Geowissenschaften / Geographie
Fachbereich 11

Schwefelsäure (H₂SO₄) ist eines der wichtigsten Spurengase, welches zur Bildung von neuen Teilchen (Nukleation) in der Atmosphäre beiträgt. Feld- und Labormessungen zeigen üblicherweise eine sehr ausgeprägte Korrelation zwischen der Partikel-Neubildungsrate (für Partikel im Größenbereich 1 bis 2 nm) und der Konzentration von Schwefelsäure. Aus diesem Grund ist die hochgenaue Messung der Schwefelsäure in der Gasphase essentiell um Nukleation besser zu verstehen. Die Messungen führen wir mit einem nitrate Chemical Ionization-Atmospheric Pressure interface-Time Of Flight mass spectrometer (CI-APi-TOF) durch. Exakte und reproduzierbare Messungen sind allerdings nur realisierbar, wenn das Messgerät regelmäßig mit bekannten Schwefelsäure-Konzentrationen kalibriert wird. Aus diesem Grund haben wir eine Methode entwickelt, die bekannte Konzentrationen an H₂SO₄ im Bereich von ~1´10⁷ und 5´10⁹ Moleküle cm^-3 generiert und für den atmosphärisch relevanten Bereich angewendet werden kann (Kürten et al., 2012). Die Erzeugung von  bekannten Mengen an Schwefelsäure gelingt, indem definierte Mengen an Stickstoff, Sauerstoff, Schwefeldioxid und Wasserdampf in einer Quarzglas-Röhre unter Vorhandensein von intensivem UV Licht (185 nm von einer Quecksilberlampe) reagieren. Ein einfaches Chemiemodell berechnet die resultierende Schwefelsäurekonzentration durch die ablaufenden Reaktionen, die durch die Photolyse von Wasserdampf (Bildung von OH-Radikalen) eingeleitet wird. Die Kalibriereinheit ist portabel und kann bei Feld- und Labormessungen eingesetzt werden. Der abgeschätzte Fehler der Schwefelsäuremessung mit einem kalibrierten nitrate CI-APi-TOF liegt bei ~30%.   

Die Kalibrierkonstante für die Schwefelsäuremessung kann ebenso für die Bestimmung der Konzentration von hochoxidierten organischen Molekülen (HOM) verwendet werden. Da die HOM allerdings einen völlig anderen Bereich im Massenspektrum abdecken (ca. 200 bis 650 Th) als Schwefelsäure (hauptsächlich 97 und 160 Th) muss für diese eine Korrektur bezogen auf die Transmissionseffizienz des Massenspektrometers angewendet werden. Diese erfordert eine separate Kalibration, die durch Heinritzi et al. (2016) beschrieben wurde. Allerdings wird hervorgehoben, dass die Transmissions-Kalibration nicht für die Schwefelsäure-Messung notwendig ist, sondern nur für HOM-Messungen.