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seit 11/2007 |
Doktorand im AK Hoffmann an der JGU Mainz Diplomarbeit im AK Hoffmann an der JGU Mainz Studium der Chemie (Dipl.) an der JGU Mainz Zivildienst im AWO Seniorenzentrum Wörrstadt Abitur am staatlichen Gymnasium Nieder-Olm |
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Quantifizierung und Charakterisierung von reaktiven α‑Dicarbonylverbindungen in atmosphärischen Aerosolen
Atmosphärische Aerosole beeinflussen Klima, Luftqualität und Gesundheit der Menschen. Von besonderer Bedeutung sind hierbei Partikel mit aerodynamischen Durchmessern von < 1 µm, die ihrerseits einen großen Anteil an organischem Material beinhalten. Dieser organische Bestandteil ist hauptsächlich sekundärer Natur. Traditionelle Modelle für die Vorhersage der Bildung und des Wachstums sekundärer organischer Aerosole (SOA) beruhen auf der Verteilung von schwerflüchtigen Produkten aus atmosphärischen Oxidationsprozessen flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) zwischen Gas- und Partikelphase. Es wurden jedoch große Diskrepanzen zwischen modellierter und gemessener Masse an SOA beobachtet. Daher wird vermutet das heterogene Reaktionen und Reaktionen in der Partikelphase eine wichtige Rolle in Bildungs- und Umwandlungsprozessen von SOA spielen. Reaktive α-Dicarbonylverbindungen (Glyoxal und Methylglyoxal) werden heute als Modellsubstanzen verwendet, um Mechanismen und Ausmaß dieser Prozesse zu untersuchen.
Um den Beitrag von Glyoxal und Methylglyoxal zur SOA-Masse zu quantifizieren, wurde eine robuste und selektive Methode zu deren Bestimmung im Ultraspurenbereich entwickelt und validiert. Die Methode beruht auf der Extraktion von Filterproben atmosphärischer Aerosole und der anschließenden Derivatisierung der Extrakte mittels 2,4-Dinitrophenylhydrazin. Dies ermöglicht hochselektive Messungen unter Anwendung von Hochleistungs-Flüssigchromatographie gekoppelt mit Elektrospray-Tandem-Massenspektrometrie (HPLC-ESI-MS/MS). Niedrige Nachweisgrenzen wurden durch die Entwicklung eines Aufreinigungsverfahrens für das verwendete Derivatisierungsreagenz ermöglicht, welches hohe Hintergrundwerte der Analyten aufwies. Die Methode erlaubt die Analyse von Glyoxal, Methylglyoxal, und deren reversibel gebildeten höhermolekularen Verbindungen. Alle Methodenparameter wurden sorgfältig evaluiert und die Anwendbarkeit der Methode für die Messung atmosphärischer Aerosole wurde durch die Analyse von Realproben bestätigt. Durch die Anwendung der eigens entwickelten Methode in Feld- und Laboratoriums-Messkampagnen an Atmosphärensimulationskammern konnten Fragen bezüglich der Relevanz von a-Dicarbonylverbindungen in SOA, potentiellen Korrelationen mit anthropogenen Tracer-Verbindungen, dem Verhalten von α-Dicarbonylverbindungen während der Alterung von SOA, sowie den Mechanismen des Verteilungsgleichgewichts von Glyoxal zwischen Gas- und Partikelphase beantwortet werden.
Des Weiteren wurde eine Studie zur Bildung von lichtabsorbierendem Material durch α-Dicarbonyle in makroskopischen Nachbildungen wässriger Aerosole, d.h. in glyoxalhaltigen Ammoniumsulfat-Lösungen, mittels HPLC-DAD-ESI-MS/MS durchgeführt. Ein bicyclisches Imidazol konnte hierbei durch den Vergleich mit einer eigens synthetisierten Referenzverbindung als eine der Hauptkomponenten, die zu dem beobachteten Absorptionsverhalten solcher Lösungen beitragen, identifiziert werden. Die Produktionsrate dieses Imidazols lag dabei zwei Größenordnungen niedriger als die der in der Literatur identifizierten Hauptreaktionsprodukte. Dadurch konnte die Notwendigkeit einer molekularen Identifizierung von Spurenstoffen für die Abschätzung der optischen Eigenschaften von atmosphärischen Aerosolen demonstriert werden.
Forschungsinteressen
Sekundäres organisches Aerosol (SOA), α-Dicarbonylverbindungen, Alterung von SOA, Hochleistungs-Flüssigchromatographie (HPLC), UV-Vis Spektrophotometrie, Ionenfallen-(Tandem)-Massenspektrometrie (IT/MSn), Elektrospray-Ionisierung (ESI), Atmosphärendruck-Chemische-Ionisierung (APCI), Methodenentwicklung, Methodenoptimierung, Ultra-Spurenanalyse von organischen Verbindungen