Feltstudie afslører, hvordan ammoniak-isotopmolekyler diffunderer i luft

Forskere arbejder på at finde måder at overvåge ammoniak - en mere og mere almindelig art i atmosfæren, der er tæt forbundet med vandeutrofiering, jordens surhed, og tab af biodiversitet. Men måling af ammoniak er ikke let, fordi ammoniak kan skifte fra gas til partikler hurtigt i luften.

Selvom der er nøjagtige metoder til at bestemme ammoniak i laboratoriet ved hjælp af en pumpe, de er uegnede til langtidsmålinger og til store undersøgelser i marken, på grund af omkostningerne, især hvad angår arbejdskraft, og behovet for konstant strømforsyning.

For at overvinde disse mangler, en alternativ metode blev udviklet til at opsamle ammoniak fra atmosfæren uden hjælp af en pumpe. Metoden kaldes passiv sampling, i modsætning til tidligere metoder ved hjælp af en pumpe. Det kan give et enkelt og omkostningseffektivt værktøj til overvågning af ammoniak uden strømbehov.

Imidlertid, i en undersøgelse offentliggjort i Atmosfærisk forskning den 3. maj, Forskere testede tre passive prøver, der blev brugt i ammoniakindsamling, og fandt, at ammoniakkoncentrationerne alle var udsat for lav bias (13,4-27,5 %), sammenlignet med en standard referencemetode, der bruger en pumpe til at trække luft ind i en aktiv prøveudtager.

For at løse dette problem, forskerne brugte den klassiske teori om Ficks lov til at gense den effektive strømningshastighed af, hvor meget ammoniak, der vil diffundere ind på et syrebelagt filter, der er anbragt i de beskyttende etuier af de passive prøveudtagere.

Det teoretiske flow blev derefter temperatur- og trykkorrigeret med lokale observationer under prøvetagningskampagnen i byens Beijing.

"Vi fandt ud af, at den effektive prøveudtagningshastighed for de passive prøveudtagere alle var lavere end den nominelle værdi, som producenten havde angivet, " sagde Yuepeng Pan fra Institute of Atmospheric Physics (IAP) ved det kinesiske videnskabsakademi, hovedforfatter af undersøgelsen. "Den unøjagtige effektive prøvetagningshastighed i de passive prøvetagningsprøvetagere blev foreslået at være resultatet af forkerte masseoverførselskorrektionsfaktorer, som ikke var velovervejet af producenten."

Mens undervurderingen af ​​ammoniakkoncentrationer af passive prøveudtagere tidligere blev rapporteret, ammoniak isotopsammensætningerne ( ¹⁵ N/ ¹⁴ N) indsamlet af passive prøveudtagere var uden tvivl overraskende lavere end den aktive referencemetode, med en stor forskel på 15,4‰ i feltundersøgelsen af ​​bymæssige Beijing.

Forud for denne undersøgelse, videnskabsmænd havde ringe tillid til at fortælle, hvilke data - indsamlet af passive eller aktive prøveudtagere - der er mere egnede til at karakterisere ammoniakisotopsammensætning. Men nu kan den lave bias korrigeres ved at tilføje 15,4‰ til værdien af ​​ammoniakisotopsammensætningerne opnået fra passive prøveudtagere i tidligere undersøgelser.

"Den store forskydning på 15,4‰ skyldtes en diffusionsisotopeffekt mellem let ammoniakisotop ( ¹⁴ N) og tung ammoniakisotop ( ¹⁵ N), drevet af relative masseforskelle (et gram pr. mol), " sagde Pan. "Jeg mener, at denne undersøgelse giver et fastere greb om karakterisering af ammoniakkilder og derfor forbedrer vores evne til at kvantificere, hvilke emissioner der kan påvirke stigende ammoniak i fremtiden."