Study of properties and effects of airborne particles based on ion beam analytical methods  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
60377
Type F
Principal investigator Kertész, Zsófia
Title in Hungarian Légköri aerszolok tulajdonságainak és hatásainak ionnyaláb analitikai módszereken alapuló vizsgálata
Title in English Study of properties and effects of airborne particles based on ion beam analytical methods
Keywords in Hungarian légköri aeroszol, egyedi szemcse analízis, aeroszolrészecske térbeli szerkezete, aeroszolkoncentráció gyors időbeli változásai, egészségre gyakorolt hatás
Keywords in English atmospheric aerosol, single particle analysis, 3D structure of particles, short term variation of aerosol concentration, health impact
Discipline
Meteorology, atmospheric physics and dynamics (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Panel Earth sciences 2
Department or equivalent Heritage science research group (HUN-REN Institute for Nuclear Research)
Starting date 2006-02-01
Closing date 2009-01-31
Funding (in million HUF) 2.500
FTE (full time equivalent) 1.44
state closed project
Summary in Hungarian
Az emberi egészségre gyakorolt negatív hatásuk valamint a Föld sugárzási egyensúlyának alakulásában játszott szerepük miatt a légköri aeroszol részecskék tulajdonságainak pontos, kvantitatív felmérése már nemcsak a kutatók számára fontos, hanem az egyes kormányok és hatóságok számára is.
A debreceni Atommagkutató Intézetben mintegy 15 éve rendszeresen végzünk PIXE módszerre alapozott aeroszol vizsgálatokat. Tanulmányozzuk a régióra jellemző aeroszol mennyiségét, elemösszetételét, méreteloszlását, szezonális és hosszú távú változásait, forrásait és a légzőrendszer mentén való lerakódási valószínűségét.
Az OTKA támogatásával tervezem az eddigi kutatások körének új, a világon nagy érdeklődésre számot tartó vizsgálatokkal való kibővítését:
Továbbfejlesztem az analitikai technikákat az ATOMKI pásztázó nukleáris mikroszondáján, hogy lehetővé váljon a könnyű elemek (H, C, N, O, F) detektálása is, valamint egyedi aeroszol szemcsék térbeli szerkezetének és kémiai összetételének vizsgálata.
A kidolgozott módszerrel vizsgálok majd olyan összetett részecskéket, amelyek tanulmányozása hozzájárulhat az aeroszol keletkezési és öregedési folyamatainak és egészségre gyakorolt hatásának jobb megértéséhez.
Tervezem továbbá a meglévő mintavételi technikák továbbfejlesztését az aeroszolkoncentrációban rövid idő alatt bekövetkező változások monitorozása irányában. Az így kapott minták analízise, kiegészítve meteorológia adatokkal, új információkkal szolgál majd az aeroszol források és receptor terültek feltérképezéséhez, valamint az embert érő aeroszol terhelés becsléséhez.
A sztochasztikus tüdőmodell segítségével tervezem az aeroszol emberi egészségre gyakorolt hatásának vizsgálatát.
Summary
The quantitative characterization of airborne particles is becoming increasingly important to governments, regulators and researchers due to their impact on human health and their influence on climate forcing and global warming.
With the use of accelerator based PIXE elemental analysis technique systematic investigation of aerosol samples have been performed in the ATOMKI for 15 years determining the elemental composition, size distribution, seasonal and long term variation, sources and lung deposition probabilities of atmospheric aerosol characteristic to the region.
With the support of the OTKA I intend to widen the field of aerosol research carried out in the ATOMKI with the following new, challenging studies:
I plan to develop a measurement setup and data evaluating system at the Debrecen nuclear microprobe facility which is able to determine quantitative elemental composition and distribution of individual particles even for light elements like H, C, N, O, and provides additional 3D information of their structure.
Further aim is to determine the composition and morphology of selected individual aerosol particles which can be interesting from the point of view of health effects or formation and ageing processes.
In order to reach a better understanding of receptor zones and source zones of influence, and to get a better estimation of the health impact, I intend to improve the available sampling techniques mainly toward the direction of monitoring short term changes by putting into operation a streaker and cascade impactors together with a micrometeorological station.
Furthermore I plan to study the health effects of the airborne particulate matter by stochastic lung model calculations.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A jelen OTKA projekt célja az volt, hogy folytassuk és bővítsük az ATOMKI Ionnyaláb-alkalmazások Laboratóriumában folyó aeroszol kutatást annak érdekében, hogy új információkat nyerjünk a régióra jellemző aeroszol eredetéről, tulajdonságairól és hatásairól. Főbb eredményeink a következőek: Kiterjesztettük a mintagyűjtést az aeroszol összetevőiben rövid idő alatt bekövetkező változások monitorozása irányába, és számos mintavételi kampány keretében mértük a debreceni városi aeroszol elemi összetevőinek méreteloszlását és órás időbeli változásait. Faktoranalízis segítségével meghatároztuk a városi aeroszol forrásait. Észleltünk rendkívüli emissziós periódusokat és hosszútávú transzport epizódokat. A méreteloszlás adatok bemenő paraméterként szolgáltak sztochasztikus tüdőmodell számításokhoz, amely segítségével kiszámítottuk a különböző részecsketípusok emberi légzőrendszer mentén való lerakódásának valószínűségét. A debreceni pásztázó ion mikroszondán létrehoztunk egy olyan mérő és adatgyűjtő rendszert, amely lehetővé teszi egyedi aeroszol részecskék rutinszerű analízisét a teljes elemtartományban. A mérőrendszert sikeresen alkalmaztuk aeroszol mikrorészecskék vizsgálatára. (1) Azonosítottunk hosszú távú transzportfolyamatokból származó aeroszol részecskéket és információt nyerünk azok kémiai összetételéről és keletkezéséről. (2) Információt nyertünk toxikus fémeket tartalmazó beltéri aeroszol szerkezetéről, összetételéről és forrásairól. (3) Emissziós epizódokból származó részecskék összetételéből sikeresen azonosítottunk több forrást, amire „bulk” analitikai technikákkal nem volt lehetőség.
Results in English
The scope of the project was to widen the field of aerosol research carried out in the Laboratory of Ion Beam Applications of the ATOMKI in order to reach a better understanding on the characteristics, origin and effects of the aerosols characteristic to the region. Main results achieved in the project are the following: The available sampling techniques were improved in the direction of monitoring short term changes of the aerosol components. Several sampling campaigns were carried out to determine the mass size distribution and the hourly variation of the aerosol elemental components. Sources of the Debrecen urban aerosol were determined by factor analysis. Emission episodes and long range transport episodes were observed. Mass size distribution data served as input parameter for the determination of lung deposition probabilities by stochastic lung model calculations. A measurement setup was developed at the Debrecen scanning nuclear microprobe facility which enables the total quantitative analysis of microparticles and microstructures for the range of elements H to U. The setup was successfully applied in the following aerosol studies: (1) Identification and characterization of desert dust particles originating from Saharan dust intrusion in the Debrecen atmosphere, (2) Characterization of indoor aerosol containing toxic heavy metal (3) Identification of sources of aerosol particles originating from emission episodes
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=60377
Decision
Yes





 

List of publications

  
Kertész Zsófia, Borbélyné Kiss Ildikó, Dobos Erik, Simon Alíz, Szíki Gusztáv, Szikszai Zita, Uzonyi Imre: Fejlesztések a debreceni pásztázó ion mikroszondán: új lehetőségek a légköri aeroszol kutatásban, VIII Magyar Aeroszol Konferencia programja és előadáskivonatai, szek: Salma Imre, pp. 17-18., 2006
Dobos Erik, Borbélyné Kiss Ildikó, Balásházy Imre, Horváth Alpár, Kertész Zsófia, Werner Hoffmann: A stochasztikus tüdőmodell továbbfejlesztése asztmára, VIII Magyar Aeroszol Konferencia programja és előadáskivonatai, szek: Salma Imre, pp. 41-42., 2006
G. Á. Szíki, A. Simon, Z. Szikszai, Zs. Kertész, E. Dobos, I. Uzonyi, Á. Z. Kiss: Deuteron induced gamma emission (DIGE) on nuclear microprobes, 10th Conference on Nuclear Microprobe Technology and Applications. Singapore, 9-14 July, 2006, abstract pp. 202, 2006
Borbély-Kiss I., Dobos E., Kertész Zs., Koltay E., Szabó Gy.: Variation of the elemental concentrations of urban aerosl in Debrecen, Atomki Annual Report 2006, p 58, 2007
Kertész Zs.: The Debrecen scanning nuclear microprobe and its application in biology and environmental sciences, Proc. of the 4th Int. Summer School on Nuclear Phys. Meth. and Accelerators in Biology and Medicine, Prague, 8-19 July 2007. Editor C. Granja, C. Leroy, Ivan Stekl; 33-37, 2007
Dobos E., Borbély-Kiss I., Kertész Zs., Szabó Gy., Koltay E.: Comparison of Debrecen fine fraction aerosol data with others collected in some European collaborations, Proc. of XI International Conference of PIXE and Analytical Applications, Puebla, Mexico, 25-29 May, 2007; Ed.: J. Miranda, 2007
Borbély-Kiss I., Dobos E., Kertész Zs., Koltay E., Szabó Gy.: Variation of the PM10, PM2.5 and BC particulate masses of urban aerosl in Debrecen, Atomki Annual Report 2006, p 57, 2007
Kertész Zs., Szoboszlai Z., Dobos E., Anygal A., Borbély-Kiss I.: Study of urban aerosol sources in Debrecen, East-Hungary, 7th International Conference on Air Quality Science and Application. Istanbul, Turkey, 24-27 March, 209. Proceedings of Short Papers. Eds: Vazhappilly, X., Khaiwal, R., C, 2009
Kertész Zs., Dobos E., Szoboszlai Z., Borbély-Kiss I.: Városi aeroszol forrásainak vizsgálata a debreceni aeroszol koncentrációjában és elemösszetételében bekövetkezô gyors idônbeli változások alapján, 4. Kárpát-medencei Környezettudományi Konferencia. Debrecen, 2008. március 28-29. Szerk.: Orosz Z., Szabó V., Molnár G. etc. Debrecen, REXPO Kft. 2 (2008)335-341, 2008
Kéki Renáta: Városi aeroszol méreteloszlásának és egészszégügyi hatásainak vizsgálata PIXE módszerrle., diplomamunka, tv.: Kertész Zsófia, Debreceni Egyetem Természettudományi Kar,, 2008
Angyal Anikó: Emissziós epizódok vizsgálata debreceni városi aeroszol mintákon ionnyaláb mikoranalitikai módszerekkel, diplomamunka, tv.: Kertész Zsófia, Debreceni Egyetem Természettudományi Kar,, 2009
Kertész Zsófia, Szoboszlai Zoltán, Dobos Erik, Angyal Anikó, Borbélyné Kiss Ildikó,: Városi aeroszol forrásai debreceni aeroszol elemösszetételében bekövetkező órás változások alapján, IX Magyar Aeroszol Konferencia programja és előadások összefoglalói, pp. 22-23,, 2009
Szoboszlai Zoltán, Kertész Zsófia, Szikszai Zita, Borbélyné Kiss Ildikó, Koltay Ede: Egyedi aeroszol részecskék analízise a debreceni pásztázó ion mikroszondán, IX Magyar Aeroszol Konferencia programja és előadások összefoglalói, pp. 44-45,, 2009
Borbély-Kiss I., Dobos E., Kertész Zs., Szabó Gy.: Variation of urban PM10 and PM2.5 aerosol concentrations and their elemental components from 1997 to 2007, 10th International Symposium on Particle Size Analysis, Environmental Protection and Powder Technology. PORANAL 2008, abstract p. 11, 2008
Kertész Zs., Szoboszlai Z., Dobos E., Borbély-Kiss I.: Characterization of urban aerosol sources in Debrecen by studying the hourly variation and size distribution of the elemental component., 10th International Symposium on Particle Size Analysis, Environmental Protection and Powder Technology. PORANAL 2008, abstract p. 12, 2008
Szoboszlai Z., Kertész Zs., Szikszai Z., Uzonyi I., Kiss Á. Z.: Analysis of individual microparticles on the Debrecen ion microprobe facility, 10th International Symposium on Particle Size Analysis, Environmental Protection and Powder Technology. PORANAL 2008, abstract p. 13, 2008
Kertész Zs., Szoboszlai Z., Dobos E., Borbély-Kiss I.: Characterization of urban aerosol sources in Debrecen, Hungary., Acta Geologica Debrecina Landscape and Environment 2 (2009)109-119, 2009
Kertész Zs., Dobos E., Fenyôs B., Kéki R., Borbély-Kiss I.: Time and size resolved elemental component study of urban aerosol in Debrecen, Hungary, X-ray Spectrometry 37 (2008) 107-110, 2008
Kertész Zs., Szikszai Z., Szoboszlai Z., Simon A., Huszank R., Uzonyi I.: Study of individual atmospheric aerosol particles at the Debrecen ion microprobe, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B xxx (2009), doi:10.1016/j.nimb.2009.03.050 , article in press, available online 12. March 2009, 2009
Dobos E., Borbély-Kiss I., Kertész Zs., Szabó Gy., Koltay E.: Debrecen, Hungary on the fine-fraction aerosol map of Europe, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 279 (2009) 143-157, 2009
Szoboszlai Z., Kertész Zs., Szikszai Z., Borbély-Kiss I, Koltay E.: Ion beam microanalysis of individual aerosol particles originating from Saharan dust episodes observed in Debrecen, Hungary, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B xxx (2009), doi:10.1016/j.nimb.2009.03.019, article in press, available online 12. March 2009, 2009
Kertész Zs., Simon A., Szikszai Z., Huszánk R., Dobos E., Szíki G. Á, Kiss Á. Z., Uzonnyi I.: Development of an ion microprobe setup for the complex elemental analysis of individual microparticles and microstructures, Proc. of XI International Conference of PIXE and Analytical Applications, Puebla, Mexico, 25-29 May, 2007; Ed.: J. Miranda, 2007
Angyal Anikó, Kertész Zsófia, Szikszai Zita, Szoboszlai Zoltán: Emissziós epizódok analízise debreceni városi aeroszol mintákon ionnyaláb-analitikai módszerekkel, IX Magyar Aeroszol Konferencia programja és előadások összefoglalói, pp. 26-27,, 2009
Szoboszlai Z., Kertész Zs., Dobos E., Borbély-Kiss I.: Debreceni városi aeroszol méreteloszlása és tüdôbeni kiülepedésének valószínűsége, 4. Kárpát-medencei Környezettudományi Konferencia. Debrecen, 2008. március 28-29. Szerk.: Orosz Z., Szabó V., Molnár G. etc. Debrecen, REXPO Kft. 2 (2008) 342-348, 2008
G. Á. Szíki, A. Simon, Z. Szikszai, Zs. Kertész, E. Dobos: Gamma ray production cross-sections of deuteron induced nuclear reactions for light element analysis, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 251 (2006) 343-351, 2006
Borbélyné Kiss Ildikó, Dobos Erik, Kertész Zsófia, Koltay Ede, Szabó Gyula: Debreceni városi PM10 és PM2.5 aeroszol koncentrációjának és elemösszetételének változásában megfogyelt tendenciák, VIII Magyar Aeroszol Konferencia programja és előadáskivonatai, szek: Salma Imre, pp. 49-50, 2006



Back »