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Artéfacts négatifs lors dʼun prélèvement par filtration de PM2,5 sur un site de fond urbain : désorption et réactivité des Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)

Negative artefacts of PM2.5 collected on filters at an urban background site: desorption and reactivity of Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH)

Giovanni Mirivel, Vincent Crenn, Véronique Riffault, Jean-Claude Galloo et Denis Petitprez

p. 413-414

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Résumé

Un préleveur à bas débit a été mis en place sur un site de fond urbain à Douai permettant lʼéchantillonnage quasi simultané de particules fines PM2,5 sur 12 filtres. Les filtres ont ensuite été artificiellement vieillis au laboratoire durant un temps plus ou moins long à lʼaide dʼun dispositif expérimental simulant un prélèvement par filtration bas-débit (10 L min–1) mais pour lequel les conditions (température, humidité relative, concentration en gaz polluant) sont contrôlées. Les concentrations mesurées après exposition ont été comparées à celles obtenues pour des filtres nʼayant subi aucune exposition supplémentaire après collecte.
La désorption de 10 HAP semi-volatils et non volatils adsorbés sur les particules réelles, et la réactivité vis-à-vis de lʼozone et du dioxyde dʼazote de 8 dʼentre eux ont été étudiées. Les résultats obtenus ont mis en évidence les artéfacts négatifs de prélèvement (conduisant à une sous-estimation des concentrations) liés à ce type de prélèvement, et leur ampleur. Ils montrent également quʼune partie des HAP est piégée au sein de la matrice, et précisent les conditions environnementales pour lesquelles ces artéfacts sont minimisés. Les résultats obtenus sont en bon accord avec des expériences similaires menées sur le terrain pour des aérosols urbains.

Abstract

Filtration is frequently used to sample ambient aerosol with a subsequent solid adsorbent to collect the gas phase. This type of sampling induce artifacts due to long sampling periods (several hours) or large volumes of air sampled. In particular, PAHs associated with the particulate phase may volatilize or react with common pollutants present in ambient air (O3, NO2) leading to an underestimation of their concentrations in the particulate phase (negative artifacts).
Fine particles were simultaneously sampled on 12 filters at an urban background site in Douai, France, with a low-volume sampler. Each filter was then artificially aged in a device developed in the laboratory which simulates a low-flow filtration sampling under controlled conditions (temperature, relative humidity, pollutant concentration).
A screening study using experimental design showed the influence of ambient temperatures and relative humidities on the concentrations of PAHs with 4 or less aromatic cycles; it also showed those parameters had no effect on heavier PAHs (5-6 rings) in these conditions. Low volatility PAHs do not suffer significant losses during the ageing process while the more volatile ones may exhibit exponential decays as a function of temperature (10-40 °C) and relative humidity (< 5%-70%). A threshold effect was observed, suggesting that only a fraction of PAHs present on the surface of the particles is undergoing desorption processes.
Losses of particulate PAHs were also observed during the controlled exposure of filters to ambient concentrations of ozone (~ 30 ppb). This reactivity effect has been investigated in detail over a large concentration range (up to 470 ppb). A similar study regarding the nitrogen dioxide reactivity towards particulate PAHs showed no significant losses for NO2 concentration reaching 50 ppb.
In both cases, no significant influence of the matrix was found. PAHs on the surface of the particles seem to be effec tively oxidized at relatively short exposure times (a few hours) while molecules present into the matrix are protected from subsequent reactions. Results are in good agreement with similar field studies on urban aerosols.

Entrées d'index

Mots-clés : Artéfacts de prélèvement, Chromatographie Liquide Haute Performance, Extraction par fluide pressurize, Matière organique particulaire, Vieillissement

Keywords: Chemical aging, High Performance Liquid Chromatography, Particulate organic matter, Pressurized fluid extraction, Sampling artefacts

Pour citer ce document

Référence papier : Giovanni Mirivel, Vincent Crenn, Véronique Riffault, Jean-Claude Galloo et Denis Petitprez « Artéfacts négatifs lors dʼun prélèvement par filtration de PM2,5 sur un site de fond urbain : désorption et réactivité des Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) », Pollution atmosphérique, N° 212, 2011, p. 413-414.

Référence électronique : Giovanni Mirivel, Vincent Crenn, Véronique Riffault, Jean-Claude Galloo et Denis Petitprez « Artéfacts négatifs lors dʼun prélèvement par filtration de PM2,5 sur un site de fond urbain : désorption et réactivité des Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) », Pollution atmosphérique [En ligne], N° 212, mis à jour le : 25/01/2013, URL : http://lodel.irevues.inist.fr/pollution-atmospherique/index.php?id=405, https://doi.org/10.4267/pollution-atmospherique.405

Auteur(s)

Giovanni Mirivel

Université Lille Nord de France – F-59000 – Lille – France
École des Mines de Douai – Département Chimie et Environnement – BP 10838 – F-59508 – Douai – France

Vincent Crenn

Université Lille Nord de France – F-59000 – Lille – France
École des Mines de Douai – Département Chimie et Environnement – BP 10838 – F-59508 – Douai – France

Véronique Riffault

Université Lille Nord de France – F-59000 – Lille – France
École des Mines de Douai – Département Chimie et Environnement – BP 10838 – F-59508 – Douai – France

Jean-Claude Galloo

Université Lille Nord de France – F-59000 – Lille – France
École des Mines de Douai – Département Chimie et Environnement – BP 10838 – F-59508 – Douai – France

Denis Petitprez

Université Lille Nord de France – F-59000 – Lille – France
Laboratoire de Physico-Chimie des Processus de Combustion et de l’Atmosphère (PC2A) – UMR CNRS 8522 – F-59655 –Villeneuve-d’Ascq – France