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Authors: Hock, Barbara Nele
Title: Massenspektrometrische in-situ Messungen zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von natürlichem und anthropogenem Aerosol
Online publication date: 30-Jun-2005
Language : german
Abstract: Für die vorliegende Arbeit wurde die chemische Zusammensetzung von natürlichen und anthropogenen Aerosolpartikeln untersucht. Zu diesem Zweck wurde das Aerosolmassenspektrometer (AMS) der Firma Aerodyne, Inc. eingesetzt, womit neben den chemischen Substanzen auch die Massengrößenverteilungen der einzelnen Komponenten der Aerosolpartikel in einem Größenbereich zwischen 20 und 1500 nm quantitativ gemessen werden können. Im Rahmen der HAZE2002-Messkampagne am Meteorologischen Observatorium Hohenpeißenberg wurden die Aerosolpartikel aus natürlichen Quellen untersucht. Diese Partikel bestanden aus Sulfat, Nitrat, Ammonium und organischen Komponenten (Organics). Sulfat, Nitrat und Ammonium wiesen den gleichen Durchmesser auf, was auf eine interne Mischung dieser drei chemischen Substanzen in den Partikeln hinwies. Die Organics hatten einen kleineren Durchmesser, was auf jüngere Partikel hindeutete. Die Analyse der organischen Substanzen in den Aerosolpartikeln zeigte, dass diese zu einem großen Teil aus oxidierten Kohlenwasserstoffen bestanden, die während den Nachmittagsstunden gebildet wurden. Die thermische Abhängigkeit der Bildung von Ammoniumnitrat konnte sowohl gemessen als auch mit Hilfe Konzentrationsberechnungen nach [Seinfeld und Pandis, 1998] nachvollzogen werden. Die gemessene Partikelneubildung konnte auf die ternäre Nukleation naus H2SO4/H2O/NH3 zurückgeführt werden. Aerosolpartikel aus anthropogenen Quellen, wie z.B. der motorischen Verbrennung, wurden während der Messungen in Zusammenarbeit mit dem Ford Forschungszentrum in Aachen (FFA) untersucht. Nukleationspartikel (D 45 nm) konnten bei Experimenten auf dem Rollenprüfstand nur bei einer ausreichend hohen Verdünnung, einem hohen Schwefelgehalt im Kraftstoff und einem hohen Lastzustand nachgewiesen werden. Die Messungen an der Autobahn A4 ergaben eine bimodale Massengrößenverteilung der organischen Partikel, wobei die erste Mode Partikeln aus der motorischen Verbrennungen zugeschrieben werden konnte. Aufgrund der guten Charakterisierung stellt das AMS ein vielseitig einsetzbares Aerosolmessgerät dar, welches in einer hohen Zeitauflösung eine quantitative, größenaufgelöste chemische Analyse der zu messenden Aerosolpartikel bereitstellt.
In the present work the chemical composition of natural and anthropogenic aerosol particles has been investigated. For that purpose the aerosol mass spectrometer (AMS), developed by Aerodyne, Inc., were used. The AMS provides on-line quantitative measurements of the size and chemical composition of the non-refractory fraction of submicron aerosol particles. Within the scope of the HAZE2002 measurement campaign at the meteorological observatory of the Deutsche Wetterdienst (DWD) at Hohenpeißenberg aerosol particles from natural scourers have been measured. These particles were composed of sulfate, nitrate, ammonium and organic compounds (organics). Suflate, nitrate and ammonium particles were found to be internally mixed and represented by ammonium nitrate and ammonium sulfate. The organics particles had a smaller diameter, what could be an indication for younger particles. The organic compounds were mainly consisted of oxidized species, generated in the afternoon hours. The thermal dependence of the formation of ammonium nitrate particles could be measured as well as understood with concentration calculations by [Seinfeld and Pandis, 1998]. One nucleation event was observed, which was most likely triggered by ternary H2SO4/H2O/NH3 nucleation. Aerosol particles originated from anthropogenic sources like combustion could be investigated in corporation with the Ford research compony in Aachen. Nucleation particles (D 45 nm) could be observed both at the chassis dynanometer and by indiviudal car chasing. They were found to depend strongly on exhaust dilution conditions, high fuel sulfur content, and high engine load. The mass size distributions of the organics, measured at the motorway A4 were bimodal. The small particle mode could be clearly associated with particles from combustion. Due to the good characterization the AMS represents a multipurpose aerosol instrument, that provides a quantitative size-resolved chemical analysis in a high time resolution.
DDC: 530 Physik
530 Physics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-3831
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
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