Aerosol secondari
Cosa sono gli aerosol secondari?
Quando particelle e altre sostanze vengono emesse, ad esempio tramite i gas di scarico dei veicoli o le centrali elettriche, queste emissioni primarie subiscono diversi cambiamenti chimici nell'atmosfera sotto l'influenza della luce solare, dell'ozono e dell'umidità e alla fine si trasformano nei cosiddetti "aerosol secondari". I composti volatili originati dalle emissioni primarie reagiscono nell'atmosfera con specie ossidative altamente reattive per formare nuovi composti. A loro volta, questi nuovi composti potrebbero avere una volatilità inferiore e quindi portare alla formazione di nuove particelle tramite nucleazione, oppure possono condensarsi su particelle esistenti. Questo processo è anche chiamato "invecchiamento" dell'aerosol. In entrambi i casi il processo genera una massa di aerosol secondaria, che può avere un impatto sostanziale sull'ambiente e sulla salute. Studi recenti hanno anche indicato che gli aerosol secondari possono avere una correlazione ancora più forte con gli effetti sulla salute e sull'ambiente rispetto alle emissioni primarie. Di conseguenza, la ricerca sugli aerosol secondari sta rapidamente acquisendo importanza, determinando la necessità di soluzioni di misurazione dedicate.
Studio dell'invecchiamento atmosferico
L'atmosfera contiene un'ampia varietà di composti volatili che hanno il potenziale per formare una massa di particolato, denominata precursori. I precursori sono comunemente divisi in due sottogruppi, precursori organici e inorganici. Il vasto numero di diversi precursori organici rende la chimica secondaria dell'aerosol organico molto complessa. Il processo di invecchiamento di questi precursori richiede da ore a giorni nell'atmosfera ed è difficile tracciarne l'origine. Pertanto, i ricercatori utilizzano reattori per simulare i processi atmosferici. Questi reattori consentono studi di invecchiamento controllato di specifiche fonti di emissione o precursori per determinare il loro potenziale impatto sull'ambiente o sulla salute umana.
Reattore a flusso di ossidazione
Per studiare il potenziale di diverse fonti per formare aerosol secondari in condizioni di laboratorio o sul campo, il processo di invecchiamento può essere accelerato esponendo le emissioni della fonte a concentrazioni elevate di quelle specie chimiche che causano l'invecchiamento atmosferico. Questi dispositivi di simulazione dell'invecchiamento atmosferico rapido sono chiamati "reattori a flusso di ossidazione" (OFR). Soprattutto nei casi in cui la fonte di emissione è altamente transitoria o dipendente dal tempo, il flusso rapido attraverso i reattori offre un'elevata risoluzione temporale per studiare i cambiamenti.
Gli OFR possono utilizzare diverse specie di invecchiamento chimico. Il reattore a flusso di ossidazione Dekati (DOFR™) utilizza una combinazione di vapore acqueo, ozono e luce UV per accelerare il processo di invecchiamento. Nella soluzione DOFR™, in primo luogo, ozono e vapore acqueo vengono miscelati al campione in concentrazioni controllate. Questo campione condizionato viene quindi esposto alla luce UV all'interno del tubo del reattore in quarzo. La luce UV dissocia l'ozono e attraverso questa reazione si forma una singola molecola di ossigeno. Questa molecola di ossigeno reagisce ulteriormente con le molecole d'acqua e come risultato di questa reazione si formano radicali idrossilici (OH). Questi radicali OH sono il composto di invecchiamento del DOFR™. I radicali idrossilici sono anche naturalmente presenti nell'atmosfera, ma nel DOFR™ la loro concentrazione può essere aumentata fino a quattro ordini di grandezza in più rispetto alla troposfera, accelerando così sostanzialmente i processi di invecchiamento. Pertanto, i processi di invecchiamento che possono richiedere fino a diverse settimane nell'atmosfera possono essere simulati in un intervallo di tempo di un minuto nel DOFR™.