Anwendung eines Thermodesorptions – Photoionisations- Einzelpartikel – Aerosolmassenspektrometers für die Echtzeit – Analyse von gesundheitsrelevanten aromatischen Komponenten auf luftgetragenen Aerosolpartikeln
M. Oster (HMGU), M. Bente (HMGU), M. Sklorz (UR), R. Zimmermann (HMGU/UR)
- Fig 1: Schema des TD-REMPI-SP-TOFMS – Aufbaus für die Analyse von partikelgebundenen polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen auf Einzelpartikeln
Die Feldtauglichkeit eines Thermodesorptions-Photoionisations-Einzelpartikel-Massenspektrometers wurde während einer Messkampagne in Augsburg erfolgreich erprobt. Damit konnten polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und PAK-Derivate, die an einzelne Aerosolpartikel gebunden waren, nachgewiesen und die Quellen der Partikel identifiziert werden.
In jüngerer Zeit entwickelte sich die Echtzeit – Einzelpartikel (SP) – Laser – Massenspektrometrie (MS) zu einem wichtigen Werkzeug für die Grundlagen- und angewandte Aerosolforschung. Während sich die herkömmliche Laserdesorptions – Ionisationstechnik (LDI) mit nachgeschalteter Massenspektrometrie (MS) besonders für die Desorption und Ionisierung von anorganischen Komponenten eignet, ist die Detektion von organischen Molekülen schwieriger, da diese während des Desorptions- / Ionisationsprozesses fragmentieren. Die Fragmentierung organischer Komponenten kann dadurch reduziert werden, dass der Desorptions- und der Ionisationsschritt getrennt werden. Man kann das dadurch erreichen, dass man für die Desorption einen gepulsten CO2-Laser (Wellenlänge 10.2µm) und für die Nachionisierung einen zweiten Laserpuls verwendet. Wenn dafür ein KrF-Excimer-Laser (Wellenlänge 248nm) benutzt wird, werden polyzyklische Aromaten und ihre Derivate selektiv in einem resonanzverstärkten Multiphotonenprozess (REMPI) ionisiert.
- Fig 2: TD-REMPI-SP-Massenspektrum eines Umweltaerosolpartikels mit 4µm Durchmesser. Neben anderen PAKs wurde auch Reten bei m/z 234 detektiert. Es stammt daher aus der Holzverbrennung.
Diese Laser – Desorption – Ionisations – Einzelpartikel – Flugzeit – Massenspektrometrie (LD-REMPI-SP-TOF-MS) – Technik erlaubt, Profile von (alkylierten) polyaromatischen Kohlenwasserstoffen zu detektieren, die bevorzugt an Aerosolpartikeln der Umwelt gebunden sind. Ein modifizierter, feldtauglicherer Aufbau benutzt die Thermodesorption (TD) anstelle der Laserdesorption; dabei impaktieren die Partikel auf einer geheizten Metallfläche innerhalb der Ionenquelle des MS.
Die TD-REMPI-SP-TOF-MS – Methode erlaubt – genauso wie die LD-REMPI-SP-TOF-MS – Methode die spezifische Identifikation molekularer aromatischer Spurenstoffe, z. B. von Benzin– und Diesel–KFZ–Emissionen und von Biomasseverbrennung. Eine erste Feldmesskampagne wurde im Winter 2010 an der Aerosolmeßstation des Helmholtz Zentrums München in Augsburg durchgeführt. So konnte z. B. Reten (m/z 234), das ein aromatischer Marker für Nadelholzverbrennung ist, auf Einzelpartikeln des Augsburg-Aerosols detektiert werden.
- Fig 3: Tagesgang der relativen Häufigkeit von Reten-Partikeln. Die Mittelwerte wurden aus den Gesamtdaten der 39 tägigen Sammelzeit berechnet.
