Atmosphärenchemie und Prozessaufklärung

Im Rahmen zahlreicher Feldstudien beteiligen wir uns an detaillierten physico-chemischen Charakterisierungen des atmosphärischen Multiphasensystems. Neben dem Einsatz konventioneller Messtechnik wurde unter anderem ein Probenahme- und Analysesystem entwickelt, das die gleichzeitige, zeitlich hochaufgelöste Messung reaktiver Spurenstoffe zur Ermittlung der Reservoirverteilung zwischen Gas- und Partikelphase gestattet (siehe folgendes Bild).

Dabei wird Probenluft durch einen Denuder im Parallel-Plate-Design geführt, an dessen Innenseite kontinuierlich ein stets frischer Film eines geeigneten Sorptionsmittels abläuft. Die Flüssigkeit mit den gelösten Spurengasen wird dann in ein Zwischengefäß überführt. Aufgrund ihres kleineren Diffusionskoeffizienten passieren die Partikel den Denuder und werden in einer sich anschließenden Aerosolkammer kontinuierlich mit Wasserdampf in Kontakt gebracht.
Dabei wird deren lösliche Fraktion in die Flüssigphase überführt und nach Abscheidung mittels Zyklon/Separator in ein weiteres Zwischengefäß gepumpt. Die Gefäße sind über Niederdruckventile mit einem 8-port-Hochdruckventil verbunden, an dem Aufkonzentriersäulen angeschlossen sind. Die Lösungen werden alternierend zunächst einer Aufkonzentrierung und dann einer ionenchromatographischen Bestimmung zugeführt. Bei einem Luftstrom von 10 L min-1 durch das System und einer Probenahmedauer von 30 min können atmosphärische Konzentrationen von 10 ng m-3 an anorganischen Säuren bzw. ihren partikulären Counterparts noch sicher erfasst werden. Mittels einer noch komplexeren Schaltung zur Probenteilung in Kombination mit einem weiteren Detektor konnte auch die zeitgleiche Analyse löslicher basischer Spezies realisiert werden. Mit diesem System konnte in Kombination mit weiteren Messungen an verschiedenen Orten Europas zum Beispiel die heterogene Chemie salpetriger Säure und deren Rolle in der atmosphärischen Photochemie untersucht (z.B. Acker et al., 2006 ( pdf, 222KB), 2007  ( pdf, 2,4MB)) sowie Prozess der Chlorentgasung von Seesalz detailliert studiert (z.B. Acker et al., 2010) werden.

Umweltrelevante Fragestellungen umfassen auch detaillierte Analysen anthropogen geprägter Prozesse. Neben umfangreichen Studien insbesondere zur verkehrsbedingten Feinstaubproblematik führten wir unter anderem Untersuchungen zur Biodieselkontamination auf Verkehrsoberflächen sowie zur Resttropfenbeladung in Reingasströmen nach Rauchgasentschwefelung in Kohlekraftwerken durch. Zur Untersuchung der gasförmigen und kondensierten Phase in Industrieprozessen wurden nach temperaturstabiler / kondensationsfreier Auskopplung Denuder zur reinen Trennung gasförmiger Spezies von partikulärem Material eingesetzt und danach mit Sprühsammlern bzw. Waschflaschen zur Aerosolprobenahme kombiniert (siehe Bild unten).

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