Umweltmeteorologie 11. Aerosolpartikel Prof. Dr. Otto Klemm 11. Aerosolpartikel Prof. Dr. Otto Klemm

http://www.ipcc.ch

Wolke 1: Wolke 2: 44 · 106 Tropfen m-3, Ø = 10 µm LWC = 0.023 g m-3 projezierte Fläche: 34.6 cm2 m-3 Wolke 2: 352 · 106 Tropfen m-3, Ø = 5 µm LWC = 0.023 g m-3 projezierte Fläche: 69.1 cm2 m-3

Größenverteilungen die Atmosphäre ist ein Aerosol, d.h. eine Gasphase mit darin dispergierten Partikeln, den sogenannten Aerosolpartikeln Das Partikelspektrum reicht von wenigen nm bis einige Hundert µm (Durchmesser). Grobeinteilung in feine Partikel  < 2 µm und grobe Partikel (coarse particles)  > 2 µm. Weitere Einteilung: Aitken-Teilchen:  < 0.08 µm Accumulation range: 0.08 µm <  < 2 µm PM10:  < 10 µm; „Feinstaub“ PM2,5:  < 2.5 µm

Vergleich kleiner und großer Partikel feine Partikel  < 2 µm grobe Partikel  > 2 µm Quelle Nukleation, Verbrennungsvorgänge (Kohle, Öl, KFZ, Biomasse) NH3, SO2, NOx, Reaktionen biogener VOCs mit O3 Erosion von Festland und Ozeanen, Flugasche Zusammen-setzung Sulfat, Nitrat, Ammonium, H+ Kohlenstoff (EC + OC), organische Komponenten Wasser Metalle Gesteinsmaterial Seesalz Pollen, Sporen Reifenabrieb Flugasche, Lebenszeit in der Atmosphäre Tage bis Wochen Minuten bis Tage Transport- distanzen bis Tausende von km bis 10er von km „sekundäre Partikel“ „primäre Partikel“

Quellen primärer Aerosolpartikel (global, Tg a-1) Mittel Min Max Mineralstaub 2150 1000 3000 Seesalz 3340 6000 Verbrennung von Biomasse 60 50 89 Verbrennung fossiler Brennstoffe 35 16 38 direkte biogene Emissionen 56 ? 90 Luftverkehr 0.006 Industrielle Quellen 100 40 130 Summe, ca. 5740 2100 9350 anthropogener Anteil ca. 5 % nach www..ipcc.ch

Datenquelle: www.umweltbundesamt.de Quellen PM10 in Deutschland (Gg a-1) Gg % 1. Energie 65.4 33 A. Verbrennung fossiler Brennstoffe 64.92 1. Energiewirtschaft 11.66 6 2. Verarbeitendes Gewerbe 2.49 1 3. Verkehr 23.51 12 davon Straßenverkehr 22.44 11 4. Übrige Feuerungsanlagen 27.25 14 5. Militär und weitere kleine Quellen 0.02 B. Diffuse Emissionen aus Brennstoffen 0.46 1. Feste Brennstoffe 2. Industrieprozesse 34.80 18 3. Landwirtschaft 37.57 19 B. Düngerwirtschaft 36.38 D. Landwirtschaftliche Böden 1.19 4. Abfall 0.04 5. Andere 60.70 31 Andere (4) 10.44 5 Umschlag staubender Güter 30.64 15 Abrieb (von Reifen, Bremsen, Straßen) 19.63 10 Summe 198.50 100 Datenquelle: www.umweltbundesamt.de

Datenquelle: www.umweltbundesamt.de Quellen PM2.5 in Deutschland (Gg a-1) Gg % 1. Energie 61.4 55 A. Verbrennung fossiler Brennstoffe 61.21 1. Energiewirtschaft 10.21 9 2. Verarbeitendes Gewerbe 2.16 2 3. Verkehr 23.51 21 davon Straßenverkehr 22.44 20 4. Übrige Feuerungsanlagen 25.32 23 5. Militär und weitere kleine Quellen 0.01 B. Diffuse Emissionen aus Brennstoffen 0.15 1. Feste Brennstoffe 2. Industrieprozesse 15.39 14 4. Landwirtschaft 6.90 6 B. Düngerwirtschaft D. Landwirtschaftliche Böden 0.00 6. Abfall 0.04 7. Andere 27.13 24 Andere (4) 10.44 Umschlag staubender Güter 6.09 5 Abrieb (von Reifen, Bremsen, Straßen) 10.60 10 Summe 110.80 100 Datenquelle: www.umweltbundesamt.de

Datenquelle: www.umweltbundesamt.de Vergleich der Quellen PM10 und PM2.5 in Deutschland Datenquelle: www.umweltbundesamt.de

Datenquelle: www.umweltbundesamt.de Entwicklung der Emissionen PM10 und PM2.5 in Deutschland Datenquelle: www.umweltbundesamt.de

Anteil PM2.5 an PM10 (Masse-Bezug) 0.85 0.57 http://ccu.ei.jrc.it/ccu/

Immission

Emission von Tropfen in die Atmosphäre Filmtropfen: 1 – 15 Stück pro Blase 0.08 µm < D < 100 µm (kleine überwiegen) Jettropfen: 100 µm < D < 600 µm (kleine überwiegen) Luftblasen: D > 1.8 mm: Anzahl Filmtropfen > Anzahl Jettropfen D < 1.8 mm: Anzahl Filmtropfen < Anzahl Jettropfen

Quellen sekundärer Partikel nach Inhaltsstoffen (global, Tg a-1) Substanz Mittel Min Max Sulfat (als NH4HSO4) 200 107 304 anthropogen 122 69 214 biogen 57 28 118 Vulkane 21 9 48 Nitrat (als NO3-) 18.1 11.5 26.8 14.2 9.6 19.2 natürlich 3.9 1.9 7.6 VOC 16.6 1.2 41.8 0.6 0.3 1.8 16 8 40 Summe, ca. 235 120 370 anthropogener Anteil ca. 60 % nach www.ipcc.ch

Quellenzuordnung sekundärer Partikel nach Inhalts-stoffen (global) Substanz Quelle Anteil Schwefel 100 % anthropogen Verbrennung fossiler Brennstoffe (SO2) Luftverkehr (SO2) Verbrennung von Biomasse (SO2) 67 % < 0.1 % 2 % natürlich DMS aus Ozeanen 22 % Vulkane (SO2) 8 % Nitrat Verbrennung fossiler Brennstoffe Verbrennung von Biomasse Luftverkehr landwirtschaftliche Böden 51 % 16 % 5 % Böden Gewitter dto. 17 % nach www.ipcc.ch

Quellenzuordnung sekundärer Partikel nach Inhalts-stoffen (global) Forts. Substanz Quelle Anteil Ammonium (aus NH3) 100 % anthropogen Tierhaltung landwirtschaftliche Böden Mensch Verbrennung von Biomasse Verbr. fossiler Brennstoffe und Industrie 40 % 23 % 5 % 11 % < 1 % natürlich Böden wilde Tiere Ozeane 4 % 15 % VOC 46 % Terpene 54 % nach www.ipcc.ch

Dimethylsulfid (DMS) Quelle: Seinfeld und Pandis, 2006

Größen-verteilung große Partikel kleine Partikel „Feinstaub“ Winderosion (von Land und Ozean) Emissionen (Vulkane, Pflanzenmaterial) homogene Nukleation  thermodynamisch stabile Cluster (TSC) heterogene Nukleation Koagulation Kondensation cloud processing Größen-verteilung dN / d log D [ µm -1] Sedimentation rainout washout Ø kleine Partikel große Partikel „Feinstaub“

Herleitung der Bezeichnung dN/dlogD auf der Y-Achse Schritt 1: Wir messen in 6 Größenklassen die Partikelanzahl die Klassenbreite ist 1 µm D Schritt 2: Wir verbessern das Messgerät, können nun in 0.5 µm – Schritten messen

Herleitung der Bezeichnung dN/dlogD auf der Y-Achse Schritt 3: Wir normieren die y-Achse auf die Klassenbreite der Durchmesser-Klassen (hier: auf 1 µm) Schritt 4: Bildung der kummulierten Häufigkeit mit Summenkurve

Herleitung der Bezeichnung dN/dlogD auf der Y-Achse Schritt 5: Logarithmieren der x-Achse für die klarere Darstellung der kleinen Durchmesser Schritt 6: Ableitung der Summenkurve. Die Ableitung der kummulierten Häufigkeit ist die Häufigkeit

Ø = 200 nm Ø = 20 nm Ø = 2 nm Ø = 2000 nm = 2 µm

Größenverteilung parameterisiert nach Seinfeld und Pandis, 1998, kugelförmige Partikel

Größenverteilung parameterisiert nach Seinfeld und Pandis, 1998, kugelförmige Partikel

Größenverteilungen (idealisiert) parameterisiert nach Seinfeld und Pandis, 1998

Höhenprofile (idealisiert) http://www.tu-darmstadt.de/fb/geo/

Prozesse der „Partikeldynamik“ Sedimentation Koagulation Impaktion Neubildung durch homogene Nukleation Wachstum durch heterogene Nukleation

Partikeldynamik Die Größe der betrachteten Partikel spielt eine entscheidende Rolle. Zunächst betrachten wir drei grundsätzlich unterschiedliche Bereiche: Das Partikel ist wesentlich größer als die mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle, die es umgeben, . Das Partikel bewegt sich in einem gleichmäßigen, „kontinuierlichen“ Medium, es handelt sich um ein „continuum regime“ Übergangsbereich („transition regime“) Das Partikel ist wesentlich kleiner als , es bewegt sich wie ein anderes Gasmolekül, „free molecule (kinetic) regime“ Die Knudsen – Zahl Kn = 2  / Dp beschreibt den Charakter des Strömungszustandes eines Partikel in einem Medium (Aerosol) quantitativ.

Partikeldynamik Die freie Weglänge von Luft- Molekülen bei 1000 hPa und 298 K ist etwa  = 0.065 µm  nimmt mit der Höhe zu Quelle: Seinfeld und Pandis, 2006

Partikeldynamik Grob gilt: Dp > 0.2 µm  Kn < 1 continuum regime, die Bewegung der Partikel muss mit „continuum mechanics“ beschrieben werden, in der Größen- und Massenunterscheide zu den Luftmolekülen zum Tragen kommen (siehe Sedimentation!) Dp < 0.01 µm  Kn » 1 free molecule or kinetic regime, die Bewegung der Partikel muss wie die von Gasmolekülen beschrieben werden. 0.01 µm < Dp < 0.2 µm: Im Übergangsbereich müssen beide Gesetzmäßigkeiten zur Anwendung kommen.

Sedimentation – Stoke‘s Law Im continuum regime gilt: µ = Viskosität der Luft in kg m-1 s-1 u = Vertikalgeschwindigkeit der Luft Diese Formulierung beschreibt den Fall einer festen Kugel, der durch die Reibung im viskosen Medium gebremst wird (bei kleinen Reynolds-Zahlen Re).

Sedimentation – Stoke‘s Law Im „free molecule regime“ müsste der Einfluss der Reibung unterschiedlich hergeleitet und formuliert werden. Der Übergang wird normalerweise empirisch beschrieben durch Einführung der „slip correction“ Cc: Die Slip-Korrektur ist bei kleinen Partikeln groß und bei großen Partikeln klein mp : Masse des Partikels g v Sedimentationsgeschwindigkeit des Partikels m s-1 t Zeit s Erdbeschleunigung ca. 9.81 m s-2 µ Viskosität der Luft kg m-1 s-1 Dp Durchmesser des Partikels m Cc Cunningham slip correction - u Vertikalgeschwindigkeit der Luft

Sedimentationsgeschwindigkeit Die Depositionsgeschwindigkeit nimmt mit der Größe der Partikel zu: Quelle: Seinfeld und Pandis, 2006

2. Koagulation Partikel unterliegen „Brownscher Bewegung“ („random walk“). Der Diffusionskoeffizient der Partikel nimmt mit ihrer Größe ab: In dieser Form der „Stokes-Einstein“ – Beziehung ist:: D = Diffusionskoeffizient m2 s-1 Cc = Cunningham slip correction (s.u.) µ = Viskosität der Luft in kg m-1 s-1 Dp = Partikel - Durchmesser Für große Partikel ist D klein, für kleine Partikel ist D groß Bei sehr großen Partikeln ist Cc  1, d.h. D nimmt proportional zu Dp-1 zu Bei sehr kleinen Partikeln ist Cc > 1, und D nimmt bis zu proportional zu Dp-2 zu

2. Koagulation Partikel unterliegen „Brownscher Bewegung“ („random walk“). Sie treffen zufällig aufeinander. Die Abstoßung nach dem Zusammenprall ist sehr unwahrscheinlich (deshalb wird der "sticking coefficient" (ähnlich dem accomodation coefficient) meist gleich 1 gesetzt. Durch diesen Prozess können Partikel nur wachsen! Er ist besonders effektiv für kleine Partikel. Quelle: Seinfeld und Pandis, 2006

Partikelwachstum durch Brownsche Bewegung 2. Koagulation Partikelwachstum durch Brownsche Bewegung Die Koagulationskoeffizienten sind am kleinsten für Partikel gleicher Größe. Wenn das Größenverhältnis sich ändert, steigen die Koagulations-koeffizienten rasch an. Ein großes Partikel bewegt sich zwar relativ langsam, bietet für ein kleines Partikel aber eine große Zielfläche. Große Partikel treffen nicht gut aufeinander, weil sie relativ träge sind. Kleine Partikel sind zwar schnell, aber bieten einander keine sehr große Zielfläche: Die Zielfläche wächst immer mit Dp2, während D mit Werten zwischen Dp-1 und Dp-2 anwächst. NB: Beachte dass Brownsche Bewegung für Interaktionen zwischen Molekülen und Partikeln von Bedeutung ist, aber ansonsten gegenüber turbulentem und advektivem Transport in der Atmosphäre zu vernachlässigen ist!

2. Koagulation Quelle: Warneck, 1988

Verweilzeit in der Atmosphäre Sehr kleine Partikel haben die Tendenz, zu wachsen, sehr große Partikel sedimentieren. Daraus ergibt sich für Partikel mittlerer Größe (0.1 µm < D < 10 µm) die maximale durchschnittliche atmosphärische Verweilzeit. Quelle: Colbeck, 1988

Größen-verteilung Winderosion (von Land und Ozean) homogene Nukleation Emissionen (Vulkane, Pflanzenmaterial) homogene Nukleation  thermodynamisch stabile Cluster (TSC) heterogene Nukleation Koagulation Kondensation cloud processing accumulation range Aitken range ultrafeine Partikel Größen-verteilung dN / d log D [ µm -1] Sedimentation rainout washout Ø kleine Partikel große Partikel

3. Impaktion Beispiel: Der große Kreis stellt einen fallenden Regentropfen dar, die Pfeile die Trajektorien der Luft um diesen Tropfen. Kleine Partikel in diesem Medium können aufgrund ihrer höheren Dichte der Ablenkung der Stromlinien nicht 100 % folgen und treffen mit dem Tropfen zusammen. Regentropfen waschen Aerosolpartikel in der Atmosphäre unter der Regenwolke aus „scavenging“ Die Atmosphäre wird durch Regen „gereinigt“

3. Impaktion Im Prinzip kann die Bewegung des Partikels mit dem Stokes´schen Gesetz formuliert werden: u: Geschwindigkeit des Fluids up Geschwindigkeit des Partikels Allerdings muss die Beschreibung dreidimensional aufgestellt und berechnet werden. Als Resultat kann das Partikel (in Abhängigkeit von seiner Masse und seinem Durchmesser) nicht vollständig dem Strömungsfeld der Luft folgen. Wenn es das Hindernis berührt, wird es impaktiert. Unterscheide: Impaktion - Interzeption

3. Impaktion Beispiel: in einem „Impaktor“ werden Aerosolpartikel nach Größe sortiert gesammelt

3. Impaktion ideales und reales Abscheideverhalten

3. Impaktion man unterscheide: Stokes Durchmesser eines Partikels: Durchmeser einer Kugel, die die selbe Sinkgeschwindigkeit und Dichte hat, wie das Partikel. Wenn das Partikel eine Kugel ist, ist der Stokes-Durchmesser gleich dem aktuellen Kugeldurchmesser Aerodynamischer Durchmesser eines Partikels: Der Durchmesser einer Kugel mit Einheitsdichte ( = 1 g cm-3) die die selbe Sinkgeschwindigkeit und Dichte hat, wie das Partikel. Normalerweise ist der Aerodynamische Durchmesser größer als der Stokes-Durchmesser.

3. Impaktion Beispiel: marines Aerosol, NW - Atlantik

3. Impaktion Beispiel: in der Lunge werden Partikel größensortiert aufgenommen: je kleiner, desto tiefer dringen sie ein Hauptbronchien Trachea Segmentbronchien Hofmann et al.: The Lung as a Filter for Inhaled Aerosol Particles - Partivle Deposition Pathways in Human Bifurcation; In Advances in aerosol filtration, 1998 http://userpage.fu-berlin.de/~zombie/5Sem/Physiologie/ATMUNG.html Lappenbronchien

3. Impaktion Quelle: Colbeck (Ed.): Physical and chemical properties of aerosols. Blackie Academic & Professoinal, London, 1998.

3. Impaktion

3. Impaktion Beispiel: in einem Nebelsammler werden Wolkentropfen mit Dp > 3 µm effektiv gesammelt Quelle: Wrzesinsky, 1997

Impaktion Beispiele: Filterung von Aerosol-Partikeln nach dem Impaktions-Prinzip:

Impaktion

Impaktion, hier in Verbindung mit Diffusion und Interzeption

Größenverteilung 02. August 2001 Waldstein

Größenverteilung

Nukleation Homogene Nukleation: Bildung von Partikeln aus der Gasphase eines oder mehrerer Stoffe; wenn nur ein Stoff beteiligt ist: "self-nucleation„ Homogene Nukleation kann frühestens dann eintreten, wenn der Sättigungsdampfdruck eines Gases in der Luft überschritten wird. Heterogene Nukleation: Anlagerung auf einer bereits bestehenden Oberfläche

Netto - Nukleationsrate wichtigste Gase in der unteren Atmosphäre: H2O, H2SO4, auch beide gemeinsam Die "Netto-Nukleationsrate" ist die Summe von Nukleationsrate (positiv) und Evaporationsrate (negativ) der Molekül-Cluster: Die Nukleationsrate  wird berechnet entweder aus der Theorie der Gaskinetik, und zwar aus der Kollisionshäufigkeit zwischen einzelnen Molekülen bzw. zwischen Molekül und einem bereits bestehenden Cluster (i-mer), oder aus thermodynamischen Annahmen, nämlich des energetisch günstigeren Zustandes der Existenz großer Cluster im Vergleich zu kleineren Clustern.  nimmt mit der Clustergröße zu.

Akkomodationskoeffizient Die Nukleationsrate sollte mit einem Akkomodationskoeffizient  multipliziert werden. Dieser ist eine dimensionslose Zahl zwischen 0 und 1 und beschreibt die Wahrscheinlichkeit, mit der zwei Moleküle (oder ein Molekül und ein Cluster oder ein Molekül und eine Oberfläche oder auch ein Partikel und eine Oberfläche), die aufeinander treffen, aneinander haften bleiben.  ist generell unbekannt bzw. sehr schwer bestimmbar. Daher wird oft  = 1 angenommen.

Kelvin - Gleichung Die Evaporationsrate  wird häufig unter Zuhilfenahme der Kelvin- Gleichung berechnet: pA = aktueller Gleichgewichts-Dampfdruck der Substanz A über der Flüssigkeit = Gleichgewichtsdampfdruck der Substanz A über einer flachen flüssigen Oberfläche  = Oberflächenspannung M = Molekulargewicht R = Gaskonstante T = Temperatur  = Dichte der Flüssigkeit r = Krümmungsradius der Oberfläche

Dampfdruck über gekrümmten Oberflächen Über gekrümmten Oberflächen ist der Dampfdruck höher, deshalb tendieren kleine Partikel zu evaporieren. Die Evaporationsrate  nimmt mit der Clustergröße ab. Quelle: Pruppacher und Klett

Heterogene Nukleation i ist die Clustergröße (Anzahl der Moleküle im Cluster) und somit als Radius bzw. Durchmesser interpretierbar. Quelle: Seinfeld und Pandis, 2006

Heterogene Nukleation Die Konzepte für die Beschreibung der Kinetik der heterogenen Nukleation sind ähnlich. Wenn in Luft z.B. H2O und H2SO4 (aus der Oxidation von SO2) in der Gasphase vorliegen und gleichzeitig Partikel, kann sowohl homogene Nukleation eintreten oder auch heterogene Nukleation auf den vorhandenen Oberflächen (Kondensation). In den meisten Fällen wird die Kondensation der schnellere Prozess sein.

Nukleation aus chemischen Reaktionen NH3(g) + HCl(g)  NH4Cl(f) HNO3(g) + NH3(g)  NH4NO3(f) Alkene + O3  Criegee Biradikal  ...  Kondensation aber auch: H2SO4 (g) + 2 NaCl  Na2SO4 + 2 HCl (g) HNO3 (g) + NaCl  NaNO3 + HCl (g) Die beiden letzten Reaktionen führen zum "Chlorid-Defizit" in Aerosolpartikeln marinen Ursprungs (typischer "enrichment factor": 0.88, der Anteil an Seesalz in einem Aerosol sollte besser mit den Na-Konzentrationen berechnet werden!).

Reaktion biogener Alkene mit Ozon Quelle: Finlayson-Pitts und Pitts , 2000

Reaktion biogener Alkene mit Ozon homogene und/oder heterogene Nukleation Quelle: Finlayson-Pitts und Pitts , 2000

Ausbeute an kondensierbarem Material durch die Oxidation reaktiver Kohlenwasserstoffe: VOC Ausbeute (µg m-3 ppm-1) Propan Cyclohexen 278 Pentan Isopren Cyclohexan 17  - Pinen 762 n – Octan 98  - Pinen 720 n - Tridecan 865 Monoterpene Ethen Benzol Penten Toluol 424 1 – Hexen o - Xylol 428 Quelle: nach Seinfeld und Pandis, 1998, S. 739f., verkürzt neuere Laboruntersuchungen weisen darauf hin, dass Isopren doch eine wichtige Rolle bei der Bildung sekundärer Partikel in der Atmosphäre spielt

at the surface without isoprene source, Henze, D. K., and J. H. Seinfeld (2006), Global secondary rganic aerosol from isoprene oxidation, Geophys. Res. Lett., 33, L09812, doi:10.1029/2006GL025976. Yearly average total SOA concentrations during the year March 2001–Feb 2002 at the surface without isoprene source, at the surface with isoprene source, at 5.2 km without isoprene source, and at 5.2 km with isoprene source.

Größenverteilung 02. August 2001 Waldstein

Größen-verteilung Impaktion turbulenter Transport Winderosion (von Land und Ozean) Emissionen (Vulkane, Pflanzenmaterial) homogene Nukleation  thermodynamisch stabile Cluster (TSC) heterogene Nukleation Koagulation Kondensation cloud processing Größen-verteilung dN / d log D [ µm -1] Sedimentation rainout washout Impaktion turbulenter Transport Ø kleine Partikel große Partikel ultrafeine Partikel accumulation range Aitken range

Impaktion – turbulenter Transport vertikale Flüsse nahe der Oberfläche (turbulenter Austausch) „Eddy Kovarianz“ Wind

„Anzahl - Flüsse“: Größenverteilungen Impaktion – turbulenter Transport „Anzahl - Flüsse“: Größenverteilungen (3 nm    900 nm)

Vertikale Partikel - Flüsse

Größenverteilung und vertikale Flüsse Part. O3

Partikelzusammensetzung an einem ländlichen Standort

Interne/Externe Mischung Innerhalb einer Größenklasse des Partikelspektrums sind nicht unbedingt alle Partikel identisch zusammengesetzt. Beispiel: externe Mischung interne Mischung nach Seinfeld und Pandis, 1998 (NH4)2)SO4 Ruß

Größenselektive Probenahme Partikel - Analyse Größenselektive Probenahme 1. Zyklone PM10-Aerosol tritt tangential ein spiralförmiger Luftstrom Partikel > 1 µm werden im „grid pot“ abgeschieden PM1 zum Filter

Größenselektive Probenahme Partikel - Analyse Größenselektive Probenahme Zyklone 2. Virtueller Impaktor 3. Impaktor Dichotomous Sampler (Andersen) 1 m³/h Vorabtrennung von Partikeln > 10 µm Auftrennung < 2,5 µm und 2,5 – 10 µm mit virtuellem Impaktor Sammlung der Fraktionen auf 37 mm Teflon-Filtern

Probenahme ohne Größenselektierung auf Filtern Partikel - Analyse Probenahme ohne Größenselektierung auf Filtern (in der Regel nach Vorabscheidung PM10, PM2.5, oder PM1) LVS (low volume sampler), geringer Durchsatz (2,3 m³/h) HVS (high volume sampler), hoher Durchsatz (68 m³/h) WRAC (wide range aerosol classifier) sehr hoher Durchsatz (ca. 2000 m³/h)

kontinuierliche Messverfahren (zur Massebestimmung)  - Absorption Partikel - Analyse kontinuierliche Messverfahren (zur Massebestimmung)  - Absorption Beheizung der Probenahme, Staubabscheidung auf Filter, Messung und Regelung des Volumenstromes (1 m³/h), Registrierung der Staubmasse (Absorption der -Strahlung, Kalibrierung mit Glimmerfolien, Rückführung auf Gravimetrie

kontinuierliche Messverfahren (zur Massebestimmung)  - Absorption Partikel - Analyse kontinuierliche Messverfahren (zur Massebestimmung)  - Absorption Oszillierende Mikrowaage (TEOM, tapered element oscillating microbalance) ein Glasfaserfilter befindet sich an der Spitze eines sich nach oben verengenden Röhrschens („tapered element“), durch das die Luft durch den Filter gesaugt wird. Der Filter wird in Schwingung gehalten. Die Masse des auf dem Filter abgeschiedenen Materials erfolgt über die Vermessung der Eigenfrequenz des Filters, nach dem Prinzip eines Pendels.

optische Messverfahren (zur Zählung von Partikeln) Partikel - Analyse optische Messverfahren (zur Zählung von Partikeln) Streulichtmessung Intensität  Partikelgröße Impulszahl  Partikelanzahl Limitierung: nur große Partikel können so direkt gemessen werden

optische Messverfahren (zur Zählung von Partikeln) Partikel - Analyse optische Messverfahren (zur Zählung von Partikeln) Weiterentwicklungen: 1. Vergrößerung der Partikel vor der Vermessung durch Aufdampfen von Butanol oder Wasser (CPC, UCPC) www.tsi.com

optische Messverfahren (zur Zählung von Partikeln) Partikel - Analyse optische Messverfahren (zur Zählung von Partikeln) Weiterentwicklungen: 1. Vergrößerung der Partikel vor der Vermessung durch Aufdampfen von Butanol oder Wasser (CPC, UCPC) 2. Größensortierung der Partikel vor der Analyse: DMPS (differential mobilitiy particle sizer) 2006-07-10 NW Atlantic www.tsi.com