Bestimmung von NO_X in Autoabgasen mittels UV/Vis-Spektroskopie

Quelle: Labors von Margaret Workman und Kimberly Frye - Depaul University

In der Troposphäre wird Ozon natürlich gebildet, wenn Sonnenlicht spaltet sich Stickstoffdioxid (Nr.₂):

NO₂ + Sonnenlicht → NO + O

O + O₂ → O₃

Ozon (O₃) kann weitergehen, um mit Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (Nr.₂) und Sauerstoff bilden zu reagieren:

NO + O₃ → NO₂ + O₂

Dadurch NO Netto-Gewinn von Ozon (O₃). Jedoch wurden mit der anthropogenen Produktion von Ozon bilden Vorstufen (NO, NO₂und flüchtige organische Verbindungen) durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, erhöhte Werte von Ozon in der Troposphäre gefunden. Kfz-Auspuff ist eine bedeutende Quelle für diese Ozon bilden Vorstufen: NO, NO₂und flüchtige organische Verbindungen (VOC). Zum Beispiel bilden mobile Quellen fast 60 % NO + NO₂ -Emissionen.

Bei den hohen Temperaturen im Brennraum ein Auto gefunden reagieren Stickstoff und Sauerstoff aus der Luft zu Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (Nr.₂):

N_2(g) + O_{2 (g)}→ 2 NO_(g)

2 NO_(g) + O_2(g)→ 2 NO_2(g)

Stickstoffmonoxid (NO) emittiert in den Autoabgasen ist allmählich zu Stickstoffdioxid (Nr.₂) in der Luft oxidiert. Diese Mischung aus NO und NO₂ wird oft als NO_Xbezeichnet. Wenn NO_X mit flüchtigen organischen Verbindungen in der Atmosphäre in Gegenwart von Sonnenlicht reagiert, vereinfacht troposphärisches Ozon Formen, wie in diesem gesehen chemische Reaktion:

NO_X + VOC + Sonnenlicht → O₃ andere Produkte

Diese giftige Mischung der Luftverschmutzung, die Aldehyde, Peroxyacetyl Nitrat, Ozon, VOC und NO_Xenthalten kann, nennt man photochemischer Smog. Ozon ist der größte Bestandteil von photochemischer Smog. Diese Smog findet sich in allen modernen Städten, aber es findet sich vor allem in Städten mit sonnigen, warmen, trockenen Klima und eine große Zahl von Kraftfahrzeugen. Die gelb-braune Farbe der Smog in der Luft liegt teilweise an der Stickstoffdioxid vorhanden, da dieses Gas sichtbares Licht in der Nähe von 400 absorbiert nm (Abbildung 1).

Kurzfristig NO₂ -Exposition (30 min bis 1 Tag), respiratorische Nebenwirkungen bei gesunden Menschen und erhöhte respiratorische Symptome bei Menschen mit Asthma führt. NO_X reagiert mit Ammoniak und andere Verbindungen zur Form Partikel. Diese kleinen Partikel können in die Lunge eindringen und Atembeschwerden, einschließlich Emphysem und Bronchitis verursachen. Personen, die verbringen viel Zeit auf der Straße oder Leben in der Nähe einer Straße, erleben deutlich höhere Exposition gegenüber Nr.₂.

Aufgrund der Auswirkungen auf menschliche Gesundheit und die Umwelt, die US Environmental Protection Agency (EPA) hat NO₂ als Schadstoff Kriterien klassifiziert und setzt das Primärnormal bei 100 ppb (98. Perzentil der täglichen Höchstkonzentrationen 1-h, gemittelt über 3 Jahre) und 53 ppb (Jahresmittel). Wenn man bedenkt, dass etwa 1/3 der NO_x -Emissionen in den USA on-Road Fahrzeuge entfallen, sind Automobile-Emissionen daher durch den Clean Air Act geregelt. Die amerikanische Umweltbehörde EPA gegründet Abgasnormen, die Automobilhersteller befolgen müssen, wenn Autos zu produzieren. Stufe 2-Abgasnormen sind zurzeit so eingestellt, dass Hersteller Flotte Durchschnitt NO_x -Emissionen von nicht mehr als 0,07 g/Meile haben müssen.

One way Hersteller erfüllen diese Norm ist die Verwendung von Katalysatoren auf ihre Autos. Dieses Gerät befindet sich zwischen dem Motor und dem Endrohr. Der Abgasstrom des Katalysators durchläuft und Katalysator ausgesetzt ist. Ein Reduktionskatalysator Platin und Rhodium wird verwendet, um die NO-_X -Konzentration im Abgas zu reduzieren. Wenn einer NO oder NO₂ -Molekül im Abgas Katalysator wendet, ist das Stickstoffatom schnappte sich das Molekül und hielt sich an durch den Katalysator. Der Sauerstoff wird freigegeben und O₂bildet. Das Stickstoffatom am Katalysator bindet mit einem anderen Stickstoffatom statt auf dem Katalysator, Form N₂.

Katalysatoren haben stark die NO_x aus Autoabgasen – bis zu 80 % Rabatt, Emissionen beim ordnungsgemäß durchführen. Sie funktioniert jedoch nur, wenn sie eine relativ hohe Temperatur erreicht haben. Daher ist bei einem Kaltstart eines Autos des Katalysators praktisch NO_Xentfernen. Es ist nicht bis der Katalysator erreicht höheren Temperaturen, dass sie effektiv die NO-_X aus dem Abgasstrom entfernt. Katalysatoren funktionieren nicht für Diesel-Pkw aufgrund der mageren Bedingungen, unter denen sie arbeiten. Darüber hinaus wird der Schwefel im Dieselkraftstoff auch den Katalysator deaktiviert. Nr._X in Diesel-Motoren werden vor allem durch das Gas Abgasrückführung (AGR) Auslassventil, das kühlt die Temperatur der Verbrennungsgase reduziert. Diesel-Pkw emittieren demzufolge in der Regel mehr NO_X als Benzinautos.

Abbildung 1: Charakteristische Färbung für Smog in Kalifornien in der Beige Cloud bank hinter der Golden Gate Brücke. Die braune Färbung resultiert aus der NO_X in photochemischem Smog.

1. Vorbereitung der Stammlösung Nitrit (Nr.₂^–)

1. 1,500 g NaNO₂ wiegen Sie ab und verleihen Sie eine volumetrische 1-L-Flasche.
2. Bis zur Markierung mit Nanopure Wasser verdünnen. (Überprüfen Sie das destillierte Wasser aus dem Wasserhahn – es kann genügend Nitrit um die Messungen stören.) Dadurch entsteht ein 1.000 µg NO₂^–-/mL-Stammlösung.
3. Um 5,0 µg NO₂^–-/mL-Lösung, NO_{2 -}/mL-Lösung 1 mL von 1.000 µg einnehm

Tabelle 2 enthält ein Beispiel für richtige Ergebnisse. Mit Hilfe der Extinktion Messungen von standard-Lösungen, werden ein Grundstück von Extinktion vs. Konzentration von₂^– vorgenommen (Abbildung 4). Dann kann die am besten passende Linie der Daten ermittelt werden. Mit der Best-fit Linie der Standardkurve, kann die Konzentration von NO₂^– in jeder unbekannten Lösung (µg/mL) berechnet werden. Dieser Wert kann die Konzentration von Nr...

Die Messung von Nitrit mit der modifizierten Saltzman Reaktion ist sehr üblich und nützlich in vielen verschiedenen Bereichen. Wie beschrieben, kann die Methode verwendet werden, um NO_X -Konzentrationen in Luftproben – Autoauspuff, Laborräume, Luftqualität in Städten usw. zu messen. Darüber hinaus kann diese Methode verwendet werden, um NO_X im Zigarettenrauch zu überwachen. Das Verfahren wäre dieses Experiment sehr ähnlich, außer statt Autoabgasen in die Spritze, Zigarettenrauch angesaug...