Verknüpfung der Massen- und Einzelpartikel-Zusammensetzung von Feinstaub in der Atmosphäre: Ein plattformübergreifender Ansatz zur Analyse alkylierter polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffe mittels GC×GC-MS und SPMS

• Antragstellerin: Dr. Barbara Giocastro
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566503831

Dieses Projekt zielt darauf ab, umfassende zweidimensionale Gaschromatographie-Massenspektrometrie-Methoden (GC×GC-MS) mit der Einzelpartikel-Massenspektrometrie (SPMS) zu kombinieren, um die molekulare Speziation von atmosphärischem Feinstaub (PM) zu verbessern. Durch die Integration dieser Methoden schafft das Projekt ein leistungsfähiges, plattformübergreifendes System für die detaillierte Identifizierung und Quantifizierung organischer Schadstoffe in Feinstaub, sowohl auf Massen- als auch auf Einzelpartikelebene. Durch die Feinabstimmung der Versuchsbedingungen und -aufbauten zielt das Projekt darauf ab, Korrelationen zwischen dem chemischen Gesamtprofil des atmosphärischen Feinstaubs und der detaillierten chemischen Zusammensetzung einzelner Partikel herzustellen und dadurch ein besseres Verständnis von Schadstoffverteilung, Quellenidetifikation und potenziellen gesundheitlichen Auswirkungen auf molekularer Ebene zu ermöglichen. Dieser innovative Ansatz wird für die Bestimmung von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) getestet und eingesetzt, wobei der Schwerpunkt auf deren alkylierten Derivaten (Alkyl-PAKs) liegt. Alkyl-PAKs sind eine Klasse von Schadstoffen, die für ihre Toxizität, Persistenz und Bioakkumulation bekannt sind und daher immer stärker in den Fokus rücken. Diese Verbindungen werden vor allem durch die unvollständige Verbrennung organischer Stoffe in die Atmosphäre freigesetzt, z. B. bei Waldbränden, der Verbrennung fossiler Brennstoffe, der Holzverbrennung und bei industriellen Prozessen. Alkyl-PAKs kommen in der Regel in Feinstaub als komplexe Mischung isobarer Isomere vor, die aus verschiedenen Quellen stammen und unterschiedliche Toxizität aufweisen. Im Vergleich zu den jeweiligen unsubstituierten PAKs weisen viele Alkyl-PAKs eine höhere Toxizität und mutagene Potenz auf, was den dringenden Bedarf an fortschrittlichen Analysemethoden zur Überwachung ihres Vorhandenseins und ihres Verbleibs in der Umwelt sowie zur Ermittlung ihrer Quellen unterstreicht. Mit den derzeitigen SPMS-Methoden können zwar PAK-Muster in Feinstaub erkannt werden, sie sind jedoch nicht in der Lage, zwischen verschiedenen isomeren Verbindungen zu unterscheiden, und können keine quantitativen Daten liefern. Im Gegensatz dazu ist die GC×GC-MS eine leistungsfähige Methode, mit welcher quantifiziert und zwischen isomeren Verbindungen unterschieden werden kann, welche jedoch keinen Einblick in die Verteilung dieser Verbindungen über einzelne Partikel hinweg bietet, so dass wichtige Informationen über den Mischungszustand und die Vielfalt der Partikel verloren gehen. Der vorgeschlagene plattformübergreifende Ansatz, der GC×GC-MS und SPMS kombiniert, wird ein umfassendes Verständnis von Alkyl-PAKs und organischen Schadstoffen im Allgemeinen sowohl auf Massen- als auch auf Einzelpartikelebene ermöglichen, was bessere Einblicke in ihr Verhalten in der Atmosphäre, ihre Quellen und ihre potenziellen Auswirkungen auf die Gesundheit erlaubt.

• DFG-Verfahren: Stelle