De stikstofdioxide-sonde

Stikstofdioxide is een zeer verontreinigende stof voor mens/dier en milieu en is een steeds groter wordend probleem. Hoge concentraties stikstofdioxide kunnen onder anderen de ademhaling verstoren, longoedeem veroorzaken en kan leiden tot de afbraak van het zenuwstelsel. Stikstofdioxide is een indirect broeikasgas en speelt een hoofdrol in de productie van fotochemische smog en troposferisch ozon.

Stikstofdioxide wordt vanaf de grond met spectrometers en vanuit de ruimte met satellieten gemonitord, waarbij de totale kolom stikstofdioxide in de atmosfeer bepaald wordt. Het is echter moeilijk om uit satellietmetingen de concentraties van stikstofdioxide vlak boven het aardoppervlak met hoge nauwkeurigheid te bepalen. Er zijn dus grondmetingen nodig met een hoge nauwkeurigheid, om de concentratie van stiktstofdioxide in de eerste kilometers van de atmosfeer te bepalen Een ander probleem is dat om een totale kolom stikstofdioxide uit de satellietmetingen te berekenen is het nodig om de hoogteverdeling van stikstofoxide te kennen.De metingen vanuit de sonde kunnen ook gebruikt worden om de satelliet metingen van de totale kolom te verbeteren.

Er wordt in deze afstudeeropdracht een methode ontwikkeld om stikstofdioxide te meten met een sonde aan een weerballon. Verschillende methodes uit de literatuur worden onderzocht op haalbaarheid en praktische uitvoerbaarheid. Uiteindelijk wordt de meest haalbare oplossing gekozen voor een methode met chemiluminisentie en een stikstofdioxide polystyreen sensor. De stikstofdioxide sonde wordt bevestigt aan een met helium gevulde ballon. In de sonde zit een reactievat welke een luminol (3-aminophthalhydrazide) oplossing bevat. Luminol raakt in aangeslagen toestand wanneer het in contact komt met een oxiderend medium (NO2), welke bij verval licht emitteert. Het geëmitteerde licht wordt gedetecteerd met een fotodiode, waarna de concentratie stikstofdioxide bepaald kan worden. Samen met een hoogte schaal, van de stijgende ballon kan het verticale profiel van stikstofdioxide tot een hoogte van ongeveer 20 kilometer bepaalt worden. Met deze gegevens kunnen andere grond instrumenten en satellieten gevalideerd worden.

Een andere methode die onderzocht is, is een polystyreen sensor. De techniek is gebaseerd op een elektrochemische cel, waarbij twee elektroden verbonden worden aan een stuk polystyreen. Er wordt gebruik gemaakt van een interdigitated elektrode, met een polystyreen coating. Stikstofdioxide vormt een evenwicht met distikstoftetraoxide (N2O4), welke in staat is om zichzelf te ioniseren tot het nitrosonium nitraat ion (ON+ -NO3-). Het transport van de lading vindt plaats door de zelfionisatie van distikstoftetraoxide, welke dient als zoutbrug op de sensor. De weerstand tussen de elektroden is een maat voor de hoeveelheid stikstofdioxide