε μια συγκεκριμένη σχετική υγρασία (RH) είναι αβέβαιες, καθώς εξαρτώνται από την «ιστορία» των σωματιδίων στην ατμόσφαιρα. Στην παρούσα εργασία, ο φασματογράφος μεγέθους σωματιδίων σε ξηρές και σε περιβαλλοντικές συνθήκες επανασχεδιάστηκε και βελτιστοποιήθηκε. Ο φασματογράφος μετρά την κατανομή αριθμού των σωματιδίων τόσο σε συνθήκες περιβάλλοντος όσο και σε συνθήκες χαμηλής σχετικής υγρασίας, ξηραίνοντας τα σωματίδια. Η σύγκριση των δύο κατανομών επιτρέπει τον προσδιορισμό της φυσικής κατάστασης των σωματιδίων καθώς και το περιεχόμενό τους σε νερό. Η νέα βελτιωμένη έκδοση του φασματογράφου είναι ικανή να λειτουργεί σε υψηλότερες τιμές σχετικής υγρασίας από τον προκάτοχό του. Το σύστημα χαρακτηρίστηκε ως προς τις απώλειες των σωματιδίων στα τοιχώματά του, σε μια σειρά πειραμάτων σε περιβαλλοντικό θάλαμο, χρησιμοποιώντας σωματίδια θειικού αμμωνίου. Ένας αλγόριθμος που ελέγχει τη συνέπεια των μετρήσεων και τη διαθεσιμότητα των παραδοχών που χρησιμοποιήθηκαν στην ανάλυση δεδομένων αναπτύχθηκε. Οι μετρημένες τιμές συγκέντρωσης νερού στα σωματίδια από τον φασματογράφο συγκρίθηκαν με τις αντίστοιχες προβλεπόμενες από το θερμοδυναμικό μοντέλο E-AIM. Εξωτερικές μετρήσεις έλαβαν χώρα, χρησιμοποιώντας την πρωτότυπη και τη βελτιωμένη έκδοση του φασματογράφου, σε δύο διαφορετικές χρονικές περιόδους σε μια προαστιακή περιοχή στην Πάτρα. Οι μετρήσεις αυτές επέτρεψαν τον έλεγχο και την αξιολόγηση της λειτουργίας του συστήματος σε περιβαλλοντικές συνθήκες, καθώς επίσης και την εξέταση της υγροσκοπικής συμπεριφοράς των αιωρούμενων σωματιδίων. Η πρωτότυπη έκδοση του φασματογράφου χρησιμοποιήθηκε κατά τη διάρκεια περιόδου όπου επικρατούσαν μέτριες έως χαμηλές τιμές σχετικής υγρασίας, κατά την οποία η περιεκτικότητα του νερού αντιπροσώπευε το 0-50% της μάζας των λεπτόκοκκων σωματιδίων. Η βελτιωμένη έκδοση του φασματογράφου λειτούργησε σε περίοδο μέτριων έως υψηλών συνθηκών σχετικής υγρασίας, ενώ τα σωματίδια περιείχαν νερό καθ’όλη τη διάρκεια των μετρήσεων. Οι μετρημένες τιμές του παράγοντα μεγέθυνσης όγκου την δεύτερη περίοδο ήταν αρκετά υψηλότερες σε σχέση με τις αντίστοιχες μετρημένες τιμές της πρώτης περιόδου όπου επικρατούσαν χαμηλότερες συνθήκες σχετικής υγρασίας. Οι τιμές της συγκέντρωσης νερού στα σωματίδια από τον φασματογράφο συγκρίθηκαν με τις αντίστοιχες προβλέψεις από το θερμοδυναμικό μοντέλο E-AIM.
Appears in Collections:Τμήμα Χημικών Μηχανικών (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Tsiligiannis(chem_eng).pdf3.04 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.