Mass Spectrometry Studies on Vapours Forming Atmospheric Aerosol Particles

Show simple item record

dc.contributor Helsingin yliopisto, matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta fi
dc.contributor Helsingfors universitet, matematisk-naturvetenskapliga fakulteten sv
dc.contributor University of Helsinki, Faculty of Science, I en
dc.contributor Ilmakehätieteiden tohtoriohjelma fi
dc.contributor Doktorandprogrammet i atmosfärvetenskap sv
dc.contributor Doctoral Programme in Atmospheric Sciences en
dc.contributor.author Garmash, Olga
dc.date.accessioned 2020-11-30T05:24:56Z
dc.date.available 2020-12-05
dc.date.available 2020-11-30T05:24:56Z
dc.date.issued 2020-12-15
dc.identifier.uri URN:ISBN:978-952-7276-48-8
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10138/322100
dc.description.abstract Aerosol particles present in the atmosphere can affect climate, visibility and human health. Low-volatility vapours form a large fraction of aerosol particles through gas-to-particle conversion. Our knowledge of chemical composition of low-volatility vapours has greatly improved in recent years with the development of more sensitive analytical tools. It is now widely accepted that in addition to sulphuric acid (SA), bases (e.g., ammonia and amines) and ions, which have been identified already a decade ago, highly oxygenated organic molecules (HOM) are crucial for the first steps of particle formation and growth. The main goal of this thesis was to identify which organic and inorganic vapours contribute to atmospheric particle formation in different environments. In this thesis, I aimed to 1) determine the role of HOM and SA in forming clusters and particles in the boreal forest; 2) identify the aerosol precursor vapours in a megacity; and 3) determine HOM composition and yield in laboratory oxidation of selected compounds emitted from these two environments. The primary tool that I used for investigating the vapours and clusters was an atmospheric pressure interface time-of-flight mass spectrometer (APi-TOF). It was applied to detect either natural ions or, when equipped with a nitrate chemical ionisation, electrically neutral vapours. To achieve the aims of the thesis, we conducted measurements at a boreal forest station in Finland and in Shanghai, China. In addition, we performed laboratory experiments in a flow reactor and an atmospheric simulation chamber. In the boreal forest, we observed that neutral HOM and SA concentrations influenced the composition of natural negatively charged clusters. Specifically, the ratio between HOM and SA controlled which chemical pathway initiated charged particle formation at this site. In contrast, by comparing our Shanghai observations to laboratory studies, we could conclude that SA-dimethylamine clustering initiated the formation of particles and their initial growth. In the laboratory experiments, we studied HOM formation in oxidation of sesquiterpenes and aromatics, which are emitted from the boreal forest and human activity, respectively. Both experiments showed that HOM formed at high yields. In aromatic oxidation, multi-step oxidation reactions were very important in HOM formation. The results of this thesis increased our understanding of vapours that participate in secondary aerosol formation in the atmosphere. Finally, the results underlined the utmost importance of combining ambient investigations with laboratory experiments in atmospheric science. en
dc.description.abstract Ilmakehän pienhiukkaset vaikuttavat ilmastoon, näkyvyyteen sekä terveyteen. Suuri osa näistä pienhiukkasista muodostuu heikosti haihtuvista höyryistä kaasu-hiukkasmuunnoksen kautta. Tiedämme näistä höyryistä huimasti enemmän kuin ennen viime vuosien mittalaitekehityksen ansiosta. Rikkihapon, emästen ja ionien, joiden tiedettiin vaikuttavan hiukkasmuodostukseen jo vuosikymmen sitten, lisäksi nykyään tiedetään, että myös korkeasti hapettuneet orgaaniset molekyylit (engl. highly oxygenated organic molecules, HOM) ovat tärkeitä hiukkasten muodostumisen ja kasvun kannalta. Tässä väitöskirjassa tutkin, mitkä orgaaniset ja epäorgaaniset höyryt ottavat osaa hiukkasten muodostumiseen erilaisissa ympäristöissä. Tässä väitöskirjatyössä pyrin 1) selvittämään HOM-yhdisteiden ja rikkihapon vaikutuksen molekyyliryppäiden ja pienhiukkasten muodostukseen havumetsän yllä, 2) määrittämään pienhiukkasia muodostavat aineet suurkaupungissa, ja 3) määrittämään laboratoriokokeissa HOM-yhdisteiden koostumuksen ja muodostumistehokkuuden näitä ympäristöjä edustavista yhdisteistä. Pääasiallinen väitöskirjassa käytetty mittalaite oli ilmanpaineliitäntäinen lentoaikamassaspektrometri (engl. atmospheric pressure interface time-of-flight mass spectrometer, APi-TOF). Sitä käytettiin sekä luonnollisesti varautuneiden höyryjen ja molekyylirypäiden havaitsemiseen, että, kemiallisen ionisaation suulakkeella varustettuna, sähköisesti neutraalien höyryjen havaitsemiseen. Käytimme näitä mittalaitteita suomalaisessa havumetsässä, sekä Shanghain megakaupungissa Kiinassa. Näiden kenttämittausten lisäksi käytimme samoja laitteita laboratoriokokeissa, niin virtausputkimittauksissa kuin ilmakehää simuloivassa kammiossakin. Havaitsimme, että havumetsässä mitatut, neutraalit HOM-yhdisteet ja rikkihappo vaikuttivat myös sähköisesti varattujen ionien koostumukseen. HOM-rikkihappo-suhde määritti, mikä mekanismi aloitti varattujen hiukkasten muodostumisen. Shanghaissa havaitsimme, laboratoriotuloksiin vertaamalla, että rikkihappo-dimetyyliamiini-ryvästyminen aloitti hiukkasmuodostuksen. Laboratoriossa tutkimme seskviterpeenien ja aromaattisten yhdisteiden muodostamia HOM-yhdisteitä. Näistä ensimmäistä pääsee ilmaan havumetsistä, ja toista ihmistoimien kautta. Havaitsimme kummastakin muodostuvan reippaasti HOM-yhdisteitä, ja että aromaattisten yhdisteiden tapauksessa monivaiheinen hapetus oli erittäin tärkeää yhdisteiden muodostumiselle. Väitöskirjan tulokset lisäävät ymmärrystämme höyryistä, jotka muodostavat pienhiukkasia ilmakehässä. Ne myös osoittavat kenttä- ja laboratoriomittauksien yhdistämisen tärkeyden ilmakehätieteissä. fi
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en
dc.publisher Helsingin yliopisto fi
dc.publisher Helsingfors universitet sv
dc.publisher University of Helsinki en
dc.relation.isformatof URN:ISBN:978-952-7276-47-1
dc.relation.isformatof Helsinki: Helsingin Yliopisto, 2020, Report Series in Aerosol Science
dc.rights Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty. fi
dc.rights This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited. en
dc.rights Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden. sv
dc.subject atmospheric Science
dc.title Mass Spectrometry Studies on Vapours Forming Atmospheric Aerosol Particles en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Doktorsavhandling (sammanläggning) sv
dc.ths Ehn, Mikael
dc.ths Rissanen, Matti P.
dc.opn Hamilton, Jacqueline
dc.type.dcmitype Text

Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
garmash_olga_dissertation_2020.pdf 2.133Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record