Física de la radiación

 

Capture of air particulate matter and gaseous Hg⁰ by ionic liquids analyzed by PIXE

 

M.A. Martínez-Carrillo^a, C. Solís^a, E. Andrade^a, M.A. Mondagón^b, G. Murillo^c, and B. Méndez^c

 

^a Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México, México, D.F., 04510, México.

^b Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada, Universidad Nacional Autónoma de México.

^c Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, Salazar, 50045, Edo. de México.

 

Recibido el 17 de enero de 2012;
aceptado el 3 de febrero de 2012

 

Abstract

Particle induced X-ray emission (PIXE) has been extensively employed to study the elements associated to air particulate matter (PM). However, the atmosphere is a very complex system and inorganic pollutants may be also in gaseous phases. Aerosol monitoring does not allow the determination of all the volatile inorganic compounds, since they are not retained in the filters, or if they are trapped, the analysis under vacuum results in a partial or total loss of them. In order to extend the applications of PIXE there is a need to develop new methods to simultaneously capture particulate matter and volatile substances.

Ionic liquids (IL) result from combinations of organic cations and anions that may be liquid at room temperature. The physicochemical characteristics of ILs allow them to absorb atmospheric trace metals present in solid and gaseous phases, a task normally performed with independent sampling methods. In this work we explored this capability of ILs as monitors of chemical species which can be found in the gas phase and as particulate matter. The tested ILs included 1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium-Hexafluorophosphate [BMIM][PF6] for PM and Hg capture; and 1-Butyl-3-methylimidazolium thiocyanate [BMIM][SCN] only for Hg capture. Elemental analysis of both experiments was performed by Particle Induced X-ray emission (PIXE). Changes in the molecular structure on BMIM PF6 due to the Hg binding were followed by infrared (IR) spectroscopy. [BMIM][PF6] proved to be successful as passive collector of PM. However when both were used for Hg capture, [BMIM][SCN] showed better selectivity. These preliminary results showed the potential of IL's for simultaneous uptake of PM and volatile inorganic compounds.

Keywords: Ionic liquids; passive monitoring; PIXE.

 

Resumen

La emisión de rayos X inducida por partículas (PIXE) se ha empleado ampliamente para estudiar los elementos asociados al material particulado suspendido en el aire (MP). Sin embargo, la atmósfera es un sistema muy complejo y los contaminantes inorgánicos pueden también estar en fase gaseosa. El monitoreo de aerosoles no permite la determinación de todos los compuestos inorgánicos volátiles, ya que no se conservan en los filtros, o se pierden durante el análisis al vacío. A fin de ampliar las aplicaciones de PIXE es necesario desarrollar nuevos métodos para capturar simultáneamente partículas y sustancias volátiles. Los líquidos iónicos (LI) se obtienen al combinar cationes orgánicos y aniones y pueden ser líquidos a temperatura ambiente. Las características fisicoquímicas de los ILs les permiten absorber metales traza presentes en el aire en fase sólida o gaseosa, una tarea que normalmente se realiza con métodos de muestreo independientes. En este trabajo exploramos esta capacidad de ILs como monitores de especies químicas presentes como gases o asociados a partículas. El IL usado para la captura de PM y Hg es el 1-Butyl-3-Methyl-Imidazolium-Hexafluorophosphate [BMIM] [PF6] y para la captura de Hg el 1-butil-3-methylimidazolium [BMIM] [SCN]. El análisis elemental en ambos experimentos se hizo con la técnica de PIXE. Los cambios en la estructura molecular del [BMIM][PF6] debido a la incorporación de Hg, se siguieron por espectroscopia infrarroja (IR). [BMIM][PF6] demostró para ser exitoso como colector pasivo de MP. Sin embargo cuando se usaron ambos para captura de Hg [BMIM] [SCN] mostró una mejor selectividad. Estos resultados preliminares mostraron el potencial de los LI para la captación simultánea de PM y compuestos inorgánicos volátiles.

Descriptores: Líquidos iónicos; monitoreo pasivo; PIXE.

 

PACS: 78.70.Ck; 61.25.hk

 

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Acknowledgments

This work was supported by DGAPA UNAM under grants IN112609 and IN219609.

 

References

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