Authors:	Nillius, Björn
Title:	Entwicklung, Aufbau und Messungen eines schnellen Eiskeimzählers
Online publication date:	16-Dec-2008
Year of first publication:	2008
Language:	german
Abstract:	Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuer Eiskeimzähler FINCH (Fast Ice Nucleus CHamber) entwickelt und erste Messungen von verschiedenen Testaerosolen im Labor und atmosphärischem Aerosol durchgeführt. Die Aerosolpartikel bzw. Ice Nuclei IN werden bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt und Übersättigungen in Bezug auf Eis zum Anwachsen zu Eiskristallen gebracht, um sie mittels optischer Detektion zu erfassen. In FINCH ist dies durch das Prinzip der Mischung realisiert, wodurch eine kontinuierliche Messung der IN-Anzahlkonzentration gewährleistet ist. Hierbei kann mit sehr hohen Sammelflussraten von bis zu 10 l/min gemessen werden. Ebenso ist ein schnelles Abfahren von verschiedenen Sättigungsverhältnissen in Bezug auf Eis in einem weiten Bereich von 0.9 - 1.7 bei konstanten Temperaturen bis zu −23 °C möglich. Die Detektion der Eiskristalle und damit der Bestimmung der IN-Anzahlkonzentration erfolgt über einen neu entwickelten optischen Sensor basierend auf der unterschiedlichen Depolarisation des zurückgestreuten Lichtes von Eiskristallen und unterkühlten Tropfen. In Labermessungen wurden Aktivierungstemperatur und -sättigungsverhältnis von Silberjodid AgI und Kaolinit vermessen. Die Resultate zeigten gute Übereinstimmungen mit Ergebnissen aus der Literatur sowie Parallelmessungen mit FRIDGE (FRankfurt Ice Deposition freezinG Experiment). FRIDGE ist eine statische Diffusionskammer zur Aktivierung und Auszählung von Eiskeimen, die auf einem Filter gesammelt wurden. Bei atmosphärischen Messungen auf dem Jungfraujoch(Schweiz) lagen die IN-Anzahlkonzentrationen mit bis zu 4 l−1 im Rahmen der aus der Literatur bekannten Werte. Messungen der Eiskristallresiduen von Mischwolken zeigten hingegen, dass nur jedes tausendste als Eiskeim im Depositionsmode aktiv ist. Hier scheinen andere Gefrierprozesse und sekundäre Eiskristallbildung von sehr großer Bedeutung für die Anzahlkonzentration der Eiskristallresiduen zu sein. Eine weitere Messung von atmosphärischem Aerosol in Frankfurt zeigte IN-Anzahlkonzentrationen bis zu 30 l−1 bei Aktivierungstemperaturen um −14 °C. Die parallele Probenahme auf Siliziumplättchen für die Messungen der IN-Anzahlkonzentration in FRIDGE ergaben Werte im gleichen Anzahlkonzentrationsbereich. Within the scope of this work a new ice nuclei counter FINCH(Fast Ice Nucleus CHamber) was developed and first measurements of different test aerosol and atmospheric aerosol were carried out. Aerosol particle respectively ice nuclei IN grow to ice crystals in the instrument at temperature below frost-point and super-saturation with respect to ice, to count and classify their phase with an optical detector. Within FINCH supersaturated conditions are realized with the principle of mixture, whereby it is ensured to get a continuous measurement of the IN-number concentration. It is possible to measure with a very high sample flow rate up to 10 l/min. Furthermore a fast scan of different saturation ratios with respect to ice in a wide range of 0.9 - 1.7 at constant temperature down to −23 °C is possible. The detection of the ice crystals and so the measurement of the IN-number concentration is done by a new developed optical sensor based on the different depolarisation of the backscattered light of ice crystal and super-cooled droplets. In laboratory measurement the activation temperatures and saturation ratios of silver iodide AgI and caolinite were measured. The results show good agreement with literature data and parallel measurements with FRIDGE (FRankfurt Ice Deposition freezinG Experiment). FRIDGE is a static diffusion chamber for activation and counting the ice nuclei, which were sampled on filters. During Atmospheric measurements at the Jungfraujoch(Switzerland) the IN-number concentration were up to 4 l−1 and so in the range of literature data. Measurements of ice crystal residuals of mixed clouds show on the other hand, that only one of thousand is active as an IN in the deposition mode. Here other freezing processes and secondary ice nucleation seem to have a high impact for the number concentration of the ice crystal residual. A further measurement of atmospheric aerosol in Frankfurt showed IN-number concentration up to 30 l−1 at an activation temperature of −14 °C. The parallel sampling on silicon wafer for the measurements in FRIDGE yield to IN-number concentration values in the same range.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-3212
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-18115
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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