Grâce à sa construction durable et à sa taille compacte, le Vocus Elf PTR-TOF excelle en tant que moniteur mobile en temps réel pour mesurer les COV environnementaux.

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Caractérisation des émissions de COV à l'aide de laboratoires mobiles

Les chercheurs et les autorités réglementaires peuvent créer un laboratoire mobile pour cartographier les émissions chimiques et leur dispersion dans l’air dans diverses zones lorsqu’ils sont équipés des instruments appropriés.

Parallèlement à la cartographie directe, ces laboratoires mobiles peuvent localiser et « empreintes digitales » des sources ponctuelles, recueillir des informations sur les concentrations ambiantes et comprendre le cycle de vie réel des émissions de COV. Ces données révèlent des informations cruciales qui servent d’entrée à la modélisation de la qualité de l’air, aux politiques environnementales et aux études de santé publique.

La spectrométrie de masse à réaction de transfert de protons (PTR-MS) est une méthode établie de longue date utilisée dans diverses applications de laboratoires mobiles car elle facilite la mesure directe de l'air ambiant et est capable d'identifier et de localiser les COV individuels dans une matrice d'échantillons complexe. Plusieurs études utilisant les capacités d'un laboratoire mobile ont tiré parti du PTR-MS quadripolaire traditionnel (PTR-qMS), et les mesures acquises à l'aide de ces instruments sont fondamentales pour la constitution de la science atmosphérique moderne.

Vocus Elf PTR-TOF offre les mêmes avantages que la spectrométrie de masse à temps de vol Vocus PTR (haute sensibilité du réacteur Vocus PTR, vitesse de mesure à plusieurs Hz et mesure simultanée de toutes les masses) au niveau du prix, de la taille et des exigences de puissance du PTR- qMS.

Image vedette : Un véhicule électrique équipé d'un Vocus Elf PTR-TOF a circulé dans les rues de Thoune, en Suisse. La couleur et la hauteur des marqueurs affichés le long du trajet indiquent la concentration ambiante de toluène (C₇H₉⁺) à une vitesse de mesure de 4 Hz qui a été mesurée.

Méthodes

Pour cette enquête, un Vocus Elf a été placé sur le siège passager arrière d'une voiture électrique et fixé avec une sangle à cliquet (Figure 1). La voiture n'a subi aucune modification technique particulière et a pu être utilisée de série.

Une conduite PFA de 1/4 po a été passée à travers la fenêtre de toit de la voiture et attachée à une sonde d'échantillonnage longitudinale qui s'étendait sur le capot de la voiture ; cette configuration a été utilisée pour échantillonner les conditions de l’air extérieur.

Pour éliminer le risque que l'instrument échantillonne les émissions de la voiture au cours de l'étude, la totalité de l'énergie électrique a été utilisée tout au long de l'expérience (90 minutes) et le Vocus Elf a été alimenté par la batterie de la voiture.

Figure 1. Vocus Elf PTR-TOF installé dans un véhicule. Un tube d'échantillonnage PFA fixé à une sonde d'échantillonnage longitudinale sur le toit (visible dans le coin supérieur droit de l'image) a été connecté à l'entrée de l'instrument et à une petite pompe externe. Crédit d'image : TOFWERK

Ce chemin particulier a été tracé pour traverser plusieurs artères principales, ainsi que par la station officielle de surveillance de la qualité de l'air et d'autres sources ponctuelles clés telles que des stations-service, une usine de traitement des eaux et la gare.

Caractérisation spatiale des émissions de COV

Nombreux Points chauds de COV est immédiatement apparu aux opérateurs pendant le trajet. Une superposition du toluène mesuré sur une carte montre les points chauds proches des zones suivantes :

• Artères
• Les stations-service
• Intersections
• La gare

Les opérateurs ont découvert qu'il y avait parfois une concentration ambiante supérieure à 100 ppbv dans ces zones (comme indiqué sur l'image caractéristique). Des concentrations de BTX ont été détectées à des niveaux excessivement élevés à proximité d'un grand chantier de construction sur une route principale, comme le montre la figure 2. En général, des stations de surveillance fixes uniques ne peuvent pas détecter efficacement de grandes sources d'émissions transitoires comme celles-ci.

Un signal élevé a été observé sur plus de 100 ions intégrés en unité de masse, et des associations entre différents composés peuvent être appliquées pour déterminer les « empreintes digitales » chimiques ou la composition du profil COV de différentes sources.

Diverses sources le long du parcours ont été distinguées, notamment deux sources potentiellement différentes liées au trafic de combustion, une source abondante en toluène, une autre riche en acétone et une source contenant spécifiquement les m/Q 73, 91, 101 et 119 ; un profil distinctif d'aromatiques rend les sources de combustion identifiables.

Il a été supposé que la source de toluène pourrait être associée au chantier de construction. De plus, il a été émis l'hypothèse que COV détecté à m/Q 101 pourrait être de l'hexanal ou de la pentanedione émis par une clinique médicale voisine.

Figure 2. De fortes concentrations de BTX ont été observées à proximité d'un chantier de construction le long de l'Allmendstrasse. Une série chronologique de rapports de mélange est affichée dans le panneau supérieur et l'emplacement du point chaud est indiqué sur la carte dans le panneau inférieur. Crédit d'image : TOFWERK

Figure 3. Sources distinctes détectées à Thoune. La carte montre le trajet du laboratoire mobile à travers la ville, avec des couleurs et une intensité indiquant l'identité et l'abondance relative de chaque source. Les panneaux plus petits montrent l’empreinte spectrale de masse des COV de chaque source. Crédit d'image : TOFWERK

Remerciements

Produit à partir de matériaux initialement rédigés par Abigail Koss, Luca Cappellin et Christoph Gasser de TOFWERK.

Ces informations ont été obtenues, examinées et adaptées à partir de documents fournis par TOFWERK.

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