Chemisches Ionisations-Massenspektrometer zur flugzeuggetragenen Messung der zentralen Vorläufergase für Aerosolnukleation und Kondensation

• Fachliche Zuordnung: Physik und Chemie der Atmosphäre
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531848360

Es wird vorgeschlagen, ein neues Großgerät für das Forschungsflugzeug HALO zu entwickeln, um die Schlüsselsubstanzen zu messen, die für die Bildung neuer Aerosolpartikel in der Atmosphäre verantwortlich sind, wobei die Aerosolnukleations- und Wachstumsprozesse untersucht werden. Die Messungen werden durch ein innovatives Chemisches Ionisations-Massenspektrometer (CIMS) realisiert, bei dem die Polarität jede Sekunde gewechselt werden kann. Daher können positive und negative Ionen mit einem einzigen CIMS-Instrument nahezu gleichzeitig gemessen werden, wodurch die wichtigsten Aerosolvorläufergase wie Ammoniak (NH3), Schwefelsäure (H2SO4), Salpetersäure (HNO3), verschiedene (hochgradig) oxidierte organische Substanzen (HOM) und andere Spurengase mit extrem hoher Empfindlichkeit gemessen werden. Ein Schwerpunkt der Entwicklung und ein großer Fortschritt gegenüber bisher verfügbaren Instrumenten wird die Detektion von Ammoniak bei Mischungsverhältnissen bis hinunter zu wenigen pptv sein. Das Instrument soll im Rahmen mehrerer zukünftiger wissenschaftlicher HALO-Missionen betrieben werden. Es ermöglicht die Identifizierung der wichtigsten Nukleator-Moleküle in der freien Troposphäre in Regionen wie der ATAL-Region (Asian Tropospheric Aerosol Layer), der Troposphäre über dem Südpolarmeer oder bei Nukleationsereignissen in anderen Regionen der Troposphäre in tropischen und außertropischen Breiten. Darüber hinaus sind Messungen in der Abgasfahne von Flugzeugen geplant, um die Emissionen und die Aerosolbildung für verschiedene Kraftstoffarten wie beispielsweise nachhaltige Flugkraftstoffe unter Flugbedingungen zu charakterisieren. Basierend auf unserem fundierten Wissen und unserer Expertise bei der Entwicklung von CIMS-Instrumenten für den flugzeuggetragenen Betrieb auf HALO, unserer umfassenden Erfahrung bei Untersuchungen auf dem Feld der Aerosolnukleation und durch unsere enge Zusammenarbeit mit Partnergruppen, die die Instrumentierung von HALO für die geplanten Missionen ergänzen werden, besitzt die hier vorgeschlagene Initiative großes Potenzial zur Durchführung von innovativer Spitzenforschung. Das vorgeschlagene Großgeräte stellt die sensitivste und fortschrittlichste Instrumentierung zur Messung der entscheidenden Schlüsselsubstanzen der Aerosolnukleation dar, die bisher für Messungen in der freien Troposphäre nicht/kaum zugänglich sind.

• DFG-Verfahren: Großgeräteinitiative
• Großgeräte: VOCUS B2 CI-TOF
• Gerätegruppe: 1700 Massenspektrometer
• Antragstellende Institution: Goethe-Universität Frankfurt am Main
• Leiter: Professor Dr. Joachim Curtius
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Alexander Vogel