Weltkalibrierzentrum für Aerosolphysik
Unsere Arbeitsgruppe betreibt das Weltkalibrierzentrum für aerosolphysikalische Messungen (WCCAP; World Calibration Center for Aerosol Physics) im Rahmen des "Global Atmosphere Watch" Programmes der WMO (World Meterological Organization).
Im Rahmen des Weltkalibrierzentrums werden Referenz-Aerosolmessinstrumente eingesetzt zur Qualitätssicherung von Aerosolmessungen in verschiedenen Messnetzwerken.
Das WCCAP ist nicht nur für die Qualitätssicherung im weltweiten GAW-Netzwerk, sondern auch für das europäische Forschungsinfrastruktur-Netzwerk ACTRIS (Aerosol, Clouds, and Trace Gases Research Infrastructure Network) (ACTRIS Home Page) und das deutsche Messnetzwerk für ultrafeine Aerosolpartikel (GUAN - German Ultrafine Aerosol Network) zuständig.
Im Rahmen von GAW führen wir Audits von Messtationen weltweit durch.
Mobilitäts-Partikelgrößenspektrometer
Wir entwickeln fortlaufend Mobilitäts-Partikelgrößenspektrometer für Langzeitmessungen aber auch für Prozesstudien atmosphärischer Aerosolpartikel im submikrometer Größenbereich.
Wir bauen Mobilitäts-Partelgrößenspektrometer für den Größenbereich 10-800 nm mit einem DMA (Differential Mobility Analyzer) und für den Bereich 3-800 nm mit zwei DMAs.
Diese Größenspektrometer messen neben der Partikelgrößenverteilung auch alle Systemparameter wie Aerosol- und Schleierluft-Volumenstrom, Temperatur, relative Feuchte und Druck für eine rückführbare Datenqualität.
TROPOS-Größenspektrometer, die an Messstationen kooperierender wissenschaftlicher Institutionen eingesetzt werden, werden regelmäßig gegen WCCAP Referenz-Partikelgrößenspektrometer verglichen.
Qualititätskriterien für atmosphärischen Messungen von Partikelanzahl-Größenverteilungen sind in dieser Publikation beschriben.
Hygroskopizitätsanalysator
Hygroskopizitätsanalysatoren werden H-TDMA genannt (Hygroscopic-Tandem Differential Mobility Analyzer). H-TDMA-Systeme dienen zur Bestimmung von hygroskopischem Partikelwachstum und zur Quantifizierung des Mischungszustandes. Der Partikel-Größenmessbereich ist normalweise von 30 - 300 nm, und die relative Feuchte kann zwischen 30% und 90% geregelt werden.
Wir bauen und entwickeln H-TDMA-Systeme und unser "State-Of-The -Art" Instrument ist ein Hochfeuchte-H-TDMA, der das hygroskopische Partikelwachstum bis 99% bestimmen kann.
Momentan entwickeln wir eine neue Generation eines Nano-H-TDMAs.
Partikel-Absorptionsphotometer
Aerosolpartikel tragen zum direkten Strahlungsantrieb der Atmosphäre bei. Das bedeutet, dass solare Strahlung von Partikeln absorbiert wird und die Luft in der Umgebung direkt erwärmt. Die Maß in dem Partikel Strahlung absorbieren hängt sowohl von der Größe und Zusammensetzung der Partikel als auch von der Wellenlänge der Strahlung ab.
Absorptionsphotometer messen diese Stärke der Absorption bei einer oder bei mehreren Wellenlängen. Messungen bei mehreren Wellenlängen können Aufschluss geben welcher Partikeltyp maßgeblich die Absorption verursacht, dieses kann Ruß, organischer Kohlenstoff oder Mineralstaub sein. Absorptionsphotometer werden in vielen regionalen und weltweiten Messnetzen (GUAN, ACTRIS, GAW) eingesetzt.
Die Kalibrierung von Absorptionsphotometern ist problematisch, da es keine Standardpartikel mit definierten Absorptionseigenschaften gibt. Derzeit befindet sich eine ein Labor zur reproduzierbaren Erzeugung von Ruß im Aufbau.
Momentan entwickeln wir im Rahmen von ACTRIS Referenzmethoden für die Kalibrierung von Absorptionsphotometern.
Aerosoltrockner
In nationalen und internationalen Messnetzwerken werden die physikalischen und optischen Aerosoleigenschaften idealerweise bei einer relativen Feuchte unter 40% bestimmt, um eine Vergleichbarkeit der Ergenisse zu erzielen.
Der Grund für diese Vereinbarung ist, dass Aerosolpartikel Wasser aufnehmen können in Abhängigkeit ihrer Löslichkeit sowie der relativen Feuchte.
In der Regel sollte das Aerosol getrocknet werden bevor es zum Messgerät gelangt. Wir haben dazu einen automatischen Aerosoltrockner entwickelt, der auf mehreren Messtationen national und international eingesetzt wird.
Eine detailierte Beschreibung dazu ist in dieser Publikation gegeben.
Partikel-Einlässe
Um Aerosolpartikel messen zu können, bedarf es fast immer eines Partikeleinlasssystems, welches die Partikel aus der Umgebung zu den eigentlichen Aerosolmessgeräten in der Messstadion oder im Flugzeug transportiert. Während des Transports können erhebliche Partikelverluste oder Partikelmodifikationen auftreten. Um diese Verfälschungen so gering wie möglich zu halten oder sie zu quantifizieren, nutzt das TROPOS Laborexperimente, empirische Korrekturen, sowie strömungsmechanische Computermodelle (CFD Programme). Mit Hilfe dieser Programme können Partikeleinlässe vom 300 m Messturm bis zum 900 km/h schnellen Airbus A340 ausgelegt werden.