MABI-instrumentet kan bestemme koncentrationen og kilden til sort kulstofforurening i atmosfæren

ANSTO videnskabsmænd, som er eksperter i overvågning af finpartikelforurening, har udviklet et forskningsinstrument til at måle koncentrationen af ​​sort kulstof i atmosfæren og bestemme dets kilde.

Sort kulstof er en nøglekomponent i luftforurening med fine partikler; dens kvantificering vil give en bedre forståelse af den rolle, den spiller i klimaændringer.

Den fremtrædende forskningsforsker, professor David Cohen, sagde, at multibølgelængdeabsorptionsinstrumentet for sort kulstof (MABI), som blev designet og bygget hos ANSTO, kan give ny information til miljøledere og forskere.

Til dato, 17 instrumenter er blevet sendt til en række lande i Asien, Europa og Afrika, inklusive Kina, Filippinerne, Marokko og Mongoliet, til brug og test.

Typiske aerosolfilterprøver, der bruges til overvågning af finpartikelforurening, kan indlæses i instrumentet til målinger.

Et af nøglefunktionerne ved den modulære desktopteknologi er dens evne til at skelne sorte kulstofpartikler fra to primære kilder:dieselkøretøjer og biomasseforbrænding, sådanne skovbrande eller afgrødeafbrændingsregimer.

Fordi instrumentet kan måle lysabsorption ved syv forskellige bølgelængder, det kan skelne forskellige sorte kulstofpartikelstørrelser og -typer.

"Vi ved, at partikler fra dieselkilder, der dannes ved høje temperaturer, har tendens til at være små hårde og kugleformede, der henviser til, at biomassepartikler, som dannes ved lavere temperaturer er større, mere amorfe og har uregelmæssige former, sagde Cohen.

MABI, som får strøm fra et simpelt USB-kabel har indbygget software til at optage og eksportere transmissionsdata, som kan konverteres til sorte kulstofkoncentrationer gennem standardligninger.

Ligningen er tilvejebragt, og brugerne er i stand til at måle deres egne sorte kulstofmasseabsorptionskoefficienter for hver bølgelængde og for deres egen særlige region og prøveudtagningssted.

"Dette sikrer, at beregningen er specifik for deres prøveudtagningssted og et mere nøjagtigt estimat af sort kulstofindholdet i deres luft, sagde Cohen.

Instrumentet fungerer ved at indsætte et filterpapir i en lysstråle. Dette lys går gennem filteret og ind i en detektor. Der tages en måling for et ueksponeret filter og derefter et eksponeret filter. Ved at tage loggen over den ueksponerede læsning trukket fra den eksponerede læsning, du kan beregne mængden af ​​sort kul på filteret.

Lyset fra syv LED'er i enheden strækker sig til bølgelængder fra 405 nanometer til 1050 nanometer.

Og processen er hurtig, tager mindre end 35 sekunder at fuldføre målingen af ​​syv bølgelængder.

Cohen sagde, at ideen til instrumentet kom fra ANSTOs prøveudtagningsprogram for finpartikelforurening.

"Vi plejede at måle sort kulstof ved én bølgelængde og bruge en enkelt masseabsorptionskoefficient til at dække alle partikelstørrelser. Dette antog, at hver partikel havde samme størrelse og tæthed. Det var vigtigt for klimaændringsmodeller at forbedre denne tilgang, " han sagde.

Der var lidt inspiration fra en kostbar, avanceret instrument, et aethalometer, som også laver sort kulstofmålinger ved flere bølgelængder.

ANSTO-ingeniørerne David Button og Ed Stelcer var ansvarlige for designet og konstruktionen, men havde hjælp fra folk på tværs af campusser.

"Med 17 instrumenter derude, nogle i mere end 12 måneder, vi er meget tilfredse med den hidtidige præstation. Der har kun været to mindre softwareproblemer indtil videre, som begge blev løst hurtigt, " sagde Button.

"De næste 20 instrumenter er blevet samlet og kan købes. Prisen afhænger af, hvor det sendes, " han sagde.

"Mere end 2, 500 filtre er blevet analyseret på instrumenterne, som bygger vores tillid til denne teknologi, sagde Cohen.

"Ikke desto mindre på dette stadium, udbuddet af instrumenter er stadig en del af et forskningsprojekt. Licensmuligheder vil blive overvejet, efterhånden som flere ordrer kommer ind, og når vi har et pålideligt billede af dens ydeevne."

"Faciliteter, der køber instrumentet, bliver bedt om at levere deres data tilbage til ANSTO for at blive tilføjet til den globale database, vi vedligeholder om finpartikelforurening."

"Ideelt set kunne instrumentet bruges af alle miljøbeskyttelsesmyndigheder og miljøovervågningsfaciliteter, der prøver luftforurening ved hjælp af filtre, sagde Cohen.

"Der har været stor interesse for internationale og nationale konferencer, hvor vi har talt, og jeg har brugt mine fine partikelforureningskontakter til at fremme brugen af ​​vores MABI-instrument, sagde Cohen.

Det Internationale Atomenergiagentur (IAEA) har købt en til sit miljøovervågningsanlæg på dets Seibersdorf-laboratorium i Wien.

ANSTO har også gennemført træning i Sydamerika i brugen af ​​dette instrument.

"Jeg er glad for at kunne sige, at det ser ud til, at det fungerer ekstremt godt - baseret på alle resultaterne indtil videre. Men test af den sidste batch af instrumenter i løbet af de næste par uger vil være afgørende, sagde Cohen.

Nøgletræk ved MABI

• Lille skrivebordsstørrelse (bærbar)
• Tilsluttes direkte til din computers USB-port
• Designet specielt til typiske aerosolfilterprøver (47 mm polycarbonat, 47 mm teflon, 25 mm strakt teflon, etc.)
• Ikke-destruktiv, filtre kan analyseres yderligere med andre teknikker, såsom IBA eller XRF
• Hurtig, tager mindre end 35 sekunder at gennemføre en 7 bølgelængdemåling
• Forsynet med digital indsamlingssoftware