대기 중 PAHs의 가스/입자 분배반응이 평형상태일 때 가스/입자분배계수($logK_p$)와 각 화합물의 증기압($logP_L^O$)과 선형식의 기울기가 -1이라는 것이 지금까지 알려진 사실이었다. 기러나 실제 대기에서 일어나는 가스/입자 분배와 차이를 보이는 현상에 대한 연구가 진행되면서 대기 입자의 불균일성 및 입자특성의 차이로 평형상태일 때 가스/입자 분배계수와 증기압과 기울기가 -1이 되지 않을 수도 있다는 주장이 제기되었다. 따라서 본 연구에서 이러한 가설을 토대로 대기 입자의 입경 크기에 따라 시료를 채취하여 평형상태일 때 입경의 크기에 따른 가스/입자 분배를 연구하였다. 대기 중 PAHs의 분배평형상태를 추정하기 위해 High-volume air sampler에서 채취된 입자와 가스를 이용하여 분배계수와 증기압을 구하고 이때 기울기가 -1에 가까운 시료를 평형상태에 있는 시료로 간주하였다. 그러나 평형상태에 해당하는 시료 중 같은 날 동시에 채취한 입경별 입자를 이용하여 각 입경 크기에 따라 분배계수와 증기압의 기울기를 계산한 결과에서는 평형상태일지라도 입경크기에 따라 동일한 기울기를 갖지 않고 입자가 커질수록 기울기가 완만해지는 현상을 나타내었다. 이러한 현상을 규명하기 위해 가스/입자 분배 반응의 두 가지 기작에 대하여 평형상태일 때 기울기가 -1이라는 결과를 도출하기 위해 가정했던 조건에 대하여 검토하였다. 그 결과 가스/입자 분배가 흡착이 주 반응이라 가정했을 때 입자의 크기에 따라 탈착엔탈피 변화량에 차이가 있었으며, 흡수인 경우에는 입자간의 활성계수의 차이를 간접적으로 확인할 수 있었다. 이는 평형상태일 경우에도 입자의 크기에 따라 가스/입자 분배평형에 이르는 정도가 다른 것으로 판단된다. 또한 가스/입자 분배반응 현상을 규명하기 위해서는 입자의 크기를 고려함으로써 그 현상을 좀 더 명확히 밝힐 수 있을 것으로 판단된다.
Kim, Won-Hyung;Song, Jung-Min;Ko, Hee-Jung;Kim, Jin Seog;Lee, Joung Hae;Kang, Chang-Hee
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제33권11호
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pp.3651-3656
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2012
The size-segregated atmospheric aerosols have been collected at 1100 m site of Mt. Halla in Jeju, a background area in Korea, using 8-stage cascade impact air sampler during Asian dust and non-Asian dust storm periods. Their ionic and elemental species were analyzed, in order to examine the pollution characteristics and composition change between Asian dust and non-Asian dust periods. The major ionic species such as nss-$SO_4{^{2-}}$, $NH_4{^+}$, and $K^+$ were predominantly distributed in the fine particles (below $2.1{\mu}m$ diameter), and besides the $NO_3{^-}$ was distributed more in coarse particle fraction than fine particle. On the other hand, the typical soil and marine species i.e., nss-$Ca^{2+}$, $Na^+$, $Cl^-$, and $Mg^{2+}$, were mostly existed in the coarse particles (over $2.1{\mu}m$ diameter). As well in the elemental analysis of aerosols, the major soil-originated Al, Fe, Ca, and others showed prominently high concentrations in the coarse particle fraction, whereas the anthropogenic S and Pb were relatively high in the fine particle fraction. From the comparison of aerosol compositions between Asian dust and non-Asian dust periods, the concentrations of the soil-originated species such as nss-$Ca^{2+}$, Al, Ca, Fe, Ti, Mn, Ba, Sr have increased as 2.7-4.2 times during the Asian dust periods. Meanwhile the concentrations of nss-$SO_4{^{2-}}$ and $NO_3{^-}$ have increased as 1.4 and 2.0 times, and on the contrary $NH_4{^+}$ concentrations have a little bit decreased during the Asian dust periods. Especially the concentrations of both soil-originated ionic and elemental species increased noticeably in the coarse particle mode during the dust storm periods.
Cryptomeria japonica pollen is the most common pollen, which are scattering during each spring season in Japan. Japanese cedar (Cryptomeria japonica) pollinosis is one of seasonal allergic rhinitis that mainly occurs in Japan. In addition, long range transportation of Yellow Sand from the East Asian continent was also found during the pollen scattering seasons in Japan. Therefore, the interaction or impact between pollen and Yellow Sand should be concerned. In this study, our objective was to investigate the airborne behaviour of Cryptomeria japonica pollen grains and its size-segregated allergenic (Cry j 1) particles as the airborne tracer of Cryptomeria japonica pollen during the Yellow Sand events. Airborne Cryptomeria japonica pollen grains and its size-segregated allergenic particles were collected at roadside of urban residential zones of Saitama city during the pollination periods from February to March in two year investigation of 2009 and 2010. The overlap of Yellow Sand events and dispersal peak of pollen grains was observed. According to the Meteorological data, we found that the peaks of airborne pollen grains appeared under higher wind speed and temperature than the previous day. It was thought that Yellow Sand events and airborne pollen counts were related to wind speed. From the investigation of the airborne behavior of the size-segregated allergen particles by determining Cry j 1 with Surface Plasmon Resonance (SPR), the higher concentrations of the allergenic Cry j 1 were detected in particle size equal to or less than $1.1{\mu}m$($PM_{1.1}$) than other particle sizes during Yellow Sand events, especially in the rainy day. We conclude that rainwater trapping Yellow Sand is one of the important factors that affect the release of allergenic pollen species of Cry j 1. Therefore, it is very important to clarify the relationships between Cryptomeria japonica pollen allergenic species and chemical contents of the Yellow Sand particles in further studies.
Great concerns about atmospheric aerosols are attributed to their multiple roles to atmospheric processes. For example, atmospheric aerosols influence global climate, directly by scattering or absorbing solar radiations and indirectly by serving as cloud condensation nuclei. They also have a significant impact on human health and visibility. Many of these effects depend on the size and composition of atmospheric aerosols, and thus detailed information on the physicochemical properties and the distribution of airborne particles is critical to accurately predict their impact on the Earth's climate as well as human health. A single particle analysis technique, named low-Z particle electron probe X-ray microanalysis (low-Z particle EPMA) that can determine the concentration of low-Z elements such as carbon, nitrogen and oxygen in a microscopic volume has been developed. The capability of quantitative analysis of low-Z elements in individual particle allows the characterization of especially important atmospheric particles such as sulfates, nitrates, ammonium, and carbonaceous particles. Furthermore, the diversity and the complicated heterogeneity of atmospheric particles in chemical compositions can be investigated in detail. In this review, the development and methodology of low-Z particle EPMA for the analysis of atmospheric aerosols are introduced. Also, its typical applications for the characterization of various atmospheric particles, i.e., on the chemical compositions, morphologies, the size segregated distributions, and the origins of Asian dust, urban aerosols, indoor aerosols in underground subway station, and Arctic aerosols, are illustrated.
In order to further determine the mass concentration and ion composition of size-segregated particulate matter (PM) during the non-Asian dust storm of spring, $PM_{2.5}$ (fine particle), $PM_{10-2.5}$ (coarse particle), and $PM_{over-10}$ (PM with an aerodynamic diameter larger than $10{\mu}m$) were collected using a MCI (multi-nozzle cascade impactor) sampler of a three-stage filter pack in the spring season of 2007 in the Iksan area. During the sampling period from 5 April to 21 April, a total of 34 samples for size-segregated PM were collected, and then measured for PM mass concentrations by gravimetric measurements and for water-soluble inorganic ion species by using ion chromatography. Average mass concentrations of $PM_{2.5}$, $PM_{10-2.5}$, $PM_{over-10}$ were $35.4{\pm}11.5{\mu}g/m^3$, $13.3{\pm}5.5{\mu}g/m^3$ and $9.5{\pm}4.7{\mu}g/m^3$, respectively. On average, $PM_{2.5}$ accounted for 74% of $PM_{10}$. Compared with the literature from other areas in Korea, the measured concentration of $PM_{2.5}$ were relatively high. Water-soluble inorganic ion fractions in $PM_{2.5}$, $PM_{10-2.5}$, and $PM_{over-10}$ were found to be 47.8%, 28.5%, and 14.7%, respectively. Among the water-soluble inorganic ion species, $SO_4^{2-}$, $NO_3^-$ and $NH_4^+$ were the main components in $PM_{2.5}$, while $NO_3^-$ dominantly existed in both $PM_{10-2.5}$ and $PM_{over-10}$. Non-seasalt $SO_4^{2-}$ (nss-$SO_4^{2-}$ and $NO_3^-$ were found to mainly exist as the neutralized chemical components of $(NH_4)_2SO_4$ and $NH_4NO_3$ in fine particles.
Size-segregated number concentration and scattering coefficient of urban aerosols were measured using an SMPS (scanning mobility particle sizer) and a nephelometer, respectively in Seoul, Korea, during the winter season of 2003. The average number concentrations of ultrafine particles (20~100 nm) and accumulation mode particles (100~600 nm) were $2,170\;particles\;cm^{-3}$ and $1,521\;particles\;cm^{-3}$, respectively. The scattering coefficient at the wavelength of 550 nm ranged from $62.6Mm^{-1}$ to $330.1Mm^{-1}$ and average value was $163.4Mm^{-1}$. The peak concentrations of ultrafine particles and accumulation mode particles were simultaneously recorded between 6:00 and 9:00 A.M., indicating the effect of vehicle emissions which are major air pollution sources in the urban atmosphere. On average, the number concentration of ultrafine particles was 1.4 times higher than that of accumulation mode particles, although it was a little higher during the morning peak time. The variation of aerosol scattering coefficient was in good agreement with that of accumulation mode particle number concentration rather than that of ultrafine particle number concentration.g coefficient was in good agreement with that of accumulation mode particle number concentration rather than that of ultrafine particle number concentration.
Correlation between microstructural features and segregation of elements (Si, Mn, P and S) near the mid of thickness in the base metal and the synthetic HAZ was investigated. Furthermore, the relationship between the degree of center segregation and weld cold cracking susceptibility in the thickness direction was also conducted by evaluating the effect of P concentration on the critical applied stress. The results obtained are as follows: 1) Pearlite band, containing the MnS type inclusion and a locally transformed structure with a higher hardness, was observed in the center segregation region. 2) By the weld thermal cycle, center segregation region was transformed to the white band which had a higher hardness than that of base metal due to a greater hardenability of concentrated Mn, P etc.. 3) Weld cold cracking susceptibility in the thickness direction was mainly dependent on the concentration of impurity elements rather than on the number of the segregated particles near the mid of thickness. 4) During welding, the higher concentrated region was easily changed into white band. Therefore, it could be predicted that the initiation and propagation of a cold crack would be promoted by increasing the restraint stress and hydrogen content.
In this study, measurements of size-segregated particulate matter (PM) emitted from the combustion of rice straw, pine needles, and sesame stem were conducted in a laboratory chamber. The collected samples were used to analyze amounts of organic and elemental carbon (OC and EC), water-soluble organic carbon (WSOC), humic-like substances (HULIS), and ionic species. The light absorption properties of size-resolved water extracts were measured using ultraviolet-visible spectroscopy. A solid-phase extraction method was first used to separate the size-resolved HULIS fraction, which was then quantified by a total organic carbon analyzer. The results show that regardless of particle cut sizes, the contributions of size-resolved HULIS ($=1.94{\times}HULIS-C$) to PM size fractions ($PM_{0.32}$, $PM_{0.55}$, $PM_{1.0}$, and $PM_{1.8}$) were similar, accounting for 25.2-27.6, 15.2-22.4 and 28.2-28.7% for rice straw, pine needle, and sesame stem smoke samples, respectively. The $PM_{1.8}$ fraction revealed WSOC/OC and HULIS-C/WSOC ratios of 0.51 and 0.60, 0.44 and 0.40, and 0.50 and 0.60 for the rice straw, pine needle, and sesame stem burning emissions, respectively. Strong absorption with decreasing wavelength was found by the water extracts from size-resolved biomass burning aerosols. The absorption ${\AA}ngstr{\ddot{o}}m $ exponent values of the size-resolved water extracts fitted between 300 and 400 nm wavelengths for particle sizes of $0.32-1.0{\mu}m$ were 6.6-7.7 for the rice straw burning samples, and 7.5-8.0 for the sesame stem burning samples. The average mass absorption efficiencies of size-resolved WSOC and HULIS-C at 365 nm were 1.09 (range: 0.89-1.61) and 1.82 (range: 1.33-2.06) $m^2/g{\cdot}C$ for rice straw smoke aerosols, and 1.13 (range: 0.85-1.52) and 1.83 (range: 1.44-2.05) $m^2/g{\cdot}C$ for sesame stem smoke aerosols, respectively. The light absorption of size-resolved water extracts measured at 365 nm showed strong correlations with WSOC and HULIS-C concentrations ($R^2=0.89-0.93$), indicating significant contribution of HULIS component from biomass burning emissions to the light absorption of ambient aerosols.
In this study, the ionic composition of volcanogenically derived particles and their temporal and spatial distributions have been investigated to evaluate the impact of the volcanic eruption on the local ecosystem and residents. To this end, an intensive field study was conducted to measure the size-segregated particulate matters at the east part of Sakurajima in Japan. Fractionated sampling of particles into > $PM_{10}$, $PM_{10-2.5}$, and $PM_{2.5}$ was made by a multi nozzle cascade impactor (MCI). The concentration of various ions present in the size-resolved particles was determined by Ion chromatography. The time dependent 3-dimensional Volcanic Ash Forecast Transport And Dispersion (VAFTAD) model developed by the NOAA Air Resources Laboratory (ARL) indicated that the sampling site of this work was affected by the volcanic aerosol particles plume. The temporal distributions of sulfate and $PM_{2.5}$ during the field campaign were significantly variable with important contributions to particle mass concentration. The chlorine loss, suspected to be caused by acidic components of volcanic gases, occurred predominantly in fine particles smaller than $10\;{\mu}m$.
The present study is concerned with the effect of PM process variables on the microstructure by using atomized superalloy powders. It is suggested that the inhomogeneity of composition is strongly dependent on the process variables. The contents of segregation elements of plasma rotating electrode process (PREP) powders are larger than those of Ar atomization (AA) powders. As HIP treatment temperature in-increases, the secondary phases on the prior particle boundaries (PPB) have continuous,uniform distribution and high density, but the amount of PPB decreases suddenly at 1150$^{\circ}$C. Segregated phases on the PPB are identified to be MC type carbide. Brittle MC type carbides on the PPB provide fracture initiation sites and preferred fracture path, thereby leading to intergranular type brittle fracture.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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