Methaanonderzoek - literatuurwaarde en eigen experiment
Interpretatie: deze flux hoort bij het verdwijnen van vloeistof/verdamping door het ventiel. Voor de
methaanhoeveelheid gebruiken we niet deze 102 mL direct, maar de gemeten methaanfractie in de
headspace.
B4. Headspacevolume
De headspace is de luchtlaag boven het water. Alleen het methaan dat uit het water ontsnapt en in die
luchtlaag terechtkomt, kan door de sensor worden gemeten. Daarom moet eerst het volume van die luchtlaag
worden bepaald.
V_headspace = A_bodem · h_lucht
V_headspace = 204 · 1,2 = 244,8 mL
B5. Arduino/MQ-4 sensor en methaanfractie
De MQ-4 sensor geeft geen direct volume methaan. Hij geeft een elektrische sensorrespons. Via Arduino wordt
die respons gelezen in stappen. Een Arduino Uno heeft een 10-bit ADC, dus de analoge spanning wordt in 1024
stappen verdeeld. De baseline (methaan in de lucht) is 27 stappen en een piekwaarde was 126 stappen. De
bijbehorende methaanfractie in de headspace is in de berekening gebruikt als 8,1%, oftewel 0,081.
10-bit ADC: 0 t/m 1023 stappen, dus 1024 mogelijke waarden
Spanning per stap ≈ 5,0 V / 1024 = 0,00488 V = 4,88 mV
Baseline = 27 stappen; piek = 126 stappen
Uitleg: de sensorstappen laten zien dat er een duidelijke stijging was.
B6. Methaanvolume in de headspace
Het volume puur methaan in de luchtlaag is de headspace vermenigvuldigd met de methaanfractie.
V_CH₄ = V_headspace · fractie_CH₄
V_CH₄ = 244,8 · 0,074 = 18,12 mL CH₄
Betekenis: er zat volgens de headspace-meting ongeveer 18,12 mL puur methaan in de luchtlaag boven het
monster.
B7. Controle met de ideale gaswet
De ideale gaswet is gebruikt als controle om het gemeten volume om te zetten naar mol en massa. Hierbij
moeten de eenheden bij elkaar passen: druk in atm, volume in liter, R in L·atm·mol⁻¹·K⁻¹ en temperatuur in
Kelvin.
pV = nRT ⇒ n = pV / RT
p = 1 atm, V = 0,01812 L, R = 0,08206, T = 284 K
n = (1 · 0,01812) / (0,08206 · 284) = 7,769e-04 mol CH₄
m = n · M = 7,769e-04 · 16,04 = 0,01246 g = 12,46 mg CH₄
Waarom Kelvin? In gaswetten moet de temperatuur absoluut zijn. Daarom wordt 11 °C omgerekend naar
ongeveer 284 K door 273 toe te voegen. Als in plaats daarvan 20 °C wordt aangenomen, verandert de massa
iets, maar de orde van grootte blijft ongeveer 12 mg methaan.
B8. Direct gemeten waarde per liter monster
Nu wordt de 18,12 mL methaan gedeeld door het beginvolume van het watermonster. Dit levert de direct
gemeten hoeveelheid methaan per liter water in de proefopstelling.