In-Situ Field Measurements of Isoprene, Its Oxidation Products and Selected Monoterpenes in a Eucalyptus Forest

Význam tématu

Měření biogenních emisí isoprenu, jeho oxidačních produktů a monoterpenů v reálném čase v terénu poskytuje klíčová data pro pochopení fotochemických procesů ovlivňujících kvalitu ovzduší a tvorbu ozonu. Metoda odstraňuje potřebu kryogenního zaostřování, čímž zjednodušuje mobilní monitorování v odlehlých lokalitách a minimalizuje degradaci vzorků.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřila na pětidenní kontinuální sledování koncentrací isoprenu, methakroleinu (MACR), methyl vinyl ketonu (MVK) a vybraných monoterpenů v eukalyptovém lese v Portugalsku. Cílem bylo vyvinout a otestovat rychlou terénní analytickou metodu bez mezikroku kryofokusu a demonstrovat její schopnost poskytovat opakovaná měření s vysokou časovou rozlišením.

Použitá instrumentace

• Samplingový věžový systém pro odběr vzorků ve výšce 16 m
• Glass sorbentní trubice plněné Tenax TA a Carbosieve S-III
• Osobní vzorkovač SKC
• Gas chromatograf Carlo Erba GC-8000
• Programovaný teplotní vaporizační injector (PTV Optic 400)
• Chladicí jednotka na bázi CO2
• 60 m kolona 100 % dimethylpolysiloxanu (0,53 mm i.d., 3 µm film)
• Flame ionisation detector (FID), heliový nosný plyn

Použitá metodika

Vzorky o objemu 225 ml byly odebírány při průtoku 15 ml/min po dobu 15 min. Trubice byly udržovány na −10 °C pro optimální retenci isoprenu. Po odběru byla trubice okamžitě zasunuta do PTV, kde proběhlo rapidní odpaření analytů rampou 30 → 240 °C (16 °C/min). GC temperační program zahrnoval počátečnou isoterma 5 °C (3 min), následné rampy 3 °C/min do 50 °C, 6 °C/min do 200 °C a 20 °C/min do 240 °C. Celý cyklus odběru a analýzy trval 70 min.

Hlavní výsledky a diskuse

• Diurnální průběhy isoprenu a jeho oxidů reflektovaly změny intenzity slunečního záření – koncentrace stoupaly po 13:00 během jasných dnů.
• Metoda umožnila detekci isoprenu v rozsahu 0,2–100 ppb s lineární odpovědí.
• Oxidační produkty MACR a MVK vykazovaly podobné denní trendy jako isopren.
• Separation monoterpenů byla omezena rapidním programem, přesto bylo možné spolehlivě kvantifikovat α-pinén.
• Výsledky korelovaly s literaturou pro podobná ekosystémová prostředí.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda eliminuje potřebu tekutého dusíku, zkracuje čas mezi odběrem a analýzou (< 2 min), snižuje variabilitu způsobenou rozdílnou přípravou trubic a umožňuje opakované použití jediné sorbentní trubice. Flexibilita a automatizovatelnost zajišťují vhodnost pro dlouhodobé terénní monitorování.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření analytického repertoáru o další biogenní a antropogenní organické sloučeniny.
• Zkrácení doby analýzy až na 30 min pro selektivní skupiny sloučenin.
• Implementace plně automatizovaných odběrových a analytických systémů pro nepřetržité měření.
• Využití kompaktnějších a nízkoenergetických chladicích jednotek.
• Integrace s meteorologickými a fotochemickými modely pro prognózu kvality ovzduší.

Závěr

Vyvinutá terénní metoda kombinující sorbentní odběr a PTV-GC rychle a spolehlivě analyzuje isopren, jeho oxidační produkty a vybrané monoterpeny bez potřeby kryogenního zaostřování. Je vhodná pro mobilní a dlouhodobá měření v odlehlých lokalitách.

Reference

• Almasi E, Kirshen N (1993). The Determination of Volatile Organic Compounds (VOC's) in Ambient Air Using the Air Saturn GC-MC System. 15th Int. Symp. of Cap. Chrom. Riva Del Garda, Vol. I, p. 554.
• Ciccioli C, Cecinato A, Brancaleoni A, Frattoni M, Liberti A (1992). Use of Carbon Adsorption Traps Combined with HRGC-MS for Analysis of C4-C14 Hydrocarbons. J High Res. Chrom., 15, 75–84.
• Ciccioli P, Brancaleoni E, Cecinato A, Sparapani R, Frattoni M (1993). Identification and Determination of Biogenic and Anthropogenic VOCs in Forest Areas by HRGC-MS. J Chrom., 643, 55–69.
• Denha AM, Bartle KD, Pilling MJ (1994). Simplified GC Procedures for Determination of C1-C7 Hydrocarbons in Urban Atmospheres. Anal. Proc. 1994.
• Farmer CT, Milne PJ, Riemer DD, Zika RG (1994). Continuous Hourly Analysis of C2-C10 NMHC in Urban Air by GC-FID. Environ. Sci. Technol., 28, 238–245.
• Fehsenfeld F et al. (1992). Emissions of VOCs from Vegetation and Implications for Atmospheric Chemistry. Global Biogeochem. Cycles, 6, 389–430.
• Grosjean D, Williams EL II, Grosjean E (1993). Atmospheric Chemistry of Isoprene and Its Carbonyl Products. Environ. Sci. Technol., 27, 830–840.
• Jacob DJ, Wofsy SC (1988). Photochemistry of Biogenic Emissions over the Amazon Forest. J Geophys. Res., 93, 1477–1486.
• Kruschel BD et al. (1994). Analysis of Ambient VOCs by Thermal Desorption and HRGC/MS. J High Res. Chrom., 17, 187–190.
• Martin RS et al. (1993). Measurement of Isoprene and Its Oxidation Products in a Deciduous Forest. J Atmos. Chem., 13, 1–32.
• Mattinen ML, Maria O (1992). GC Analysis of Indoor Air Samples by Retention Index Monitoring. Proc. 14th Int. Symp. Cap. Chrom., Baltimore, 307–314.
• Shreffler JH (1993). Comparison of NMOC Data Collected by Two Methods in Atlanta. J Air & Waste Manage. Assoc., 43, 1576–1584.
• Woolfenden EA et al. (1993). Alternative On-Line and Sorbent Tube Sampling Procedures for 24 h Air Profiling. Proc. Int. Conf. VOC in the Environment, London, 321–329.