Quantification of functionalised carboxylic acids in size-resolved tropospheric particles and cloud water
Final Report Abstract
Im DFG-Projekt FUCAPAC wurde eine Methode zur Anreicherung funktionalisierter Carbonsäuren aus atmosphärischen Partikeln und Wolkenwasser entwickelt. Die Methode basiert auf der Hohlfaser-Flüssigphasenmikroextraktion (engl. hollow fibre-liquid phase microextraction), bei der eine wasserunlösliche organische Membran in den Poren einer Hohlfaser immobilisiert wird, um Analyten aus einer wässrigen Donorphase (ausserhalb der Hohlfaser) in eine wässrige Akzeptorphase (innerhalb der Hohlfaser) zu extrahieren. Triebkraft für die Extraktion ist ein pH-Gradient von Donor- zu Akzeptorphase, durch den die Carbonsäuren als Anionen in der Akzeptorphase angereichert werden. Diese Anreicherungstechnik wurde erstmals für atmosphärenchemische Fragestellungen angewandt. Im Anschluss an die erfolgreiche analytische Methodenentwicklung wurden ca. 250 Partikelproben, gesammelt in 2010 an einer ländlichen Forschungsstation in der Nähe von Leipzig, auf ihren Gehalt an funktionalisierten Carbonsäuren analysiert. Es zeigten sich interessante jahreszeitliche Trends, die auf unterschiedliche Quellen der Verbindungen schließen lassen. Während aromatische Säuren überwiegend im Winter ein Konzentrationsmaximum zeigten (anthropogene Emissionen), fanden sich für aliphatische Säuren meist im Sommer die höchsten Werte. Insbesondere für höher oxidierte aliphatische Säuren (Hydroxy- oder Oxo-säuren) läßt sich daraus eine sekundäre Quelle der Verbindungen ableiten: Sie entstehen durch photochemische Prozesse in der Atmosphäre, die im Sommer besonders ausgeprägt sind. Eine weitere Anwendung fand die Methode im Rahmen des internationalen Wolkenexperimentes Hill Cap Cloud Thuringia (HCCT-2010) an der Schmücke im Thüringer Wald. Stündliche gesammelte Proben von Wolkenwasser wurden auf funktionalisierte Carbonsäuren untersucht. Die meisten der gefundenen Verbindungen wurden erstmals in Wolkenwasser nachgewiesen. Aus den Konzentrationstrends ließen sich Hinweise auf verschiedene Alterungsstufen des organischen Anteils der Wolkenkondensationskeime finden.
