IRMS - Isotopen Massenspektrometrie

Die Arbeitsgruppe "Stabile Isotope in Aerosolen" befasst sich mit Untersuchungen stabiler Kohlenstoffisotope in atmosphärischen organischen Verbindungen, in Gas- und Partikelphase. Komponentspezifische Messungen werden mittels eines Thermodesorption – Gas Chromatographie – Isotopen Verhältnis Massen Spektrometrie (TD-GC-IRMS) Systems durchgeführt. Ziel ist es, aus den gemessenen Isotopenverhältnissen für einzelne Komponente die Herkunft und Transformationsprozesse der flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) und der atmosphärischen Aerosole zu identifizieren und zu quantifizieren. Die Forschungsaktivitäten umfassen:

• Laboruntersuchungen zur Bestimmung des kinetischen Isotopeneffekt (KIE) für atmosphärenrelevante chemische Reaktionen, sowie zur Erforschung der Bildung und Entwicklung von sekundären organischen Aerosolen (SOA);
• Felduntersuchungen zur Bestimmung der Isotopenverhältnisse von Aerosolen in Quelle- und Umgebungsproben.

Zwei TD-GC-IRMS Systeme werden für die offline Messungen verwendet: die Gasphase- und die Aerosolmesslinie. Beide Systeme bestehen aus einer speziell angefertigten Kryofokussierung-Thermodesorptionseinheit (TD), angeschlossen an einen Gaschromatograph, welcher mittels einer Verbrennungsschnittstelle an ein Isotopenverhältnissemassspektometer angekoppelt ist:

• Für die Messung von Gasproben wird die Probenaufbereitung mittels eines Systems von drei aufeinanderfolgenden Thermodesorption-Kryofokussierungsschritten gewährleistet. Damit werden die Spurengase angereichert und eine optimale Fokussierung der Analyten vor der chromatographischen Trennung erreicht;
• Für die Messung von Partikeln wird die Thermodesorption und die Überführung der Substanzen von Filterproben auf die GC Säule mittels einer Thermodesorptionseinheit (TDU) optimiert, die direkt an ein Kaltaufgabesystem (Cooled Injection System - CIS) gekoppelt ist. Zweidimensionale Gaschromatographie (2DGC) sorgt für eine optimale Trennung der polaren organischen Verbindungen.

Die von der Kapillarsäule eluierenden Einzelverbindungen werden in der Verbrennungsschnittstelle zu Kohlendioxid und Wasser verbrannt. Nach der Entfernung des Wassers mittels einer Wasserfalle, wird das Isotopenverhältnis des Kohlendioxids im Isotopen-Verhältnis-Massen-Spektrometer bestimmt.