紫外可視分光法を用いた自動車の排気ガスのない_xの定量

マーガレット職人とキンバリー ・ フライ - デュポール大学のソース: 研究所

対流圏で日光分割二酸化窒素 (₂) オゾンが発生自然。

なし₂ + 日光 → いいえ + O

O + O₂ → O₃

オゾン (O₃) は一酸化窒素 (NO) 二酸化窒素 (₂) および酸素と反応するため行くことができます。

いいえ + O₃ → 無し₂ + O₂

これは、結果、オゾン (O₃) なしの純利益。ただし、形成前駆体 (₂、および揮発性有機化合物のいいえ、) 化石燃料の燃焼によりオゾンの人為起源の生産では、対流圏のオゾンの高いレベルを発見されています。自動車排出ガスがこれらのオゾン前駆体の形成の重要なソース: いいえ、₂、および揮発性有機化合物 (Voc)。たとえば、移動発生源はない +₂の排出量の約 60% を構成しません。

車の燃焼は、高温で窒素と空気中の酸素は、一酸化窒素 (NO) と二酸化窒素 (₂) を形成する反応します。

N_2(g) + O_{2 (g)}→ 2 ないの_(g)

2_(g) + O_2(g)→ 2 ないの_2(g)

車の排気ガスの放出される窒素酸化物 (NO) は、大気中の二酸化窒素の (₂) に徐々 に酸化されます。ないとはありません₂のこの混合物は、NO_xとして呼ばれます。日光の存在下で大気中の揮発性有機化合物と_xが反応してないこれに見られるように、オゾン フォームは化学反応を簡素化。

NO_x Voc + 日光 → O₃ + その他の製品

アルデヒド、ペルオキシアセチル ナイト レート硝酸塩、オゾン、VOCs、ないの_xを含めることができます、大気汚染のこの有害な混合物は、光化学スモッグと呼ばれます。オゾンは、光化学スモッグの最大のコンポーネントです。このスモッグのすべての近代的な都市であるが、特に日当たりの良い、暖かい、乾燥した気候とモーター車の数が多い都市であります。空気のスモッグの茶色黄色は一部存在する二酸化窒素にこのガスは 400 近くの可視光を吸収するため nm (図 1)。

短期露出₂ (1 日に 30 分) が健康な人に副作用呼吸と喘息を持つ人々 の増加の呼吸器症状につながるないです。ない_xは、アンモニアとフォームの微粒子を他の化合物と反応します。これらの小さな粒子は、肺を貫通し、肺気腫、気管支炎など、呼吸器系の問題が発生できます。道路に多くの時間を費やす人や道路近くに住んである方経験なしの₂にかなり高い露出。

それが人間の健康や環境に及ぼす影響、ため米国環境保護庁 (EPA) ない規準の汚染物質として₂に分類して、100 ppb で一次標準を設定している (1 h 毎日最大濃度、平均 3 年以上の 98 パーセンタイル) と 53 ppb (年平均値)。オンロード車が米国でない_x排出の約 1/3 を占めることを考えると、自動車の排出量は、したがって大気清浄法を通じて調整されます。米国 EPA は、自動車メーカーが車を作成するときに従う必要があります排出基準を設けてください。現在、層 2 の排出基準設定メーカーは、0.07 g/マイル以上の無排出_x艦隊平均をいる必要があります。

片道メーカーを満たすこの標準は、自分の車の触媒コンバーターを使用しています。このデバイスは、エンジンと排気管の間に配置します。排気の流れは、触媒コンバーターを通過し、触媒にさらされています。プラチナとロジウムの還元触媒は、排気ガス中の NO_x濃度を減らすために使用されます。排気でない、あるいはまったくの₂分子触媒とき、窒素原子は分子をつかんで、触媒が上に保持します。酸素が解放され、O₂を形成します。触媒の窒素原子 N₂を触媒に開催別の窒素原子と結合します。

触媒コンバーターが大幅に削減なし_xの排出量-車の排気ガスから最大 80% 減少、正しくを実行するとき。しかし、彼らはかなり高温に達している場合にのみ動作します。したがって、車のコールド スタートの際に、触媒コンバーターは事実上いや_{x を}削除します。それは触媒コンバーターに達する高温まで排気の流れからなし_xを効果的に削除することはありません。触媒コンバーターは、ディーゼル乗用車無駄のない条件で動作のためには動作しません。さらに、ディーゼル燃料の硫黄はまた触媒を無効化します。いいえ_xディーゼル エンジンでは、燃焼ガスの温度を冷却する排気ガス再循環 (EGR) 弁を中心に削減されます。その結果、ディーゼル車は一般的により多く_xガソリン車よりもを生成しません。

図 1。ゴールデン ゲート ブリッジの背後にある銀行のベージュのクラウドでカリフォルニア州のスモッグのため特徴的な着色します。茶色の着色は、光化学スモッグ注意報のいいえ_xによるものです。

この実験では、自動車の様々 なブランドの排気の流れのない_xの濃度は二回測定 (起動時および 10 分後) 車の触媒コンバーターの排気から_xを取除かないことを勉強します。触媒コンバーターは、効果を発揮する高温を必要とします。したがって、車の始動時に排気の測定はない_x触媒コンバーターの作業なし排気量を表します。排気触媒コンバーター後排ガス中 NO の_xの量を表す 10 分後の測定は有効です。

NO_x濃度はジアゾ化スルファニル酸の決定し、550 で設定紫外可視分光光度計を使用してそれ以降の N-(1-naphthyl)-エチレンジアミンと反応および生じることアゾ色素分子の色の強度を測定する nm。

ソリューションでは₂は₂^-を形成する次の反作用を受けます。

2_2(g) + H₂O_(l) → 2 H⁺_(aq) + ない₂^-_(aq)ない₃^-_(aq)

4NO_(g) + O_2(g) + 2 H₂O_(l) → 4 無しの₂^-_(aq) + 4 H⁺_(aq)

₂と₂^-間予想比は 2:1 上記最初の方程式に基づくが、それは 1.39:1 である経験的判断されています。

スルファニル酸と N-(1-naphthyl)-エチレンジアミンをソリューションに追加するとき、ピンク色の分子は (図 2) を開発しています。

このピンク色の分子の濃度、ソリューションでなし_xの濃度に正比例します。550 で紫外可視分光光度計を用いたアゾ色素分子の濃度の測定 nm。

紫外可視分光法は、(A) (単位 cm) 幅 b の透明容器で開催されたソリューションの吸光度の測定に基づいています。吸収の種の集中は、次の方程式に見られるように、吸光度に比例。

A = b c

どこモルの吸収率です。この方程式は、ビールの法律として知られます。モルの吸収率は、どのように強く物質特定波長の光を吸収して特定の物質のための定数の単位です。

溶液の吸光度を測定するためのビーム光強度 I_oはキュベット (図 3) でソリューションを目指しています。入力ビームの強度 (私_o) と新興のビーム (I) を測定し、吸光度を算出します。

図 2。スルファニル酸と N-(1-naphthyl)-エチレンジアミンをソリューションに追加するときに開発しているピンク色の分子。

図 3。Io の強度と光のビームはキュベットのソリューションを目的としました。

1 亜硝酸 (₂^-) ストック溶液の調製

1. 1.500 g ナノ₂重量を量り、1 L メスフラスコに追加します。
2. Nanopure 水を使用してマークを希釈します。(水道の蛇口から蒸留水をチェック-それは測定と干渉する十分な亜硝酸を含めることができます。)これは₂^-/mL 原液 1,000 μ g を生成しません。
3. 5.0 μ g/mL 解決策が₂^-ない時に 1,000 μ g 1 mL_{2 -}/mL 解決策を取るし、容積測定フラスコ 200 mL に希釈します。

2._xインジケーター解決策の準備

1. 無水スルファニル酸 5.0 g を量り、1 L メスフラスコに追加します。
2. Nanopure 水 500 mL を追加します。
3. 140 mL の氷酢酸を追加します。
4. スルファニル酸を溶解するまで、ソリューションをかき混ぜる攪拌棒を使用します。これは、約 30 分かかります。
5. 0.020 g N-(1-naphthyl) エチレンジアミン二塩酸塩の重量を量り、容積測定フラスコに追加します。
6. Nanopure 水を使用してマークを希釈します。
7. (光分解を防ぐため) に暗いボトルに移し、(空気との反応を防ぐため) にしっかりとストッパーします。

3. 標準試料の作製

1. 5.0 μ g 1.0 mL ない₂^-/mL ソリューション 25 mL のメスフラスコに入れてマークなし_x指示薬希釈します。これは 0.2 μ g₂^-/mL 標準的な解決策をなります。
2. 5.0 μ g 2.0 mL ない₂^-/mL ソリューション 25 mL のメスフラスコに入れてマークなし_x指示薬希釈します。こう 0.4 μ g/mL₂^-標準的な解決策。
3. 5.0 μ g 3.0 mL ない₂^-/mL ソリューション 25 mL のメスフラスコに入れてマークなし_x指示薬希釈します。こう 0.6 μ g/mL₂^-標準的な解決策。
4. 5.0 μ g の 4.0 mL ない₂^-/mL ソリューション 25 mL のメスフラスコに入れてマークなし_x指示薬希釈します。これにより、0.8 μ は₂^-/mL 標準的な解決策。
5. 5.0 5.0 μ g mL ない₂^-/mL ソリューション 25 mL のメスフラスコに入れてマークなし_x指示薬希釈します。こう 1.0 μ g/mL₂^-標準的な解決策。

4. 標準曲線の作成

1. 紫外可視分光光度計を使用すると、吸光度を読み取る機器を設定します。
2. 設定波長 550 nm の分光光度計です。
3. いいえ_xインジケーター ソリューションを使用すると、ゼロの分光光度計です。
4. 5 標準溶液の吸光度を測定します。データ テーブル (表 1) のレコードの値。

5. 自動車排気サンプル測定

1. ディーゼル自動車を開始します。
2. 60 mL ガスタイトな注射器を使用して、排気管に少数のインチに挿入します。やけどをしないようにし、煙で息をしないでください。描画し、2 回注射器を条件に排気を排出します。
3. いいえ_xインジケーター溶液 25 mL を注射器に描画します。指示薬をこぼさず、シリンジから空気を排出します。
4. 60 mL マークにプランジャーを引き、注射器に排気の 35 mL を描画します。
5. シリンジをキャップします。ソリューションは、2 分カバー アルミ箔で注射器のシリンジで横に振る。
6. サンプルを収集するときは、排気管の空気温度を測定します。
7. 5.1-5.6 ガソリン動力の自動車を使用しての手順を繰り返します。これらの手順は、自動車の様々 なモデルを使用して、必要に応じて何回も繰り返すことができます。
8. 手順は 5.1-5.6 自動車が実行されている後、少なくとも 10 分。
9. 45 分、解決の吸光度を測定する前に、開発する色を許可するを待ちます。
10. 45 分をアップした後、注射器からガスを放出する、キュベットに溶液を入れ、550 に分光光度計を使用して吸光度を測定 nm。データ テーブル (表 1) のレコードの値。

サンプル	吸光度
0.2 μ g 標準ない2-/mL
0.4 μ g 標準ない2-/mL
0.6 μ g 標準ない2-/mL
0.8 μ g 標準ない2-/mL
1.0 μ g 標準ない2-/mL
ディーゼル車の排気 (起動時)
ディーゼル車の排気 (10 分を実行している) 後
ガソリン車の排気 (起動時)
ガソリン車の排気 (10 分を実行している) 後

表 1。空白のデータ テーブルな吸収値を記録します。

適切な結果の例を表 2に示します。標準溶液の吸光度測定を使用して、NO の濃度と吸光度₂^-のプロットが可能 (図 4)。その後、データのベスト フィット直線を決定できます。標準曲線の最良フィット ラインを使用して、各の不明なソリューション (μ g/mL) の^- ₂の濃度を計算できます。この値は、次の方程式を使用して排気の気体サンプル₂の濃度に変換できます。

₂ H₂O は、以前のバランスの取れた方程式に 2 mol 比₂^-はありません₂1 mol を基づいていません。実証実験は、1.39:1 比に近いことを発見されています。ソリューション使用量 25 mL であった。ガス試料量は 35 mL です。

計算₂の濃度は実際に排気のサンプル (表 3) なし_Xのすべてを表します。PpmV、μ g/L の間の変換の数式は、サンプルが収集された温度と圧力に依存します。変換式です。

R = 一般ガス定数 = 0.08206 atm·L/mol·K, P = T atm の大気圧 = K と MW の温度 = NO_x (₂) としての分子量 46.01 g/mol を =。そこで

K と P で atm での T 入力することが重要です。

サンプル	吸光度
0.2 μ g 標準ない2-/mL	0.22
0.4 μ g 標準ない2-/mL	0.43
0.6 μ g 標準ない2-/mL	0.60
0.8 μ g 標準ない2-/mL	0.79
1.0 μ g 標準ない2-/mL	1.05
ディーゼル車の排気 (起動時)	1.03
ディーゼル車の排気 (10 分を実行している) 後	1.03
ガソリン車の排気 (起動時)	0.10
ガソリン車の排気 (10 分を実行している) 後	0.04

表 2。吸収の代表の結果をデータ テーブルです。

図 4。NO の濃度と吸光度₂^-の標準曲線プロット。

車両	NOx濃度(ppm)
ディーゼル車 (起動時)	500
(10 分を実行している) 後ディーゼル車	500
(起動時に) ガソリン車	48
(10 分を実行している) 後ガソリン車	21

表 3。1 車両あたり_x濃度 (ppm) がありません。

変更されたサルツマン反応を用いた亜硝酸の測定は、様々 な分野で非常に一般的で便利なです。前述のように、_x大気試料-車の排気ガス、研究室、都市等の大気中濃度を測定する方法が使えます。さらに、タバコの煙で_xを監視するこのメソッドを使用することができません。手順になる以外描画されタバコの煙、車の排気ガスを注射器に描画する代わりにこの実験に非常に類似しました。多くの驚くべきことに傾向がある、自動車の排気管から出てくる煙のない_xのタバコに高い濃度がしばしばあります。NO_x 500-800 ppm からタバコの煙の範囲内の典型的な値です。

この方法は、硝酸態窒素の硝化細菌の存在下で生産のレベルをテストする使用できます。硝化細菌は土壌や水に見られる亜硝酸塩にアンモニアを酸化-窒素循環に重要な役割を果たすし、その後、硝酸します。サンプルの硝酸塩は最初、酵素の硝酸還元酵素によって亜硝酸に変換されます。後、変更されたサルツマン反応、亜硝酸を測定しました。最後に、硝酸塩と亜硝酸塩食品中の濃度を決定するこのメソッドを使用することができます。亜硝酸塩および硝酸塩は、主に肉や肉製品を維持するために食品に添加されます。治された肉の亜硝酸イオンの通常の値は、約 125 μ g/mL です。