El método

El CHARON PTR-TOFMS es una técnica analítica en línea que caracteriza la composición molecular de partículas orgánicas sub-µm en un nivel de composición química a una resolución de tiempo de un minuto. La entrada de partículas CHARON consiste en un denuder de carbón activado en forma de panal que adsorbe eficientemente los gases orgánicos y transmite las partículas, un sistema de lentes aerodinámico de alta presión que colima y extrae partículas de sub-µm, y un desodorante térmico que evapora partículas orgánicas no refractarias en temperaturas moderadas de 100-160 °C y presiones reducidas de unos pocos mbar.

Estos compuestos orgánicos se analizan posteriormente como analitos en fase gaseosa con uno de los instrumentos PTR-TOFMS de alta resolución de IONICON. Al acoplar la entrada CHARON a un PTR-TOFMS, la entrada VOC permanece completamente operativa. Un sistema de válvula automatizado permite el cambio entre las mediciones de fase gaseosa y de partículas, así como la puesta a cero de la entrada de partículas.

Beneficios

El CHARON PTR-TOFMS es un analizador de partículas designado en línea y en tiempo real. No hay necesidad de una concentración previa de partículas fuera de línea, p. ej. recogida/ desorción sobre superficies. Los artefactos analíticos, que pueden resultar de reacciones en tales superficies de recolección o degradación térmica a altas temperaturas de desorción y tiempos de residencia, se reducen de manera eficiente.

Además, la entrada de partículas CHARON amplía significativamente el rango de compuestos medibles por PTR-MS desde volátiles de fase gaseosa e orgánicos volátiles intermedios (VOC y IVOC) a compuestos orgánicos a la fase de partículas intermedios, semi y baja volatilidad (IVOC, SVOC y LVOC, respectivamente). Por lo tanto, la tecnología PTR-MS permite la detección de casi toda la gama de carbono orgánico atmosférico con un solo instrumento. La ionización química controlada a presiones reducidas y las energías de reacción definidas de un tubo de deriva de PTR-MS impiden la formación de artefactos iónicos (por ejemplo, grupos de sustancias orgánicas) que podrían atribuirse falsamente. La ionización generalmente procede a tasas de colisión que son bien predecibles (+/- 30%). La fragmentación debida a la ionización es típicamente baja; entre el 60% y el 100% de las concentraciones de masa orgánica se pueden calcular directamente sin la necesidad de correcciones adicionales.

Con su alta resolución temporal y el alto grado de información sobre la composición química conservada, CHARON PTR-TOFMS es, por lo tanto, la técnica analítica perfecta para identificar y seguir cuantitativamente los compuestos trazadores de partículas en la atmósfera como el levoglucosán y los hidrocarburos aromáticos poli cíclicos. Los datos resueltos de un minuto de cientos de composiciones químicas identificadas aumentan la calidad del reparto de la fuente (por ejemplo, mediante factorización de matriz positiva; PMF) a un nivel invisible.

El CHARON PTR-TOF al cielo. En la frontera de la investigación aerotransportada a bordo del Laboratorio de vuelo de la NASA.

Aprovechando la oportunidad brindada por el Programa de Investigación Aerotransportada del Estudiante (SARP), Ionicon dio alas a la entrada de aerosol CHARON, recientemente desarrollada. En colaboración con la Universidad de Oslo, el equipo de Ionicon combinó CHARON y un instrumento PTR-TOF 4000 hecho a medida.

La aeronavegabilidad requiere soportar las fuerzas G pesadas, hacer frente a los cambios de presión y, lo más importante es estar a salvo. Por lo tanto, se han realizado y probado a fondo las modificaciones únicas de CHARON antes de tomar el vuelo e instalar el sistema en el Laboratorio de vuelo DC-8, listo para las primeras mediciones en el aire.

Volando dentro de la capa límite sobre el Valle Central en California o a través de penachos de incendios forestales, empujó el instrumento a sus límites. CHARON se desempeñó admirablemente en estas condiciones exigentes y recopiló datos prometedores de fuentes de emisiones antropogénicas y biogénicas.