Characterization of contribution of vehicle emissions to ambient NO2 using stable isotopes

Sources of NOx are both anthropogenic (e.g. fossil fuel combustion, vehicles, and other industrial processes) and natural (e.g. lightning, biogenic soil processes, and wildfires). The nitrogen stable isotope ratio of NOx has been proposed as an indicator for NOx source partitioning, which would help identify the contributions of various NOx sources. In this study, the ${\delta}^{15}N-NO_2$ values of vehicle emissions were measured in an urban region, to understand the sources and processes that influence the isotopic composition of NOx emissions. The Ogawa passive air sampler was used to determine the isotopic composition of $NO_2$(g). In urban tunnels, the observed $NO_2$ concentration and ${\delta}^{15}N-NO_2$ values averaged $3809{\pm}2656ppbv$ and $7.7{\pm}1.8$‰, respectively. The observed ${\delta}^{15}N-NO_2$ values are associated with slight regional variations in the vehicular $NO_2$ source. Both $NO_2$ concentration and ${\delta}^{15}N-NO_2$ values were significantly higher near the expressway ($965{\pm}125ppbv$ and $5.9{\pm}1.4$‰) than at 1.1 km from the expressway ($372{\pm}96ppbv$ and $-11.5{\pm}2.9$‰), indicating a high proportion of vehicle emissions. Ambient ${\delta}^{15}N-NO_2$ values were used in a binary mixing model to estimate the percentage of the ${\delta}^{15}N-NO_2$ value contributed by vehicular NOx emissions. The calculated percentage of the ${\delta}^{15}N-NO_2$ contribution by vehicles was significantly higher close to the highway, as observed for the $NO_2$ concentration and ${\delta}^{15}N-NO_2$.

안정동위원소를 이용한 이동오염원에 의한 대기 중 NO2의 거동특성 연구

질소산화물(NOx)은 인위적 배출원(화석연료 연소, 이동오염원, 산업배출원 등)과 자연배출원(번개, 생물기원 토양, 산불 등)으로부터 배출된다. 질소안정동위원소를 이용한 분석 기법은 배출원의 기여도 및 추적 인자로 활용되어 왔다. 본 연구는 NOx의 특성을 보기 위하여 ${\delta}^{15}N-NO_2$를 측정하였으며 배출원의 동위원소 특성을 파악하기 위하여 수행되었다. 시료채취가 용이한 Ogawa PAS를 이용하여 대기 중 가스상 질소를 포집하여 안정동위원소를 분석하였다. 도심지역 터널내부의 평균 $NO_2$ 농도는 $3808.8{\pm}2656.5ppbv$이며, ${\delta}^{15}N-NO_2$ 값은 $7.7{\pm}1.8$‰를 나타내며 일반적인 이동오염원의 값을 나타냈다. 고속도로의 이동오염원으로부터 거리에 따른 결과, 고속도로와 인접한 지점의 $NO_2$ 농도는 $965.4{\pm}125.2ppbv$이며 ${\delta}^{15}N-NO_2$는 $5.9{\pm}1.4$‰이었고, 1.1 km 떨어진 지점의 $NO_2$ 농도는 $372.5{\pm}95.9ppbv$이며 ${\delta}^{15}N-NO_2$는 $-11.5{\pm}2.9$‰로 고속도로인근의 값이 높게 나타내었다. 고속도로부터 이동오염원 기여율을 보기 위하여 binary mixing model을 수행하였으며 고속도로와 근접할수록 기여율, 농도 및 동위원소가 높게 나타나는 경향을 나타냈다.