In-situ spectral characterisation of artificially generated and atmospheric carbonaceous aerosols using photoacoustic spectroscopy  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
101905
Type K
Principal investigator Bozóki, Zoltán
Title in Hungarian Mesterségesen generált és légköri korom részecskék optikai tulajdonságainak in-situ vizsgálata fotoakusztikus módszerrel
Title in English In-situ spectral characterisation of artificially generated and atmospheric carbonaceous aerosols using photoacoustic spectroscopy
Keywords in Hungarian Optikai abszorpció, korom aeroszol, forrás azonosítás, fotoakusztikus spektroszkópia, méreteloszlás
Keywords in English Light absorption, carbonaceous matter, source apportionment, photoacoustic spectroscopy, size distribution
Discipline
Analytical Chemistry (Council of Physical Sciences)80 %
Ortelius classification: Instrumental analysis
Physics (Council of Physical Sciences)20 %
Ortelius classification: Environmental physics
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Department of Optics and Quantum Electronics (University of Szeged)
Participants Ajtai, Tibor
Filep, Ágnes
Fődi, Lajos
Pogány, Andrea
Szabó, Gábor
Szinger, Zsolt
Utry, Noémi
Starting date 2012-01-01
Closing date 2014-12-31
Funding (in million HUF) 20.854
FTE (full time equivalent) 7.95
state closed project
Summary in Hungarian
A tervezett projekt célja légköri aeroszolok fizikai (pl. optikai abszorpció, méreteloszlás, morfológia) és kémiai (összetétel, forrás) tulajdonságainak vizsgálata az általunk kifejlesztett, nemzetközi viszonylatban is egyedülálló, széles hullámhossztartományban (UV-VIS-NIR) működő fotoakusztikus korommérő rendszerre épülő műszerparkkal.
A projekt tervezett fő kutatási feladatai:
1) Mesterséges és természetes aeroszolok hullámhosszfüggő abszorpciós spektrumának meghatározása, kiemelt figyelmet fordítva a légkör újonnan felfedezett, a Föld sugárzási egyensúlyában várhatóan jelentős szerepet betöltő, szerves korom összetevőire.
2) Az aeroszol-összetétel illetve méreteloszlás és a spektrális tulajdonságok közötti összefüggések feltárása; az összefüggések modellszámításokkal történő összevetése.
3) Fotoakusztikus mérési eljárások kidolgozása, melyek adott aeroszol összetétel mellett növelik a fotoakusztikus spektrum aeroszol méreteloszlás függését. A valós idejű aeroszol forrásazonosítás lehetőségének vizsgálata.
Csoportunk több mint 10 éve végez kutatásokat a fotoakusztikus aeroszol-mérések témakörben és számos nemzetközi együttműködésben vettünk és veszünk részt.
A várt eredményeink elősegíthetik a légköri aeroszolok tulajdonságai és hatásai (pl. az aeroszolok sugárzási egyensúlyban betöltött szerepe) körül zajló tudományos viták eldöntését, így jelentős érdeklődésre tarthatnak számot. Tovább erősödne, és nemzetközi mércével mérve is jelentőssé válhatna az általunk létrehozott aeroszol optikai laboratórium.
Summary
The proposed project aims to investigate physical (e.g. optical absorption, size distribution, morphology) and chemical (composition, source) properties of atmospheric aerosols using our unique photoacoustic soot detection system operating in a wide wavelength range from the UV to the NIR, and supplementary instruments.
Main research objectives of the proposed project are:
1) Measuring wavelength dependent absorption spectra of artificially generated and atmospheric aerosols, especially the recently discovered organic carbonaceous matter, which is expected to have significant impact on the global radiation budget,
2) Revealing and quantifying correlations between chemical composition, size distribution and spectral features of LAC, and supporting results with model calculations. .
3) Development of photoacoustic measurement methods to increase dependency of the photoacoustic spectrum on aerosol size distribution at a given chemical composition. Examining the possibility of real-time source apportionment.
Our group has been conducting research in the field of photoacoustic aerosol detection for more than 10 years, and we have been participating in several international collaborations.
Expected results of the project might help to settle scientific disputes on properties and effects of atmospheric aerosol (e.g. role of aerosols in the global radiation budget); therefore they are expected to command significant interest. International reputation of our laboratory on aerosol optics would also increase.





 

Final report

 
Results in Hungarian
A projekt során légköri aeroszolok fizikai (hullámhosszfüggő optikai abszorpció, méreteloszlás és morfológia) valamint kémiai (azaz a kibocsátó forrásra jellemző összetétel) tulajdonságait vizsgálatuk az általunk kifejlesztett, nemzetközi viszonylatban is egyedülálló, széles hullámhossztartományban (UV-VIS-NIR) működő, a teljes klimareleváns mérettartományra kiszélesített méretáviteli karakterisztikával rendelkező fotoakusztikus aeroszolmérő rendszerre épülő műszerparkkal. Az alábbi fő kutatási feladatokat végeztük el: 1) Mesterséges és természetes aeroszolok hullámhosszfüggő abszorpciós spektrumát határoztuk meg, többek között ásványi porösszetevők, különböző szerves korom aeroszolok (pl. a közelmúltban felfedezett HULIS aeroszol, továbbá eltérő forrásból származó biomassza aeroszolok) valamint mesterségesen generált korom aeroszol esetében. 2) Az aeroszol-összetétel illetve méreteloszlás és a spektrális tulajdonságok közötti összefüggéseket tártunk fel és ezeket számszerűsítettük. Elvégeztük ezen eredményeknek a modellszámításokkal történő összevetését. 3) Bebizonyítottuk, hogy az általunk kidolgozott újszerű fotoakusztikus mérési eljárás által meghatározott aeroszol-jellemzők és az aeroszol forrásfüggő kémiai összetétele között erős korreláció áll fent és ezeket az összefüggéseket az egyéb mikrofizikai tulajdonságok (mint pl. a méreteloszlás és a morfológia) nem befolyásolja érdemben.
Results in English
In pursuance of the project we have investigated the physical properties (wavelength-dependent optical absorption, size distribution and morphology) and the chemical properties (composition characteristic of the emitting source) of atmospheric aerosol using our self-developed, internationally unique photoacoustic aerosol detection system operating in a wide wavelength range from the UV to the NIR, and which can be used in the entire size range of climate-relevant particles, asawell as supplementary instruments. We achived the following main scientific results: 1) We determined the wavelength-dependent optical absorption spectrum of artificial and atmospheric aerosol, like mineral dust components, multiple types of organic carbonaceous aerosol (for instance the recently discovered HULIS aerosol, and biomass aerosol originating from several different emitting sources), and also artificially generated carbonaceous aerosol. 2) We discovered and quantified relationship between chemical composition, size distribution and spectral properties. Furthermore, we have compared and validated these results with model calculations. 3) We have confirmed that there is strong correlation between the optical features determined by our self-developed photoacoustic measuring method and the source dependent chemical composition of aerosol, and these relations are not affected by other microphysyical properties (for instance size distribution and morphology).
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=101905
Decision
Yes





 

List of publications

 
T. Ajtai, N. Utry, B. Major, Z. Bozóki, G. Szabó: A method for segregating the optical absorption properties and the mass concentration of winter time urban aerosol, Atmospheric Environment (közlésre benyújtva), 2015
Utry N, Ajtai T, Filep Á, Pintér M, Török Z, Bozóki Z, Szabó G: Correlations between absorption Angström exponent (AAE) of wintertime ambient urban aerosol and its physical and chemical properties, ATMOS ENVIRON (1994) 91: 52-59, 2014
Noémi Utry, Tibor Ajtai, Máté Pintér, Etelka Tombácz, Erzsébet Illés, Zoltán Bozóki, Gábor Szabó: Mass specific optical absorption coefficients and imaginary part of the complex refractive indices of mineral dust components measured by a multi wavelength photoacoustic spectrometer, ATMOS MEAS TECH 8: 401-410, 2015
Tibor Ajtai, Noémi Utry, Máté Pintér, Csaba Tápai, Gabriella Kecskeméti, Tomi Smausz, Béla Hopp, Zoltán Bozóki, Gábor Szabó: Micro-physical properties of carbonaceous aerosol particles generated by laser ablation of graphite target, ATMOS MEASUR TECHN DISCUSS 7: 10159-10178, 2014
Utry N, Ajtai T, Pintér M, Bozóki Z, Szabó G: Wavelength-Dependent Optical Absorption Properties of Artificial and Atmospheric Aerosol Measured by a Multi-Wavelength Photoacoustic Spectrometer, INT J THERMOPHYS 35: (12) 2246-2258, 2014
Utry Noémi, Ajtai Tibor, Filep Ágnes, Bozóki Zoltán, Hoffer András, Szabó Gábor: Mass specific optical absorption coefficient of HULIS aerosol measured by a four-wavelength photoacoustic spectrometer at NIR, VIS and UV wavelengths, Atmospheric Environment, 2013
Á Filep, T Ajtai, N Utry, M D Pintér, T Nyilas, Sz Takács, Zs Máté, A Gelencsér, A Hoffer, M Schnaiter, Z Bozóki, G Szabó: Absorption spectrum of ambient aerosol and its correlation with size distribution in specific atmospheric condition after the red mud accident, AEROSOL AIR QUAL RES 13: 49-59, 2013
1. D. Czövek, Z. Novák, Cs. Somlai, T. Asztalos, L. Tiszlavicz, Z. Bozóki, T. Ajtai, N. Utry, Á. Filep, F. Bari, F. Peták: Respiratory consequences of red sludge dust inhalation in rats, Toxicology Letters 209, 113-120, 2012
2. B. Hopp, G. Kecskeméti, T. Smausz, T. Ajtai, Á. Filep, N. Utry, A. Kohut, Z. Bozóki, G. Szabó: Characterization of excimer laser ablation generated pepsin particles using multi-wavelength photoacoustic instrument, Applied physics A, DOI 10.1007/s00339-012-6759-z., 2012
3. Á. Filep, T. Ajtai, N. Utry, M. D. Pintér, T. Nyilas, Sz. Takács, Zs. Máté, A. Gelencsér, A. Hoffer, M. Schnaiter, Z. Bozóki, G. Szabó: Absorption spectrum of ambient aerosol and its correlation with size distribution in specific atmospheric condition after the red mud accident, Aerosol and Air Quality Research, DOI: 10.4209/aaqr.2012.04.0078, 2012
Filep Ágnes: A légkör nem csak gázok keveréke, Környezettudományi Nyári Iskola, Aggtelek, 2012. július 10., 2012
Ajtai Tibor: Az aeroszol sötét oldala, Környezettudományi Nyári Iskola, Aggtelek, 2012. július 10., 2012
Filep Ágnes: Aeroszolok abszorpciós Angström exponensének és méreteloszlásának mérése – a forrásazonosítás lehetőségének vizsgálata, http://doktori.bibl.u-szeged.hu/1623/, 2012
T. Ajtai, Á. Filep, N. Utry, M. Pintér, Z. Bozóki, G. Szabó: On the possibilities of on-line identification of red mud particle through its absorption spectrum, DKMT 2012, Szeged, 2012
T. Ajtai, Á. Filep, N. Utry, M. Pintér, Z. Bozóki, G. Szabó: Optical behaviour of mineralogical composition. A laboratory study, EAC 2012, Granada, 2012
Á. Filep, T. Ajtai, N. Utry, Z. Bozóki, G. Szabó: Determination of site specific correction parameters for Aethalometer using multi-wavelength photoacoustic data, EAC 2012, Granada, 2012
T. Ajtai, Á. Filep, N. Utry, M. Pintér, Z. Bozóki, G. Szabó: Absorption Ångström exponent, and its correlation with other aerosol variables such asnumber size distribution, gas phase- and trace elements of the atmosphere. A field s, EAC 2012, Granada, 2012
Utry Noémi, Ajtai Tibor, Filep Ágnes, Bozóki Zoltán, Hoffer András, Szabó Gábor: Mass specific optical absorption coefficient of HULIS aerosol measured by a four-wavelength photoacoustic spectrometer at NIR, VIS and UV wavelengths, Atmospheric Environment, 2013
D. Tátrai, Z. Bozóki and G. Szabó: Method for wavelength locking of tunable diode lasers based on photoacoustic spectroscopy, Optical Engineering, 2013
Ajtai Tibor, Utry Noémi, Filep Ágnes, Pintér Máté, Szabó Gábor, Bozóki Zoltán, Tátrai Dávid: Spectral characterisation of mineralogical composition of dust and HULIS aerosols as well as winter time ambient using multi-wavelength photoacoustic spectrometer. A lab, EGU, 2013
Utry Noémi, Ajtai Tibor, Filep Ágnes, Bozóki Zoltán, Hoffer András, Szabó Gábor: In situ absorption measurement of HULIS and dust mineralogical as well as winter time ambinet using multi-wavelength photoacoustic instrument. A laboratopry and a field s, EAC, 2013
Utry Noémi, Ajtai Tibor, Bozóki Zoltán, Szabó Gábor: Lézergenerált korom aeroszolok fotoakusztikus vizsgálata, Fizikus Vándorgyűlés, 2013
Ajtai Tibor, Utry Noémi, Pintér Máté, Bozóki Zoltán, Szabó Gábor: Rediszpergált ásványi porösszetevõk spektrális válaszának in-situ mérése négy hullámhosszú fotoakusztikus spektrométerrel, KAT, 2013
Ajtai Tibor, Utry Noémi, Pintér Máté, Bozóki Zoltán, Szabó Gábor: Légköri széntartalmú összetevõk klímareleváns tulajdonságainak in-situ vizsgálata, KAT, 2013
Ajtai Tibor, Utry Noémi, Pintér Máté, Bozóki Zoltán, Szabó Gábor: Légköri aeroszolok abszorpciós spektrumának in-situ mérése fotoakusztikus módszerrel, KAT, 2013
Ajtai Tibor, Utry Noémi, Pintér Máté, Bozóki Zoltán, Szabó Gábor: Korom aeroszolok szelektív azonosítása négy hullámhosszú fotoakusztikus koromérő rendszerrel, MAK, 2013
Ajtai Tibor, Utry Noémi, Pintér Máté, Bozóki Zoltán, Szabó Gábor: Légköri korom aeroszolok valós idejű vizsgálata fotoakusztikus módszerrel városi környezetben, MAK, 2013
Ajtai Tibor, Utry Noémi, Pintér Máté, Bozóki Zoltán, Szabó Gábor: Re-diszpergált ásványi por összetevők abszorpciós válaszának mérése fotoakusztikus módszerrel, MAK, 2013
Ajtai Tibor, Utry Noémi, Pintér Máté, Bozóki Zoltán, Szabó Gábor: Lézergenerált koromaeroszolok előállítása és karakterizálása, MAK, 2013
Filep Ágnes, Bozóki Zoltán, Hitzenberger Regina, Szabó Gábor: Széntartalmú részecskék forrásának azonosítása optikai tulajdonságaik és méretük alapján, MAK, 2013
Filep Ágnes, Bozóki Zoltán, Hitzenberger Regina, Szabó Gábor:: Légköri aeroszol minták fizikai, kémiai és ökotoxikológiai jellemzése, MAK, 2013
Utry Noémi, Ajtai Tibor, Smausz Tamás, Hopp Béla, Bozóki Zoltán: Lézeres abláció által generált aeroszolok fotoakusztikus vizsgálata, MAK, 2013
Noémi Utry, Tibor Ajtai, Máté Pintér, Erzsébet Illés, Etelka Tombácz, Zoltán Bozóki, Gábor Szabó: Generation and characterization of humic acid modified mineral components, , 2014
Noémi Utry, Tibor Ajtai, Máté Pintér, Zoltán Bozóki, Gábor Szabó: Spectral characterization of dust minerals using multi-wavelength photoacoustic measurement, , 2014
Tibor Ajtai, Noémi Utry, Máté Pintér, Gabriella Kecskeméti, Tomi Smausz, Béla Hopp, Zoltán Bozóki, Gábor Szabó: Generation and characterization of laser induced carbon particles, , 2014
Tibor Ajtai, Noémi Utry, Máté Pintér, Zoltán Bozóki, Gábor Szabó: Two component source apportionment based on absorption and size distribution measurement, , 2014





 

Events of the project

 
2013-09-09 14:25:50
Résztvevők változása
2013-05-03 14:56:19
Résztvevők változása




Back »