Kopplung von schneller Gaschromatographie an Photoionisierungsmassenspektrometrie zur umfassenden Analyse von klima- und gesundheitsrelevanten organischen Aerosolkomponenten aus dynamischen Verbrennungsprozessen

• Antragsteller: Professor Dr. Ralf Zimmermann
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 328082278

Organische Bestandteile von Verbrennungsaerosolen sind bekannt für ihre vielschichtige Einflussnahme auf Gesundheit und das Klima. In dynamischen Verbrennungsprozessen wie dem Verbrennen von Scheithölzern oder der motorischen Verbrennung bei verschiedenen Lastzuständen werden Messtechniken mit hoher Zeitauflösung benötigt, um quantitativ als auch qualitativ sich verändernde komplex zusammengesetzte Emissionen bewerten zu können. Die Einphoton- (SPI) und resonanzverstärkte Mehrphotonenionisierung (REMPI) als Vertreter der weichen Ionisierungstechniken in Kombination mit Flugzeitmassenspektrometrie (TOFMS) erfüllen diese Anforderungen, jedoch kann allein anhand der Molekülmasse noch keine eindeutige Identifizierung vorgenommen werden. Aus diesem Grund soll eine schnelle Gaschromatographie (Fast-GC) mit einem neuartigen Peltier-Modulator zur Probennahme vor ein SPI/REMPI-TOFMS gesetzt werden, mit der isobare Verbindungen getrennt werden können, während Verbindungen mit gleicher Retentionszeit aber unterschiedlicher Molekülmasse im Massenspektrum unterschieden werden können. So können einzelne volatile bis semi-volatile Verbindungen mit hinreichender Zeitauflösung in dynamischen Verbrennungsprozessen gemessen werden. Dabei soll der Fokus besonders auf alkylierte Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und phenolische Komponenten liegen, die beide mit niedrigen Nachweisgrenzen mit SPI und REMPI-TOFMS detektiert werden können. Alkylierte PAK, welche hauptsächlich aus der Verbrennung von fossilen Brennstoffen auftreten, sind in jüngster Zeit wieder verstärkt in das Zentrum der PAK-Forschung gerückt, da sich herausgestellt hat, dass sie sich in ihrer Toxizität deutlich gegenüber ihrer unsubstituierten Grundstruktur unterscheiden können. Phenole, die v.a. aus der Verbrennung von Biomasse emittiert werden, werden schon länger im Zusammenhang mit der Abschwächung der toxischen Wirkung anderer Verbindungen diskutiert. Neben der toxikologischen Bewertung der Emissionen können die Messergebnisse auch zur Vorhersage von potenziellen Umwandlungsprozessen in der Atmosphäre herangezogen werden, wie z.B. das Ozonbildungspotential oder die Bildung von sekundärem organischem Aerosol. Schließlich kann die Fast-GC-SPI/REMPI-TOFMS Kopplung auch genutzt werden, um partikelgebundene organische Verbindungen zu untersuchen, indem das System an einen thermo-optischen Kohlenstoffanalysator gekoppelt wird um den gesamten Siedebereich des organischen Aerosols abzudecken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen