Bachelorarbeiten

Weiterentwicklung bzw. Optimierung der direkten OH-Radikalmessung in wässriger Phase

Im Rahmen dieser Arbeit soll eine bestehende Methode zur direkten Messung von OH-Radikalen weiterentwickelt bzw. optimiert werden. Bisher werden die Geschwindigkeitskonstanten von OH‑Radikalreaktionen unter Anwendung der Wettbewerbskinetik gemessen, dabei wird ein Referenzreaktant zugegeben und das resultierende Produkt analysiert. Eine andere Möglichkeit ist die direkte Messung von Alkyl- bzw. Peroxylradikalen und der resultierenden der Absorptionsänderung im UV-Bereich (200 nm ≤ λ ≤ 350 nm). Hierbei sollen unter Anwendung der Laserphotolyse-Laser-Langweg-Absorptionsapparatur die UV‑Absorptionsspektren bzw. die Absorptions-Zeit-Verläufe der zuvor genannten kurzlebigen Spezies gemessen werden und diese im Anschluss ausgewertet und modelliert werden.

Betreuer:

Prof. Hartmut Herrmann, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V., Permoserstraße 15, 04318 Leipzig, herrmann[at]tropos.de

Zweitgutachter: Dr. Thomas Schaefer

Ausschreibungsdatum: September 2019

 

Radikalische Oxidation von Carbonäure in wässriger Lösung: Einfluss der Temperatur und des pH-Wertes

Das troposphärische Aerosol ist eine Mischung der verschiedensten anorganischen bzw. organischen Verbindungen. Kurzkettige Mono- und Dicarbonsäuren bilden einen wichtigen Bestandteil der organischen Partikelmasse. Im Rahmen dieser Arbeit soll der photoinduzierte Abbau von Carbonsäuren (z.B. Malonsäure, Adipinsäure bzw. Glutarsäure) in wässriger Phase temperatur- und pH- wertabhängig untersucht werden. Dazu sollen die Geschwindigkeitskonstanten von OH-Radikalreaktionen unter Verwendung einer Laserphotolyse-Laser-Langweg-Absorptionsapparatur bestimmt werden.

Betreuer:

Prof. Hartmut Herrmann, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V., Permoserstraße 15, 04318 Leipzig, herrmann[at]tropos.de

Zweitgutachter: Dr. Thomas Schaefer

Ausschreibungsdatum: September 2019

 

Radikalische Oxidation von Oxalsäure in wässriger Lösung: Einfluss der Temperatur und des pH-Wertes

Das troposphärische Aerosol ist eine Mischung der verschiedensten anorganischen bzw. organischen Verbindungen. Kurzkettige Mono- und Dicarbonsäuren bilden einen wichtigen Bestandteil der organischen Partikelmasse. Im Rahmen dieser Arbeit soll der photoinduzierte Abbau von Oxalsäure in wässriger Phase temperatur- und pH- wertabhängig untersucht werden. Zwar wurden die Geschwindigkeitskonstanten dieser Abbaureaktionen bereits untersucht, die angegebenen Werte widersprechen sich jedoch zum Teil. Dazu sollen die Geschwindigkeitskonstanten von OH-Radikalreaktionen unter Verwendung einer Laserphotolyse-Laser-Langweg-Absorptionsapparatur bestimmt werden.

Betreuer:

Prof. Hartmut Herrmann, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V., Permoserstraße 15, 04318 Leipzig, herrmann[at]tropos.de

Zweitgutachter: Dr. Thomas Schaefer

Ausschreibungsdatum: September 2019

 

Weiterführende Studien der Reaktivität von Photosensitizern in wässriger Lösung

Im Rahmen dieser Arbeit sollen photoinduzierte Reaktionen von Photosensitizern (angeregte organische Moleküle) in wässriger Phase untersucht werden.

Im Detail soll die Reaktivität gegenüber organischen Substanzen wie zum Beispiel: Zuckerverbindungen wie Saccharose bzw. Isoprenoxidationsprodukte das Metharcrolein oder das Methylvinylketon in An- bzw. Abwesenheit von molekularem Sauerstoff bestimmt werden. Dazu sollen UV-Absorptionsspektren bzw. Absorptions-Zeit-Verläufe der angeregten organischen Moleküle gemessen und ausgewertet werden. Als Photosensitizer kommen die folgenden Verbindungen in Frage: Anthraquinone-2-sulfonat, Furfural bzw. Imidazol-2-carboxaldehyd.

Mit den erhaltenen Ergebnissen soll ein Mechanismus aufgestellt und modelliert werden.

Betreuer:

Prof. Hartmut Herrmann, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e.V., Permoserstraße 15, 04318 Leipzig, herrmann[at]tropos.de

Zweitgutachter: Dr. Thomas Schaefer

Ausschreibungsdatum: September 2019

 

Charakterisierung der atmosphärischen Aerosolpartikel unter Nutzung eines Aerosol-Massenspektrometers

Atmosphärische Aerosolpartikel bestehen aus einer komplexen Mischung organischer und nicht-organischer Komponenten. Durch die seit dem letzten Jahrzehnt entwickelten Techniken der online Massenspektrometrie (z.B. Aerosol Mass Spectrometer AMS, Aerosol Chemical Speciation Monitoring ACSM) kann die chemische Zusammensetzung von Aerosol mit einer hohen zeitlichen Auflösung gemessen werden. Durch diese Messungen können die physio-chemischen Eigenschaften des Aerosols besser verstanden werden. Organisches Aerosol kann entweder direkt abgesondert (primäres organisches Aerosol) oder als sekundäres organisches Aerosol (SOA) geformt werden. Die Identifikation der organischen Ursprünge ist also wichtig, da dadurch a) primäre und sekundäre Ursprünge besser identifiziert und charakterisiert werden können, b) der Einfluss langer Transporte atmosphärischen Aerosols sowie die Rolle von Lustmassenursprüngen charakterisiert werden kann, und c) Aerosoleigenschaften besser verstanden werden können (z.B. Hygroskopizität, CCN, Volatilität, optische Eigenschaften…). Hauptaufgabe während der Arbeit wird die Auswertung des AMS- und/oder ACMS-Daten sein. Der Fokus wird dabei vor allem auf der Quellenuntersuchung des organischen Aerosols und dem Zusammenhang zwischen Aerosolzusammensetzung und Aerosolhygroskopizität sowie der Aktivierungeigenschaften.

Betreuer / Erstgutachter:

Prof. Dr. Hartmut Herrmann, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS), Abteilung Chemie, Permoserstr. 15 04318, Leipzig, Tel: 0341/27 17 7024, Email: herrmann@tropos.de

Kontaktperson: Dr. Laurent Poulain Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) Tel: 0341/2717 7316, Email: poulain@tropos.de

Literatur:

  • Canagaratna et al., Mass Spectrom. Rev., 26, 185-222, 2007.
  • Crippa et al., Atmos. Chem. Phys., 13, 961-981, 2013.
  • Henning et al. (2014), Atmos. Chem. Phys., 14(15), 7859-7868.
  • Ng et al., Aerosol Sci. Technol., 45, 780-794, 2011.
  • Petters and Kreidenweis (2007), Atmos. Chem. Phys., 7(8), 1961-1971.
  • Poulain et al., Atmos. Chem. Phys., 11, 12579-12599, 2011
  • Poulain et al. Atmos. Chem. Phys., 14, 10145-10162, 2014.

Ausschreibungsdatum: 1. November 2018

 

Masterarbeiten


Analysen von Rückwärtstrajektorien zur Quellzuordnung von PM

In dieser Masterarbeit soll ein Algorithmus weiterentwickelt werden, der Aufenthaltszeiten von Rückwärtstrajektorien über verschiedenen Landbedeckungsklassen berechnet. Der verbesserte Algorithmus soll für Messdaten der Forschungsstation Melpitz zur Anwendung kommen, um eine detailliertere Quellzuordnung von Partikelmassekonzentrationen (PM) zu ermöglichen und damit einen Beitrag zu Fragen der regionalen Luftqualität zu leisten.

Für die Bearbeitung des Themas sind Programmierkenntnisse nötig. Idealerweise in R, Kenntnisse in anderen Programmiersprachen sind aber auch hilfreich.

Genauere Informationen können Interessenten gerne bei o.a. Kontakten erfragen.

Kontakte: Prof. Dr. Hartmut Herrmann, Tel.: 0341 2717 7024, E-Mail: herrmann[at]tropos.de ; Dr. Dominik van Pinxteren, Tel.: 0341 2717 7029, E-Mail: dominik.vanpinxteren[at]tropos.de

Datum der Ausschreibung: 19.12.2018

 

24 Jahre Langzeitmessungen von PM10 an der TROPOS-Forschungsstation Melpitz – Vergleich unterschiedlicher Wetterlagenklassifizierungen

An der Forschungsstation Melpitz in Sachsen (bei Torgau) wird neben anderen Messungen seit 1992 die Partikelmassenkonzentration PM10 mit den Massenkonzentrationen der wasserlöslichen Ionen und des Kohlenstoffes täglich registriert. Langzeit- und Kurzzeitmessungen aus Melpitz werden seit Beginn der Messungen 1992 mit Hilfe einer ein-fachen Zuordung der Luftmassenanströmung aus einem Ost- oder West-sektor mit Hilfe von Rückwärtstrajektorien und die Einteilung in Winter- und Sommerhalbjahr registriert. Es ist an der Langzeitmessreihe zu prüfen ob diese einfache Methode, für die sich, unter Berücksichtigung einer nicht eindeutigen Anströmungszuordung, nur sechs Kategorien ergeben, vergleichbare Ergebnisse zur Anwendung der objektive Wetterlagenklassifizierung des DWD und der subjektive Klassifizierung der Großwetterlagen nach Hess- und Brezowsky liefern kann. Dafür sollten Wetterlagen der letzten beiden Klassifizierungen in geeigneter Form zusammengefasst werden.

Kontakte: Prof. Dr. Hartmut Herrmann, Tel.: 0341 2717 7024, E-Mail: herrmann[at]tropos.de ; Dr. Gerald Spindler, Tel.: 0341 2717 7027, E-Mail: gerald.spindler[at]tropos.de

Datum der Ausschreibung: 19.12.2018

 

Air pollution differences between Asian and European cities

Air pollution is a concern due to its numerous risks to human health and the environment. To combat various emissions, measures are being taken both in European and Asian cities to reduce the level of pollution in their respective environment. To evaluate the level of pollution and the sources of the emissions, we have collected and obtained particulate matter data from 2 Asian and 2 European cities. The goal is the evaluation of measurement data of aerosol trace metals, inorganic ions and elemental and organic carbon compositions to find out; i) what are the major aerosol chemical constituents in these regions, ii) how different are the concentrations iii) what are the main emission sources in these regions.

Kontakte: Prof. Dr. Hartmut Herrmann, Tel.: 0341 2717 7024, E-Mail: herrmann[at]tropos.de ; Dr. Khanneh Wadinga Fomba, Tel.: 0341 2717 7033, E-Mail: fomba@tropos.de

Datum der Ausschreibung: 19.12.2018

 

Adaptation of acid digestion methods for quantification of trace metals using Total-reflection x-ray Fluorescence technique

Trace metals play important roles in atmospheric heterogeneous chemistry and also serve as tracers for various atmospheric emission sources. However, their atmospheric concentrations are often low in the ng/m³ range. Many methods are available to measure trace metals in aerosol particles, nevertheless, a majority of them require a substantial amount of aerosol mass for quantitative analysis. The application of a Total reflection X-Ray Fluorescence (TXRF) technique on aerosol samples could be a good tool in resolving this difficulty. TXRF has a detection limit of only a few pg. However, despite its low detection limits, the sample preparation especially the sample morphology on the measurement substrate plays a significant role in the quantification of the trace metals. In this study, microwave digestion of aerosol samples shall be applied to improve on the sample morphology on the measurement substrate. Different digestion procedures shall be tested and the effect on the quantification of various trace metals shall be evaluated.

Kontakte: Prof. Dr. Hartmut Herrmann, Tel.: 0341 2717 7024, E-Mail: herrmann[at]tropos.de ; Dr. KhannehWadinga Fomba, Tel.: 0341 2717 7033, E-Mail: fomba[at]tropos.de

Datum der Ausschreibung: 19.12.2018

 

Comprehensive Chemical analysis of chamber-generated SOA (LC/MS, GC/MS, UV/VIS etc.)

Filter beprobt in der Aerosolkammer ACD-C werden mit verschiedenen Analysentechnik eingehend charakterisiert. Hauptschwerpunkt ist die Analytik von biogenen und anthropogenen Partikelphasenprodukten aus der Oxidation von flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen. Als Analysentechniken sollen Flüssigchromatographie und Gaschromatograhie gekoppelt mit Massenspektrometrie, UV/VIS spektroskopie zur Quantifizierung von organischen Peroxiden und die Bestimmung von reactive oxygen spezies (ROS).

Kontakte: Prof. Dr. Hartmut Herrmann, Tel.: 0341 2717 7024, E-Mail: herrmann[at]tropos.de; Dr. Anke Mutzel, Tel.: 0341 2717 7025, E-Mail: anke.mutzel[at]tropos.de

Datum der Ausschreibung: 19.12.2018

 

Modellierung der troposphärischen Multiphasenchemie von organischen Verbindungen in Wolken und deliqueszenten Aerosolpartikeln mit CAPRAM

Die Troposphäre ist ein komplexes Multiphasen- und Mehrkomponentensystem, in dem gleichzeitig chemische Gas- und Flüssigphasenprozesse sowie heterogene chemische Transformationen ablaufen, welche die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Aerosolen auf globaler Skala verändern können. Derzeit bestehen noch große Unsicherheiten bezüglich der Bildung von sekundären organischen Aerosolbestandteilen (SOA) sowie deren weiterer chemischer Prozessierung. Aufgrund der großen Komplexität der organischen Multiphasenchemie stellen Modelle mit detaillierten Chemiemechanismen ein adäquates Werkzeug dar, um diese Prozesse im Detail zu untersuchen. In der Arbeit, sollen numerische Simulationen mit den Modellsystem SPACCIM und dem Multiphasenchemiemechanismus MCM-CAPRAM durchgeführt und wichtige organische Systeme untersucht werden. Die Ergebnisse sollen mit verfügbaren Feldmessungen verglichen werden. Innerhalb des Forschungs-seminars soll ein Überblick über den Flüssigphasenchemiemechanismus CAPRAM, den Mechanismus-Generator GECKO-A sowie über aktuelle Modellstudien zur organischen Multiphasenchemie ausgearbeitet werden. Parallel dazu werden im Methodenseminar die Grundlagen und Fähigkeiten für die spätere Modellierung erarbeitet. In den anschließenden Arbeiten der Masterarbeit sollen dann Simulationen mit dem Luftpaketmodel SPACCIM durchgeführt werden fokussierend auf die aqSOA Bildung aus wichtigen Gasphasenvorläuferverbindungen (z.B. Isopren).

Kontakte: Prof. Dr. Hartmut Herrmann, Tel.: 0341 2717 7024, E-Mail: herrmann[at]tropos.de; Dr. Andreas Tilgner, Tel.: 0341 2717 7178, E-Mail: andreas.tilgner[at]tropos.de

Datum der Ausschreibung: 19.12.2018

 

Charakterisierung der atmosphärischen Aerosolpartikel unter Nutzung eines Aerosol-Massenspektrometers

Atmosphärische Aerosolpartikel bestehen aus einer komplexen Mischung organischer und nicht-organischer Komponenten. Durch die seit dem letzten Jahrzehnt entwickelten Techniken der online Massenspektrometrie (z.B. Aerosol Mass Spectrometer AMS, Aerosol Chemical Speciation Monitoring ACSM) kann die chemische Zusammensetzung von Aerosol mit einer hohen zeitlichen Auflösung gemessen werden. Durch diese Messungen können die physio-chemischen Eigenschaften des Aerosols besser verstanden werden. Organisches Aerosol kann entweder direkt abgesondert (primäres organisches Aerosol) oder als sekundäres organisches Aerosol (SOA) geformt werden. Die Identifikation der organischen Ursprünge ist also wichtig, da dadurch a) primäre und sekundäre Ursprünge besser identifiziert und charakterisiert werden können, b) der Einfluss langer Transporte atmosphärischen Aerosols sowie die Rolle von Lustmassenursprüngen charakterisiert werden kann, und c) Aerosoleigenschaften besser verstanden werden können (z.B. Hygroskopizität, CCN, Volatilität, optische Eigenschaften…). Hauptaufgabe während der Arbeit wird die Auswertung des AMS- und/oder ACMS-Daten sein. Der Fokus wird dabei vor allem auf der Quellenuntersuchung des organischen Aerosols und dem Zusammenhang zwischen Aerosolzusammensetzung und Aerosolhygroskopizität sowie der Aktivierungseigenschaften.

Kontakte: Prof. Dr. Hartmut Herrmann, Tel.: 0341 2717 7024, E-Mail: herrmann[at]tropos.de; Dr. Andreas Tilgner, Tel.: 0341 2717 7316, E-Mail: laurent.poulain[at]tropos.de

Datum der Ausschreibung: 19.12.2018

 

Chemische Analytik mariner Proben

Es sollen verschiedene atmosphärenchemisch relevante Bestandteile in marinen Umweltproben qualitativ und quantitativ bestimmt werden. Bei den Proben handelt es sich um marine Aerosolpartikel und Meerwasserproben, die auf verschiedenen Feldmesskampagnen gesammelt wurden. Interessante Substanzklassen sind dabei unter anderem Carbonyle, Mono- und Polysaccharide, sowie Aminosäuren und Fettsäuren. Die chemische Analytik soll je nach Analytklasse mittels GC-MS, LC-MS und Photometrie erfolgen. Die praktischen Arbeiten umfassen teilweise die Methodenentwicklung und deren Validierung an den analytischen Geräten, sowie das Messen einer repräsentativen Anzahl von Realen Feldproben. Diese Untersuchungen sollen helfen, einen Zusammenhang zwischen organischen Analyten im Meerwasser und Aerosolpartikel herzustellen und mehr über Quellen, Transport- und Bildungswege zu erfahren.

Kontakte: Prof. Dr. Hartmut Herrmann, Tel.: 0341 2717 7024, E-Mail: herrmann[at]tropos.de; Dr. Andreas Tilgner, Tel.: 0341 2717 7102, E-Mail: manuela.vanpinxteren[at]tropos.de

Datum der Ausschreibung: 19.12.2018

Untersuchung zur größenabhängigen Konzentration hoch aktiver Eiskeime auf Kap Verden

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Die Fähigkeit von Aerosolpartikel als Keim zur Eiskristallbildung zu agieren hängt von deren Zusammensetzung und der Partikelgröße ab. In dieser Studie werden Aerosole aus zwei unterschiedlichen Größenbereichen, gesammelt am „Cape Verde Atmospheric Observatory“ (CVAO), auf ihre Effizienz als Eiskeime im Labor untersucht.

Ziel dieser Untersuchungen ist ein Vergleich der Eiskeimkonzentration im Aerosol <10µm und <1µm  über Kap Verden. Daten über die Herkunft der Luftmasse sowie chemischen und physikalischen Informationen über die Aerosole, wie sie vor Ort gemessen wurden, können benutzt werden um Unterschiede zu erklären.

Nutzung einer infraroten Himmelskamera zur Untersuchung des langwelligen Strahlungseffekts und der Mikrophysik von Wolken

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Seit Beginn diesen Jahres betreibt TROPOS eine neuartige All-Sky Kamera vom Typ ASIVA (Klebe et al., 2014), die neben einer solaren Fischaugenkamera mit einer infrarote Fischaugenkamera mit 3 spektralen Bändern (8.5, 10.8, und 12.0μm) im atmosphärischen Fensterbereich ausgestattet ist. Diese Kanäle  erlauben auch nachts eine Beobachtung des Himmelszustands. Ziel der Masterarbeit ist die Untersuchung des Einflusses von Wolken inklusive ihrer Heterogenität auf den langwelligen Strahlungsfluss. Hierbei sollen mit einem Strahlungstranportmodell unbewölkte und bewölkte Strahldichten auf Basis der am TROPOS durchgeführten Mikrowellen-, Radar-, und Ceilometermessungen simuliert werden. Augenmerk soll hierbei insbesondere auf der Sensitivität der Kanäle auf die Wolkenmikrophysik (insb. Tropfengröße) liegen (siehe Hirsch et al., 2012). Gleichzeitig sollen diese spektral und räumlich aufgelösten Daten mit breitbandigen Pyrgeometermessungen verglichen werden, um den Einfluss räumlicher Variabilität auf den langwelligen Strahlungsfluss zu quantifizieren. Durch einen Vergleich der Helligkeitstemperaturen mit aktiven Messungen soll die Genauigkeit bestimmt werden, mit der die Wolkenhöhe aus der Helligkeitstemperatur bestimmt werden kann.

Datum der Ausschreibung: 03.03.2016

Evaluierung von Satellitenprodukten der solaren Einstrahlung mittels Schiffsmessungen 

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Im Rahmen des OCEANET Projektes werden seit 2007 detaillierte Atmosphären-messungen auf den Überführungsfahrten des Forschungsschiffs Polarstern zwischen der Nord- und der Südhemisphäre von TROPOS durchgeführt. Hierzu gehören insbesondere zeitlich hochaufgelöste Messungen der  Globalstrahlung sowie Aufnahmen einer Himmelskamera, die eine detallierte Charaktersierung von Wolken und ihres Strahlungseffekts ermöglichen (Kalisch und Macke, 2012). In der Masterarbeit soll dieser einmalige Datensatz genutzt werden, um die Genauigkeit von satellitenbasierten Strahlungsprodukten von METEOSAT SEVIRI zu bestimmen. Hierbei soll einerseits untersucht werden, wie sich der typische Wolkentyp und Wolkenstrahlungseffekt entlang der meridionalen Querschnitte beim Durchqueren der unterschiedlichen Klimaregionen ändert, und wie sich dies auf die Genauigkeit der Satellitenprodukte auswirkt. Diese Arbeit wird in Kooperation mit der Abteilung satellitengestütztes Klimamonitoring des Deutschen Wetterdienstes angeboten. Bei Interesse ist eventuell eine Beteiligung an der Polarsternfahrt im Frühjahr 2016 von Kapstadt nach Bremerhaven möglich.

Datum der Ausschreibung: 03.03.2016