Volatile organic compounds in the marine troposphere and surface oceans: methods, measurements and biogeochemical implications

• Main Author: Hudson, Edward
• Other Authors: Parisa A Ariya (Internal/Supervisor)
• Format: Thesis
• Language: English
• Published: McGill University 2010
• Subjects: Chemistry - Analytical; Fid; Nordic Seas; Subarctic; subarctique*
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=94991

Volatile organic compounds (VOCs), among them non-methane hydrocarbons (NMHCs) and low molecular weight carbonyl compounds (aldehydes and ketones), affect the oxidative capacity of the atmosphere and thus pollutant lifetimes and global climate. VOCs in the surface oceans may be transported into, or derived from, the atmosphere. This thesis describes the development and optimization of chromatographic and preconcentration methods to determine volatile organic compounds (VOCs) in surface seawater and marine air, and their use to explore VOC distribution and fluxes at the sea-air interface. It includes the first measurements of many carbonyl compounds in temperate and subarctic marine waters and the first estimates of fluxes of several aldehydes from the ocean surface into the marine atmosphere. Sea surface air, size-fractionated marine aerosols, and surface ocean water dissolved organic matter were simultaneously sampled in the Nordic seas. Nineteen C2-C7 NMHCs were quantified in the air samples. Site-to-site variability in NMHC concentrations was high, suggesting variable, local sources. The aerosols consisted mainly of inorganic marine material, but a culturable bacterium identified as Micrococcus luteus was also isolated from the 9.9 – 18 micrometre fraction, suggesting organic matter may be transferred from the surface oceans to the atmosphere by marine aerosols. Lastly, a number of VOCs, including acetone, were detected in the seawater samples using solid-phase microextraction (SPME), leading to the subsequent development of an SPME application for carbonyl compounds in seawater. A mobile, economical and solventless method for the detection and quantification of carbonyl compounds in seawater, a matrix of global importance, was developed. The compounds were derivatized using O-(2,3,4,5,6-pentafluorobenzyl)-hydroxylamine (PFBHA)and then pre-concentrated by SPME for gas chromatography with mass spectrometric (GC/MS) or flame ionization (GC-FID) detectio Les composés organiques volatils (COV), une classe de composés qui inclut les hydrocarbures non méthaniques (HCNM) et les composés carbonylés (aldéhydes et cétones) de faibles masses moléculaires, affectent la capacité oxydante de l'atmosphère et, par consequent, le temps de résidence des polluants de même que le climat à l'échelle globale. Les COV présents dans l'eau de surface océanique peuvent être transferés de l'océan vers l'atmosphère ou vice versa. Cette thèse décrit le développement et l'optimisation de méthodes chromatographiques et de pré-concentration pour la détermination des COV dans l'eau de mer et dans l'air marin, ainsi que leur utilisation dans l'exploration de la distribution des COV et leurs flux à l'interface air-mer. Les premières déterminations de la concentration de plusieurs composés carbonylés dans l'eau de mer tempérée et subarctique, de même que les premières estimations du flux de plusieurs aldéhydes de l'océan vers l'atmosphère marin sont aussi incluses. L'air de surface, de l'aérosol marin distribué en taille et de la matière organique dissoute présente dans l'eau de mer de surface ont été échantillonnés simultanément dans les mers nordiques. Dix-neuf hydrocarbures non méthaniques de C2 à C7 ont été quantifiés dans les échantillons d'air. Une grande variabilité dans les concentrations de HCNM mesurées d'un site à l'autre indique la présence de sources locales et variables. L'aérosol était composé principalement de matière inorganique d'origine marine, mais une bactérie cultivable, Micrococcus luteus, a été isolée à partir de la fraction des particules mesurant de 9,9 à 18 micromètres, ce qui suggère que le matière organique peut être transferée de l'océan à l'atmosphère par l' aérosol marin. De plus, certains COV, dont l'acétone, ont été détectés dans les échantillons d'eau de mer grâce à la technique de micro-extraction sur phase solide (