Study of the nature and roles of peroxy radicals in the atmosphere towards the understanding of oxidant formation using laser-flash photolysis and LIF detection technique

par Koji Miyazaki

Thèse de doctorat en Optique et Lasers, Physico-Chimie, Atmosphère

Sous la direction de Yoshizumi Kajii et de Christa Fittschen.

  • Titre traduit

    Etude de la nature et du rôle des radicaux peroxydes dans l’atmosphère pour la compréhension de la formation des oxydants en utilisant des techniques de photolyse laser et de FIL


  • Résumé

    Les radicaux peroxydes RO2 (avec R = H ou CxHy) jouent un rôle important dans les cycles de photo-oxydation ayant lieu dans la troposphère. Ils sont produits principalement par l’oxydation des hydrocarbones et du monoxyde de carbone par les radicaux OH suivi de la réaction avec O2. Ils peuvent réagir avec NO pour former du NO2 qui est une source importante d’ozone troposphérique. Pour comprendre les mécanismes de génération de l’ozone troposphérique, des mesures précises et reproductibles des concentrations des radicaux peroxydes sont essentielles. A cela, des études de cinétiques, comme la mesure du temps de vie des radicaux peroxydes, sont nécessaires. Des études récentes ont montré des différences importantes entre les concentrations de radicaux peroxydes mesurées en air ambiant et celles calculées grâce aux modèles de chimie atmosphériques. Ceci peut être dû à des chemins réactionnels manquants et à l’incertitude sur les constantes de vitesses. Deux nouvelles techniques ont été développées afin d’examiner ces différences. La première technique permet la mesure sélective des radicaux HO2 et RO2 par la technique PERCA. Les radicaux HO2 sont ôtés sélectivement en utilisant un « glass denuder ». La seconde technique a pour but la mesure de la vitesse totale de disparition des radicaux HO2 dans l’atmosphère en utilisant la combinaison de la photolyse laser avec la FIL pour la détection de HO2. Les radicaux HO2 générés par photolyse laser réagissent avec les espèces réactives présentes dans l’air ambiant comme les NOx. La vitesse de disparition de HO2 est mesurée en utilisant la FIL à 308 nm après conversion chimique des HO2 grâce à l’ajout de NO.


  • Résumé

    Peroxy radicals RO2 (with R = H or CxHy) play an important role in the photo-oxidation cycles of the troposphere. They are produced mainly via the atmospheric oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide by OH radicals and subsequent reactions with O2. They can further react with NO to produce NO2, witch is an important reaction of tropospheric ozone generation. To understand the mechanism of this tropospheric ozone generation, precise and accurate measurements of ambient peroxy radical concentrations are essential. And not only atmospheric concentration measurements but also atmospheric kinetics studies such as lifetime measurements of peroxy radicals are necessary. Recent publications show big differences between measured peroxy radical concentrations and those calculated with chemical models. These could be caused by missing reaction pathways and uncertainties in reaction yields and rate constants. To investigate these missing reactions and the uncertainties in known peroxy radical reactions via ambient measurements, newly developed two instruments as described below are applied. One is a technique for the selective measurement of atmospheric peroxy radical concentrations of HO2 and RO2 using the PERCA technique. HO2 radicals are selectively removed by using a glass denuder to achieve the selective measurement. The other one is a technique for total HO2 loss rate measurement in the atmosphere by using laser-flash photolysis and LIF detection of HO2. Generated HO2 radicals by laser-flash photolysis react with ambient reactive species such as NOX in the reaction tube. HO2 loss is measured using LIF at 308 nm coupled with chemical conversion with NO.


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