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Säuren werden aus Oxidationsprozessen mit Peroxy-Radikalen und Kohlenwasserstoffen wie auch anderer reaktiver Spurengase gebildet und sind für die Bildung von Aerosol-Partikeln als Vorläufer von Regentropfen mit verantwortlich. Ihr momentanes Mischungsverhältnis ist extrem niedrig (es sind maximal etwa ein Molekül unter 1 Trillionen=1012 Luft Molekülen).

Wie die Abbildung schematisch andeutet, werden Säuren überwiegend aus Reaktionen mit Peroxy-Radikalen, insbesondere OH mit einer Vielzahl von chemischen Verbindungen gebildet. Die vom Menschen verursachte Luftverschmutzung kann die Säure-Konzentration und damit Partikelbildung in der Atmosphäre erheblich beeinflussen. Partikelbildung kann einen kühlenden Einfluss auf unsere Atmosphäre haben.

Ergebnisse

Die Langzeitbeobachtungen der Säuren lassen im Rahmen der Messunsicherheiten derzeit noch keinen Trend erkennen. Es gehört er zu unseren vordringlichen Aufgaben und Zielen, entsprechende Trends zu überwachen und damit verbundene chemische und klimatologische Prozesse zu untersuchen und zu verstehen.

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Messtechnik

Die Messung von atmosphärischem H2SO4 (Schwefelsäure) beruht auf der Methode der selektiven Chemischen IonisationsMassenSpektrometrie (CIMS). Die Messapparatur ist in der nachfolgenden Abbildung schematisch dargestellt. Das Messprinzip wurde ausführlich von Berresheim und andere beschrieben und wird hier kurz erläutert. Außenluft strömt kontinuierlich mit ca. 13 sL/min in den Ionenreaktor des Systems und gelangt durch eine Abgasleitung wieder zurück in die Atmosphäre. In einem separaten vorgereinigten Außenluftstrom werden an einer radioaktiven 241Americium-Quelle NO3 – Ionen erzeugt, die durch ein konzentrisches elektrisches Feld auf die Strömungsachse der Probeluft fokussiert werden. Die H2SO4 – Moleküle in der Probeluft reagieren mit den NO3- Ionen unter Ladungsaustausch: H2SO4 + NO3- —> HSO4- + HNO3 (1) Etwa 96 % der natürlichen atmosphärischen Schwefelsäure enthalten das Schwefelisotop S-32. Zur Messung von OH wird der Probeluft vor dem Ionisationsreaktor durch einen Nadelinjektor Schwefeldioxid zugemischt, welches das schwere Isotop S-34 enthält ( 34SO2). Das 34SO2 titriert alle OH-Moleküle in der Probeluft unter Bildung von H234 SO4, welches dann gemäß Gleichung (1) zu H34 SO4 ionisiert wird. Sowohl NO3- als auch HSO4- Ionen werden durch elektrische Felder durch eine 200 µm große Öffnung in die differentiell gepumpte Vakuumregion überführt, wo sie in der Kollisions-Dissoziations-Kammer zunächst von neutralen Ligandenmolekülen befreit werden, dann einen Quadrupol-Massenfilter durchlaufen (bei ca. 2 x 10-5 hPa Druck) und schließlich in einem Elektromultiplier detektiert werden. Die H2SO4 – und OH – Konzentrationen lassen sich aus dem Signalverhältnis von Produktionen zu NO3- Reaktionsionen und einem Kalibrierfaktor F bestimmen, der für beide Substanzen gilt: [H2SO4] = F (HSO4-/NO3-) [OH] = F (HSO4-/NO3 -) (2) F wird aus der Kalibrierung der OH-Messungen mittels einer Kalibriereinheit bestimmt, die eine gefilterte UV-Strahlung (185 nm) in den Probeluftstrom aussendet. Das UV-Licht photolysiert Wasserdampfmoleküle in der Probeluft, wobei OH-Radikale im Konzentrationsbereich von 106-108 Molekülen/cm3 gebildet werden. Deren Konzentration lässt sich aus dem H2O-Absorptionsquerschnitt und Messungen der H2O-Konzentration mittels eines Taupunktspiegelhygrometers bestimmen. Im gegenwärtigen Betrieb erreichen wir bei 5 Minuten Signalintegration eine Präzision, Genauigkeit und Nachweisgrenze für H2SO4 von jeweils 44 %, 30 %, und 3 x 104 Moleküle/cm3, für OH 52 %, 40 %, und 5 x 105 Moleküle/cm3. In Zukunft lassen sich diese noch weiter verbessern. Andere Verbindungen, z.B. Methansulfonsäure (MSA) wurden ebenfalls erfolgreich bei Kampagnen am Meer gemessen.

Derzeit können die Malonsäure, Oxalsäure und Essigsäure Konzentrationen wegen fehlender Kalibrierverfahren nicht absolut bestimmt werden, auch wenn diese mit gemessen werden.

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Nguồn: https://thegioiso.edu.vn
Danh mục: Hóa