High Resolution Aerosol Mass Spectrometer (HRToF-AMS)

Tehcnical Specifications

Dimensions in cm: 105 x 61 x 135

Weight: about 170 Kg. (about 280 Kg in its shipping box)

Universal Power Supply: 110VAC/60Hz o 220VAC/50 Hz

Vacuum System operates at 24 VDC

Electric power: about 600W

Granulometric Classification and Chemical Analysis of Sub-micronic Aerosol Particles

Aerodynamic Range: 40 nm – 1 µm

ToFMS: The spectrometer during flight time can work in low-resolution configuration (V) or high resolution (W):

 Limit of Detection   Resolution

  Mass Range

  µg/m3
HR-ToF-AMS (V-mode)   0.003

  Unitaria (1000)

  1-1200
HR-ToF-AMS (W-mode)   0.05   4000   1-1200

Detection limits are determined every minute with a three to one S/N ratio. Limits are calculated using nitrate ions, and the collection efficiency for each chemical compound can be determined by referring to a database. In this database, each organic and inorganic species has been measured in relationship to Ammonium Nitrate. This inorganic compound has been selected due to its chemical reactivity in aerosol, and because it is used for calibrating the instrument. Detection limits depend on the operation mode of the HR-ToF-AMS, but for nitrates they are about 3 ng/m3 (in V-mode) and 30 ng/m3 (in W-mode). Organic species show detection limits about 10 times higher for both modes, sulfates show 2 to 4 times the limits, and ammonium 5 to 10 times.

Parameters Measured and Output Formats:

All modifications are provided in HDF (Hierarchical Data Format) and applications are run using IGOR Pro 6.2

  • The distribution of aerodynamic aerosols ranges from 40nm – 1 micron
  • Parameters measured include spectral mass data for inorganic substances (nitrates, sulfates, ammonium) and speciation of organic substances for classes of compounds (saturated and unsaturated hydrocarbons, oxygenated hydrocarbons, etc..)
  • The instrument can determine the composition of elements (O: C, H: C)

The instrument is portable and can be placed in vans and on small platforms. Due to its high acquisition speed, the instrument can create high-resolution maps using commerical-sized airliners.

By acquiring vertical profiles, it is possible to study the correlation between an aerosol’s chemical composition and the optical properties of the particulates.

For example, the AMS is able to determine information relating to the hygroscopicity of particular matter, as moisture will affect its optical properties. As a result, the AMS is able to instantly determine not only the water content but also the presence of other chemical species. In this way one can calibrate images by satellite or by remote sensing, to generally improve what these images can offer in regard to chemical composition.

In addition, in laboratory tests the AMS evaluates kinetic formations of particulate matter, and it can evaluate secondary phenomena like adsorption of chemical species on atmospheric particles.

High Resolution Aerosol Mass Spectrometer (HRToF-AMS)

Caratteristiche tecniche

Dimensioni in cm: 105 x 61 x 135

Peso: circa 170 Kg. (con box trasporto circa 280 Kg)

Alimentazione universale 110VAC/60Hz o 220VAC/50 Hz

Sistema da vuoto operante a 24 VDC

Potenza elettrica: circa 600W

Classificazione granulometrica ed analisi chimica di aerosol sub-micronici

Range aerodinamico: 40 nm – 1 µm

ToFMS: Lo spettrometro a tempo di volo può lavorare in configurazione a bassa risoluzione (V) o ad alta risoluzione (W):

  Limite di rilevabilità   Risoluzione

  Range di massa

  µg/m3
HR-ToF-AMS (V-mode)   0.003

  Unitaria (1000)

  1-1200
HR-ToF-AMS (W-mode)   0.05   4000   1-1200

 Limiti di rilevabilità determinati acquisendo1minuto e con un rapporto S/N 3/1. Il limite è calcolato sullo ione nitrato (per le specie organiche si ha una rilevabilità 1 volta inferiore, per il solfato 2 volte inferiore mentre l’ammonio è 20 volte inferiore).

Parametri misurati e formati di output

Tutte le elaborazioni sono fornite in formato HDF (Hierarchical Data Format) ed eseguite tramite applicativi IGOR Pro 6.2

  • Distribuzione aerodinamica degli aerosols nel range 40nm – 1µm
  • Spettri di massa di sostanze inorganiche (nitrate, solfati, ammonio) e speciazione di sostanze organiche per classi di composti (idrocarburi saturi e insaturi, idrocarburi ossigenati ecc.)
  • Determinazione della composizione elementare  (O:C, H:C)

Lo strumento è trasportabile e può essere posizionato su furgoni ma anche su piccole piattaforme aeree. Avendo elevate velocità di acquisizione  è possibile effettuare una mappatura ad alta risoluzione anche su aerei di linea.

Attraverso l’acquisizione di profili verticali si possono studiare le correlazioni tra la  composizione chimica dell’aerosol e le proprietà ottiche del particolato.

Ad esempio, è stato già osservato che l’umidità presente sul particolato influenza notevolmente le proprietà ottiche e l’AMS è in grado di determinare all’istante non soltanto il contenuto in acqua ma anche di altre specie chimiche, così da dare informazioni sulla igroscopicità del particolato. In tal modo si possono calibrare le immagini da satellite o in generale da telerilevamento per migliorare le informazioni che tali immagini possono dare riguardo la composizione chimica.

Inoltre l’AMS, in prove di laboratorio, può valutare cinetiche di formazione di particolato secondario e fenomeni di adsorbimento di specie chimiche su particolato atmosferico.