Distribution of EC and OC temperature fractions in different research material

• Autorzy: Błaszczak Barbara , Mathews Barbara , Słaby Krzysztof , Klejnowski Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.24425/aep.2023.145901

Warianty tytułu

PL

Dystrybucja frakcji temperaturowych EC i OC w różnych materiałach badawczych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study was to assess the profile of EC (elemental carbon) and OC (organic carbon) temperature fractions in PM1 and PM2.5 samples and in wet deposition samples (material collected on a filter). The research was conducted at the urban background station in Zabrze (southern Poland) in the period of Oct 2020–Oct 2021. PM samples were collected with high-volume samplers; the automatic precipitation collector NSA 181 by Eigenbrodt was used to collect the deposition samples. Concentrations of EC and OC were determined using thermal-optical method (carbon analyzer from Sunset Laboratory Inc., “eusaar_2” protocol). Regardless of the type of research material, organic carbon constituted the dominant part of the carbonaceous matter, and this dominance was more visible in the non-heating season. The profile of temperature fractions of OC and EC was clearly different for dust washed out by precipitation. Noteworthy is a much lower content of pyrolytic carbon (PC) in OC, which can be explained by the fact that PC is most often combined with the water soluble organic carbon. In addition, a high proportion of the OC3 fraction was observed, followed by OC4, which may indicate that these fractions are of a more regional origin. With regard to the EC fractions, the differences are less visible and concern, in particular, the higher share of EC4 and the lower of EC2. The obtained results may be a valuable source of information about the actual status of the carbonaceous matter and its transformation in the atmosphere .

PL

Celem badań była ocena profilu frakcji temperaturowych EC (węgiel elementarny) i OC (węgiel organiczny) w próbkach PM1 i PM2,5 oraz w próbkach depozycji mokrej (materiał zgromadzony na sączku). Badania przeprowadzono na stacji tła miejskiego w Zabrzu w okresie X 2020–X 2021. Próbki PM pobierano za pomocą poborników wysoko-objętościowych. Do poboru próbek depozycji zastosowano automatyczny kolektor opadów NSA 181 firmy Eigenbrodt. Stężenia EC i OC oznaczono metodą termiczno-optyczną (analizator węgla firmy Sunset Laboratory Inc., protokół „eusaar_2”). Niezależnie od rodzaju materiału badawczego węgiel organiczny stanowił dominującą część materii węglowej, a dominacja ta była bardziej widoczna w sezonie niegrzewczym. Profil frakcji temperaturowych OC i EC różnił się wyraźnie dla pyłu z depozycji mokrej. Na uwagę zasługuje znacznie niższa zawartość węgla pirolitycznego (PC) w OC, co można tłumaczyć tym, że PC jest najczęściej łączony z rozpuszczalnym w wodzie węglem organicznym. Ponadto zaobserwowano wysoki udział frakcji OC3, a następnie OC4, co może wskazywać na bardziej regionalne pochodzenie tych frakcji. W przypadku frakcji EC różnice są mniej widoczne i dotyczą w szczególności wyższego udziału EC4 i mniejszego EC2. Uzyskane wyniki mogą być cennym źródłem informacji o materii węglowej i przemianom jakim podlega w atmosferze.

Słowa kluczowe

EN

wet deposition; carbonaceous matter; fine PM; thermal-optical analysis

PL

mokra depozycja; analiza termooptyczna; materia węglowa; próbki węgla

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 49, no 2
• Strony: 95--103
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Błaszczak Barbara

• Institute of Environmental Engineering Polish Academy of Sciences, Zabrze, Poland

autor

Mathews Barbara

• Institute of Environmental Engineering Polish Academy of Sciences, Zabrze, Poland

autor

Słaby Krzysztof

• Institute of Environmental Engineering Polish Academy of Sciences, Zabrze, Poland

autor

Klejnowski Krzysztof

• Institute of Environmental Engineering Polish Academy of Sciences, Zabrze, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-9237-5074

Bibliografia

• 1. Aswini, A.R., Hegde, P., Nair, P.R. & Aryasree, S. (2019). Seasonal changes in carbonaceous aerosols over a tropical coastal location in response to meteorological processes. Sci Total Environ, 656, pp. 1261–1279. DOI:10.1016/j.scitotenv.2018.11.366.
• 2. Bautista VII, A.T., Pabroa, P.C.B., Santos, F.L., Racho, J.M.D. & Quirit, L.L. (2014). Carbonaceous particulate matter characterization in an urban and a rural site in the Philippines. Atmos Pollut Res, 5(2), pp. 245–252. DOI:10.5094/APR.2014.030.
• 3. Błaszczak, B. & Mathews, B. (2020). Characteristics of Carbonaceous Matter in Aerosol from Selected Urban and Rural Areas of Southern Poland. Atmosphere, 11(7), 687. DOI:10.3390/atmos11070687.
• 4. Cao, J.J., Lee, S.C., Ho, K.F., Zou, S.C., Fung, K., Li, Y., Chow, J.C. & Watson, J.G. (2004). Spatial and seasonal variations of atmospheric organic carbon and elemental carbon in Pearl River Delta Region, China. Atmos Environ, 38(27), pp. 4447–4456. DOI:10.1016/j.atmosenv.2004.05.016.
• 5. Cao, J.J., Lee, S.C., Ho, K.F., Fung, K., Chow, J.C. & Watson, J.G. (2006). Characterization of roadside fine particulate carbon and its eight fractions in Hong Kong. Aerosol Air Qual. Res., 6, 106–122. DOI:10.4209/aaqr.2006.06.0001.
• 6. Chow, J.C., Lowenthal, D.H., Chen, L.-W.A., Wang, X. & Watson, J.G. (2015). Mass reconstruction methods for PM2.5: a review. Air Qual Atmos Health, 8, pp. 243–263. DOI:10.1007/s11869-015-0338-3.
• 7. Chief Inspectorate for Environmental Protection, Air quality portal (https://powietrze.gios.gov.pl/pjp/current (07.11.2022)).
• 8. Dillner, A.M., Phuah, C.H. & Turner, J.R. (2009). Effects of post-sampling conditions on ambient carbon aerosol filter measurement. Atmos Environ, 43, pp. 5937–5943. DOI:10.1016/j.atmosenv.2009.08.009.
• 9. Directive 2008/50/EC of the European Parliament and of the Council of 21 May 2008 on Ambient Air Quality and Cleaner Air for Europe (http://eur-lex.europa.eu/legal-content/en/ALL/?uri=CELEX:32008L0050 (23.09.2022)).
• 10. EEA (2022). European Environmental Agency, 2022. Air quality in Europe 2022. Web Report (https://www.eea.europa.eu/publications/air-quality-in-europe-2022/air-quality-in-europe-2022 (24.11.2022).
• 11. EN 12341:2014 Ambient air - Standard gravimetric measurement method for the determination of the PM10 or PM2.5 mass concentration of suspended particulate matter.
• 12. Freney, E.J., Sellegri, K., Canonaco, F., Boulon, J., Hervo, M., Weigel, R., Pichon, J.M., Colomb, A., Prévôt, A.S.H. & Laj, P. (2011). Seasonal variations in aerosol particle composition at the Puy-de-Dôme research station in France. Atmos. Chem. Phys., 11, pp. 13047–13059. DOI:10.5194/ACP-11-13047-2011.
• 13. Karanasiou, A., Minguillón, M.C., Alastuey, A., Putaud, J.-P., Maenhaut, W., Panteliadis, P., Močnik, G., Favez, O. & Kuhlbusch, T.A.J. (2015). Thermal-optical analysis for the measurement of elemental carbon (EC) and organic carbon (OC) in ambient air a literature review. Atmos. Meas. Tech. Disciss., 8, pp. 9649–9712. DOI:10.5194/amtd-8-9649-2015.
• 14. Kim, K.H., Sekiguchi, K., Furuuchi, M. & Sakamoto, K. (2011). Seasonal variation of carbonaceous and ionic components in ultrafine and fine particles in an urban area of Japan. Atmos Environ, 45, pp. 1581–1590. DOI:10.1016/j.atmosenv.2010.12.037.
• 15. Li, H.Z., Dallmann, T.R., Li, X., Gu, P. & Presto, A.A. (2018). Urban organic aerosol exposure: spatial variations in composition and source impacts. Environ. Sci. Technol., 52, pp. 415–426. DOI:10.1021/acs.est.7b03674.
• 16. Lim, S., Lee,, M., Lee, G., Kim, S., Yoon, S. & Kang, K. (2012). Ionic and carbonaceous compositions of PM10, PM2.5 and PM1.0 at Gosan ABC superstation and their ratios as source signature. Atmos. Chem. Phys., 12, pp. 2007–2024. DOI:10.5194/acp-12-2007-2012.
• 17. Michalski, R. & Pecyna-Utylska, P. (2022). Chemical characterization of bulk depositions in two cities of Upper Silesia (Zabrze, Bytom), Poland. Case study. Arch. Environ. Prot., 48(2), pp. 106–116. DOI: 10.24425/aep.2022.140784.
• 18. Reizer, M. & Juda-Rezler, K. (2016). Explaining the high PM10 concentrations observed in Polish urban areas. Air Qual. Atmos. Health, 9(5), pp. 517–531. DOI:10.1007/s11869-015-0358-z.
• 19. Sahu, M., Hu, S., Ryan, P.H., Le Masters, G., Grinshpun, S.A., Chow, J.C. & Biswas, P. (2011). Chemical compositions and source identification of PM2.5 aerosols for estimation of a diesel source surrogate. Sci Total Environ, 409, pp. 2642–2651. DOI:10.1016/j.scitotenv.2011.03.032.
• 20. dos Santos, D.A.M., Brito, J.F., Godoy, J.M. & Artaxo, P. (2016). Ambient concentrations and insights on organic and elemental carbon dynamics in São Paulo, Brazil. Atmos Environ, 144, pp. 226–233. DOI:10.1016/j.atmosenv.2016.08.081.
• 21. Tohidi, R., Altuwayjiri, A. & Sioutas, C. (2022). Investigation of organic carbon profiles and sources of coarse PM in Los Angeles. Environ Pollut, 314, 120264. DOI:10.1016/j.envpol.2022.120264.
• 22. Vodička, P., Schwarz, J., Cusack, M. & Ždímal, V. (2015). Detailed comparison of OC/EC aerosol at an urban and a rural Czech background site during summer and winter. Sci Total Environ, 518–519, pp. 424–433. DOI:10.1016/j.scitotenv.2015.03.029.
• 23. Zhu, C.-S., Chen, C.-C., Vao, J.-J., Tsai, C.-J., Chou, C.C.-K., Liu, S.-C. & Roam, G.-D. (2010). Characterization of carbon fractions for atmospheric fine particles and nanoparticles in a highway tunnel. Atmos Environ, 44, 2668–2673. DOI:10.1016/j.atmosenv.2010.04.042.
• 24. Zhu, C.-S., Cao, J.-J., Tsai, C.-J., Shen, Z.-X., Han, Y.-M., Liu, S.-X. & Zhao, Z.-Z. (2014). Comparison and implications of PM2.5 carbon fractions in different environments. Sci Total Environ, 466–467, pp. 203–209. DOI:10.1016/j.scitotenv.2013.07.029.
• 25. Zioła, N., Błaszczak, B. & Klejnowski, K. (2021). Temporal Variability of Equivalent Black Carbon Components in Atmospheric Air in Southern Poland. Atmosphere 12, 119. DOI:10.3390/atmos12010119.

Uwagi

PL

Opracowane ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023)