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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Aerosol-Massenspektrometer

AMS

Aerosol-Massenspektrometer (AMS) werden verwendet, um zeitlich hochaufgelöste Informationen über die Zusammensetzung atmosphärischer Aerosole zu gewinnen. Die chemische Zusammensetzung der Aerosolpartikel kann aufgelöst nach Größenklassen bestimmt werden und umfasst quantitative Messung von Sulfat, Nitrat und Ammonium, sowie der Gesamtheit der organischen Verbindungen. Die organische Fraktion kann mit Hilfe statistischer Methoden in mehrere Klassen mit unterschiedlicher Herkunft (direkte Emission, sekundäre Bildung) und unterschiedlichem Alterungszustand (Oxidationsgrad) aufgetrennt werden.

Unsere AMS verfügen über eine aerodynamische Linse um die Aerosolpartikel in einen schmalen Partikelstrahl zu fokussieren. Der Partikelstrahl durchquert eine differentiell gepumpte Partikelflugzeitkammer, an deren Ende ein Verdampfer die Partikel in die Gasphase überführt. Aus dem so entstandenen Gasgemisch werden durch Elektronenstoßionisation (EI) Ionen erzeugt, die dann mit Hilfe eines Massenspektrometers analysiert werden. Die Bestimmung der größenabhängigen Partikelflugzeit erlaubt die Zuweisung der Zusammensetzung zur Partikelgröße.

Die Abteilung Aerosole verfügt über drei Aerosol-Massenspektrometer der Fa. Aerodyne Research Inc. Eines dieser Geräte verfügt über ein Quadrupol-Massenspektrometer, mit dem Massenspektren bei niedriger Auflösung mit hoher Empfindlichkeit aufgezeichnet werden können. Die beiden anderen Geräte sind mit einem hochauflösenden Flugzeitmassenspektrometer (ToF-MS) der Fa. Tofwerk ausgerüstet. Mit diesem ToF-MS können Massenspektren mit einer so hohen Auflösung gemessen werden, die z.B. die Bestimmung der Elementarzusammensetzung organischer Fragmente,  bestehend aus C, O, H, und N ermöglicht.

Die AMS werden in Prozessstudien an Atmosphärensimulationskammern (SAPHIR, JPAC) und in Feldstudien (EUCAARI, PEGASOS) eingesetzt. In Zusammenarbeit mit der Fa. Aerodyne Research Inc. wurde in der Gruppe Heterogene Reaktionen ein hochauflösendes ToF-AMS für Messungen auf einem Luftschiff Zeppelin NT adaptiert. Damit kann zukünftig die Partikelzusammensetzung höhenaufgelöst in der gesamten planetaren Grenzschicht untersucht werden.


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