Produktstudien

In diesem Forschungsbereich werden Produktstudien zu den kinetisch untersuchten radikalischen und nichtradikalischen Oxidationsreaktionen organischer Verbindungen in Wolkentröpfchen und wässriger Partikelphase durchgeführt. Zu diesem Zweck wird ein temperaturgeregelter Flüssigphasenphotoreaktor (siehe Abbildung 1 und Abbildung 2) mit einem Volumen von 300 mL mit einem Sonnensimulator (LS0805-Q, LOT-Quantum Design) inklusive Airmass Filter (AM1.5G) bestrahlt. In Abhängigkeit vom durchgeführten Experiment kann der Photoreaktor auch mit einer Xenon-Kurzbogenlampe (450 W, LSB541, LOT-Quantum Design) bestrahlt werden. Der Photoreaktor enthält eine wässrige Lösung aus Radikalvorläufer und der zu untersuchenden organischen Verbindung. Wasserstoffperoxid wird in den Experimenten zur Oxidation durch Hydroxylradikale als Radikalquelle verwendet. Die Wasserstoffperoxidkonzentration wird so gewählt, dass eine Gleichgewichtsradikalkonzentration von 1 × 10-13 mol L-1 erreicht wird. Für gewöhnlich beträgt die Konzentration der organischen Verbindung in diesen Versuchen 1 × 10-3 mol L-1 bis 1 × 10-6 mol L-1. Proben werden in Intervallen von 5 Minuten bis 30 Minuten manuell genommen.

Abbildung 1: Schematischer Aufbau der Experimente mit dem Flüssigphasenphotoreaktor

Abhängig von der Art, beziehungsweise Funktionalisierung der gebildeten Produkte, steht eine Vielzahl analytischer Systeme zur qualitativen und quantitativen Bestimmung zur Verfügung. Für die Bestimmung der Produkte ist es möglich hochauflösende Analysensysteme, wie z.B. ein UPLC HRAM-MS (ultrahigh performance high resolution accurate mass mass spectrometer) zu nutzen. Darüber hinaus stehen verschiedene andere Geräte, wie LC-MS/MS(Q-IMS-ToF), HPLC-QMS, GC-MS and CE-UV oder CE-MS, zur Verfügung um Zielverbindungen, wie Carbonyle, kleine Carbonsäuren (C1-C4) oder Organosulfate nachzuweisen.

Ein aktueller Forschungsschwerpunkt sind die Reaktionen von Hydroxyl- und Sulfatradikalen mit Oxidationsprodukten von Isopren, einer flüchtigen Verbindung, die in großen Mengen von Pflanzen in die Troposphäre abgegeben wird. Seine Oxidationsprodukte sind weniger flüchtig und können teilweise in wässrige Partikel und Wolkentropfen übergehen und dort weiterreagieren. Diese Reaktionen in der flüssigen Phase können durch entstehende schwerflüchtige Verbindungen wie Organosulfate zur Bildung von sekundärem organischem Aerosol (SOA) beitragen.

Abbildung 2: Foto des experimentellen Aufbaus mit dem Flüssigphasenphotoreaktor.

Referenzen

Schindelka J., Iinuma Y., Hoffmann D., Herrmann H. (2013) Sulfate Radical-Initiated Formation of Isoprene-Derived Organosulfates in Atmospheric Aerosols. Faraday Discussions 165, 237-259, doi: 10.1039/c3fd00042g.

Rodigast M., Mutzel A., Schindelka J., Herrmann H. (2016) A new source of methylglyoxal in the aqueous phase. Atmos Chem Phys 16 (4), 2689-2702, doi: 10.5194/acp-16-2689-2016.

Otto T., Stieger B., Mettke P., Herrmann H. (2017) Tropospheric Aqueous-Phase Oxidation of Isoprene-Derived Dihydroxycarbonyl Compounds. The Journal of Physical Chemistry A 121 (34), 6460-6470, doi: 10.1021/acs.jpca.7b05879.

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