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Técnica y enfoque teórico para cuantificar la higroscopicidad del aerosol que contiene carbono negro utilizando un fotómetro de hollín de una sola partícula

Publicado
2015

Se modificó un fotómetro de hollín de una sola partícula (SP2), un instrumento que mide el tamaño óptico y el contenido de masa de carbono negro refractario (BC) de partículas de aerosol individuales, para incluir un sistema de humidificación compacto, que se describe aquí. Esto permite la cuantificación de la absorción de agua por partículas que contienen BC, un proceso importante que puede afectar sus propiedades ópticas y su vida útil. Se desarrolló un marco teórico de Mie y κ-Köhler para relacionar los cambios medidos dependientes de la humedad en el tamaño óptico del aerosol BC con el parámetro de higroscopicidad (κ) del contenido no BC en las partículas (que es responsable de la absorción de agua por estas partículas). Se llevaron a cabo pruebas de laboratorio de este sistema experimental y teórico con partículas homogéneas que no absorben luz y partículas que contienen BC. La concordancia entre las predicciones teóricas y las medidas de laboratorio para los aerosoles homogéneos valida la metodología experimental. Para BC con una capa de sulfato de amonio de 70 nm de espesor, se observó una concordancia razonable (equivalente a ~20 % en κ) entre las mediciones y las predicciones teóricas en un intervalo de HR del 70 % al 90 %. Se configuraron dos SP2 para muestrear en paralelo, uno seco y otro humidificado, lo que permitió el monitoreo continuo de la absorción de agua por el aerosol que contiene BC. Se presentan mejoras operativas en la configuración del SP2 para optimizar la medición del tamaño óptico del aerosol que contiene BC y la consistencia entre los dos SP2. Este sistema voló en el avión de investigación DC8 de la NASA durante las campañas 2012 DC3 y 2013 SEAC4RS, proporcionando datos de ingeniería incluidos aquí que demuestran el rendimiento del sistema en condiciones de muestreo desafiantes. Finalmente, las tablas de búsqueda de dispersión SP2 utilizadas en las partes teóricas de este trabajo se proporcionan como referencia.

Schwarz, JP, A. E. Perring, MZ Markovic, RS Gao, S. Ohata, J. Langridge, D. Law, R. McLaughlin y DW Fahey (2015) Técnica y enfoque teórico para cuantificar la higroscopicidad del aerosol que contiene carbono negro usando un fotómetro de partículas individuales, JOURNAL OF AEROSOL SCIENCE 81:110-126.

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