Entwicklung und Anwendung eines gekoppelten Thermodesorption/Photoionisations-Massenspektrometers für die Bestimmung der Beschaffenheit der kohlenstoffhaltigen Fraktion und des oligomeren/polymeren Gehalts von Umweltaerosol

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Zimmermann
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 38396693

Ein besseres Verständnis der chemischen Zusammensetzung kohlenstoffhaltiger Bestandteile des troposphärischen Aerosols ist für die Klima- und Gesundheitsforschung von großer Wichtigkeit. Neuere Untersuchungen zeigen, dass neben leicht- und mittelflüchtigen organischen molekularen Verbindungen und eher „elementaren“ Kohlenstofffraktionen (EC) auch polymere (z.B. huminstoffartige Substanzen) sowie hochpolare, polyfunktionelle Verbindungen (z.B. Zuckerderivate) im Umweltaerosol vorkommen. Dieses gilt im besonderen Maße auch für sekundäre, kohlenstoffhaltige Aerosolpartikel (SOA). Die schwerflüchtigen organischen Aerosolbestandteile sind analytisch bisher kaum erfassbar. Mit innovativen thermischen Methoden zur Bestimmung von EC- und OC-Fraktionen, bei denen der kohlenstoffhaltige Anteil von PM-Filterproben in einer Reihe von Temperaturstufen von ca. 100 bis 850 °C freigesetzt wird (durch Desorption, pyrolytisch und schließlich oxidativ) kann unterschiedlich chemisch gebundener Kohlenstoff in Form von unspezifischen Summenparametern nachgewiesen werden. Gegenstand des beantragten Projektes ist die Entwicklung eines neuen analytischen Verfahrens, bei dem die thermoanalytische Methode zur Freisetzung der kohlenstoffhaltigen Moleküle bzw. Pyrolyseprodukte mit einem neuen Photoionisations- Massenspektrometer gekoppelt wird (weiche Ein- und Mehrphotonenionisation, SPI und REMPI). Dadurch wird eine direkte chemische Analyse der freigesetzten Produkte möglich. Mit erfolgreichen Vorversuchen im Temperaturbereich bis 340 °C wurde gezeigt, dass sowohl molekulare PM Bestandteile, wie z.B. polyzyklische Aromaten, als auch Pyrolyseprodukte von polymeren Aerosolbestandteilen nachweisbar sind. Nach der Entwicklung und Optimierung des neuen Verfahrens wird, neben u.a. der verbesserten Beschreibung von oligomeren und polymeren Fraktionen des kohlenstoffhaltigen PM-Anteils, auch versucht werden, anthropogene und biogene Anteile im SOA zu unterscheiden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen