Massenspektrometrische in-situ Messungen zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von natürlichem und anthropogenem Aerosol
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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.