Einzelpartikelmesssystem für Umweltfahrzeug

Die UniBw M entwickelt und erprobt am Institut für Chemie und Umwelttechnik der Fakultät für Maschinenbau im Rahmen des dtec.bw Projektes MORE ein neuartiges mobiles Umweltmessfahrzeug für Emissions- und Immissionsmessungen. Sie will das Fahrzeug vor allem einsetzen, um gasförmige Schadstoffe und Klimagase zu messen und partikuläre Stoffe chemisch-physikalisch zu charakterisieren. Mit den Untersuchungen beabsichtigt sie, Rückschlüsse auf die Verursacher bzw. Schadstoffquellen von Aerosolen (sog. source appor-tionment) herzuleiten, Stoff-Transformationen in der Atmosphäre zu erforschen, Marker-Verbindungen zu identifizieren sowie eindeutige Erkenntnisse über die Auswirkungen der Stoffe auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt zu ziehen. Dafür müssen die eingesetzten Messtechniken Einzelpartikel bis in den Ultrafeinstaubbereich, das heißt kleiner als 100 Nanometer, in Echtzeit umfassend chemisch charakterisieren können. Das zentrale Messsystem zur Aerosolcharakterisierung für das aufzubauende Umweltmessfahrzeug ist ein bipolares Einzelpartikellaserflugzeitmassenspektrometer (Single Particle Mass Spectrometer, SPMS), welches mit zerstörungsfreien Photoionisationsverfahren eine paralle-le Charakterisierung von organischen als auch anorganischen Bestandteilen von Aerosolen in Echtzeit mit einer sehr hohen Zeitauflösung (Repetitionsrate bis in kHZ-Bereich) ermöglicht. Die UniBw M beabsichtigt, im Rahmen des Projektes MORE ein SPMS mit den folgenden Anforderungen, die zwingend kumulativ erfüllt sein müssen, zu beschaffen: 1. Einbau eines SPMS in das Umweltmessfahrzeug (Hauptsystem) 2. Die Ionisation der Zielanalyten im bipolaren SPMS erfolgt mittels weicher Photoionisationsverfahren, um deren Fragmentierung zu vermeiden und somit eine eindeutige Identifizierung zu erlauben. 3. Das SPMS ist in der Lage, parallele fragmentationsarme Messungen organischer Bestandteile sowie anorganischer Bestandteile durchzuführen. Hierfür sind 2 verschiedene lonisationstechniken erforderlich: die Laser-Desorption resonanzverstärkte Multiphotonen Ionisation (LD-Pi bzw. LD-REMPI) für organische Verbindungen und die Laser-Desorption Ionisation (LDI) für anorganische Verbindungen. Weil die Excimer­ Lasertechnik verwendet wird, sind neben der Standardionisationswellenlänge von 248 nm noch verschiedene weitere lonisationswellenlängen (193 nm und 157 nm) einsetzbar, um auf spezifische Analyte zu fokussieren. 4. Partikelgrößenspektrometer und Partikelzähler für den Partikelgrößenbereich von mind. 10 nm bis mind. 20 µm (auf Mobilitäts- und Laserstreuintensitätsbasis) 5. On-line Aerosolanreicherungseinheit (virtueller lmpaktor) 6. Meteorologische Messeinheit 7. Alle Sensoren sind softwareseitig in das SPMS integriert. 8. Spezielle Softwarelösung, um die Größeninformation des Partikelgrößenspektrometers auf Mobilitäts- und Laserstreuintensitätsbasis mit dem aerodynamischen Partikelgrößenspektrum des SPMS zu verrechnen. 9. Ein Softwarepaket, welches die Ansteuerung und das Auslesen aller Einzelgeräte in Echtzeit ermöglicht.