Entwicklung eines bipolaren Flugzeitmassenspektrometers zur Analyse der chemischen Zusammensetzung von individuellen Aerosolpartikeln

Abstract

Die vorliegende Arbeit dokumentiert die Entwicklung des Single Particle Laser Ablation Time-of-Flight Mass Spectrometers (SPLAT). Das SPLAT ist in der Lage sowohl die Größe als auch die chemische Zusammensetzung von individuellen Aerosolpartikeln zu bestimmen. Mittels Laser-Desorption und Ionisation werden die Bestandteile des optisch detektierten Partikels verdampft und ionisiert. Die entstandenen Ionen werden mit einem bipolaren Flugzeitmassenspektrometer nachgewiesen. <br /> Neben einer ausführlichen Diskussion des Massenspektrometers, wurde ein besonderes Augenmerk auf die Einlass- und Vakuumapparatur und die Wechselwirkung des Ionisationslasers mit den Partikeln gelegt. Alle technischen Komponenten sind für den geplanten Einsatz auf einem Forschungsflugzeug ausgelegt.<br /> Zur Charakterisierung und Verbesserung des SPLAT wurden umfangreichen Laborstudien vorgenommen. Im Rahmen der Mediterranean INtensive Oxidant Study (MINOS) im Sommer 2001 wurden erste Feldmessungen in Finokalia auf Kreta durchgeführt. Die aufgezeichneten Daten zeigen eine mineralische Zusammensetzung bei Partikeln mit einem Durchmesser von einigen Mikrometeren. Dies ist konsistent mit der Annahme, dass Partikel dieser Größe in den untersuchten Luftmassen überwiegend aus aufgewirbeltem Material bestehen.

<b>Development of a bipolar time-of-flight mass spectrometer for the analysis of the chemical composition of single aerosol particles</b><br /> The presented work documents the development of the Single Particle Laser Ablation Time-of-Flight Mass Spectrometer (SPLAT). The SPLAT instrument determines the size and chemical composition of single aerosol particles. The particle velocity is measured by two continuous laser beams, followed by evaporation of the particles and ionization of the components by Laser Desorption/Ionization. The produced ions are detected in a bipolar time of flight mass spectrometer. <br /> Besides a detailed discussion of the mass spectrometer, this works focus lies on the inlet, the vacuum system and interaction of the ionization laser with the particles. All technical parts are chosen for the future use on board of a research aircraft. <br /> Extensive laboratory studies have been carried out to characterize and to improve the SPLAT instrument. Within the Mediterranean INtensive Oxidant Study (MINOS) first field measurements have been performed in summer 2001. The collected data indicate that particles with a diameter of a few micrometers were mainly composed of mineral dust. This is consistent with the assumption that in the observed air masses, particles in this size range consist of material that was raised up by wind erosion.