Insitu - Spurengas - Messtechnik (Spurengas-Messtechnik)

Messgrößen

  • NO
  • NO2
  • NOy
  • CO
  • CO2
  • O3
  • j_NO2
  • HCHO
  • H2O

Prinzip

NO: Die Messung von NO beruht auf der Chemilumineszenzreaktion von NO2. In der Probenluft enthaltenes NO wird mit Ozon, das durch einen Ozonreaktor produziert wird, in einer Kammer zur Reaktion gebracht. Ein Teil des dabei gebildeten NO2 ist angeregt und geht unter Aussendung von Strahlung im nahen IR in den Grundzustand zurück. Der kurzwellige Teil dieser Strahlung wird mit einem Photomultiplier detektiert und ist ein Maß für das in der Probenluft enthaltene NO.

NO2: Dem Chemilumineszenzdetekor wird eine Photolysekammer vorgeschaltet. In dieser Kammer wird in der Probenluft enthaltenes NO2 durch Bestrahlung mit UV – Licht in NO umgewandelt, dass anschließend als NO nachgewiesen wird.

NOy: NOy ist die Summe aller atmosphärischen reaktiven Stickstoffverbindungen (= NO + NO2 + HNO3 + PAN + N2O5 + HNO4 + HNO2 + ....) Die verschiedenen Spezies werden in einem Konverter in NO überführt und als NO nachgewiesen. Der Konverter besteht aus einem auf etwa 300°C geheiztem Goldrohr. Als Reduktionsmittel wird CO oder H2 beigegeben.

CO: CO wird über Resonanzfluoreszenz nachgewiesen. Anregung von CO durch Mikrowellen Entladungslampe. Resonanzfluoreszenz um 151 nm wird durch Photomultiplier detektiert.

CO2: CO2 wird über Nichtdispersive IR –Gasanalysator. Beruht auf der Differenz der Absorption zwischen einer Mess- und Referenzküvette (mit bekannter CO2 – Konzentration) bei 4,36 µm.

O3: O3 wird durch einen UV – Photometer nachgewiesen. Differenz der Absorption zwischen Mess- und Referenzküvette bei 254 nm.

J_NO2: Filterradiometer: Durch Farbglasfilter wird nur der Bereich der Sonnenstrahlung durchgelassen, der für die Photolyse von NO2 relevant ist (~ 310 – 420 nm). Detektion mit Photodiode.

HCHO:Die HCHO – Messung beruht auf der Hantzsch – Synthese. Bildung von Diacetyldihydrolutidin (DADHL) über mehrere Reaktionen aus HCHO. DADHL wird mit einer Hg – Lampe zur Fluoreszenz (Maximum bei 510 nm) angeregt. Detektion der Strahlung mit einem Photomultiplier.

H2O: Die Wasserdampf wird mit einem gekühlten Taupunktsensor gemessen. Kompressorkühlung mit Helium als Arbeitsgas.

Anwendung

Die oben aufgeführten Messsysteme werden bei Bodenmessungen und auf folgenden Forschungsflugzeugen in der Troposphäre und unteren Stratosphäre eingesetzt:

Falcon
Do228
Geophysika
A340 – 600 (CARIBIC – Projekt)
G520T Egrett

Messung der Spurenstoffkonzentration im Rahmen verschiedener Fragestellungen der Atmosphärenchemie / Atmosphärenphysik.

Literatur / Referenzen

  • Feigl, Christian: Aufbau und Charakterisierung eines Meßsystems für NO, NO2, NOy: Laboruntersuchungen und Einsatz in der unteren arktischen Stratosphäre, Dissertation, Ludwig-Maximilians-Universität München, 1998.
  • Hauser, Christine: Charakterisierung eines Messsystems zur Bestimmung der NO2 – Photolysefrequenz in der Troposphäre: Labor- und Flugzeugmessungen, Diplomarbeit, Fachhochschule München, Physikalische Technik, 2002.
  • Lichtenstern, Michael: Charakterisierung eines HCHO-Messsystems und kontinuierliche Emissionsmessung von Formaldehyd an einem Schiffsdieselmotor, Diplomarbeit, Fachhochschule München, 2003.
  • Marquardt, Rainer: Untersuchungen an einem NO- Gasphasenchemilumineszenz – Detektor für Messungen in der oberen Troposphäre, Diplomarbeit, Fachhochschule München, Physikalische Technik, 1994.
  • Roiger, Anke: Aufbau und Erprobung eines HNO3 – Messsystems für den Einsatz in der Atmosphäre, Diplomarbeit, Fachhochschule München, Physikalische Technik, 2001.
  • Schlager, H. et al., In situ observations of air traffic emission signatures in the North Atlantic flight corridor, J. Geophys. Res., 102, 10739-10750, 1997.
  • Schulte, P., H. Schlager, H. Ziereis, U. Schumann: NOx emission indices of subsonic long – range jet aircraft at cruising altitude: In situ measurements and predictions, J. Geophys. Res., 102, 431-442, 1997.
  • Staudacher, Berenike: Erprobung eines Flugzeugmessinstrumentes für Kohlenmonoxid-Laboruntersuchungen und atmosphörische Messungen, Diplomarbeit, Fachhochschule München, Physikalische Technik, 2000.
  • Stock, Paul: Flugzeuggetragene Kohlendioxidmessungen: Laboruntersuchungen und Messungen über dem Nordatlantik, Diplomarbeit, Fachhochschule München, Physikalische Technik, 1998.
  • Ziereis, H., H. Schlager, P. Schulte, I. Köhler, R. Marquardt, and C. Feigl, In situ measurements of the NOx distribution and variability over the eastern North Atlantic, J. Geophys. Res., 104, 16021- 16032, 1999.
  • Ziereis, H., H. Schlager, P. Schulte, P. F. J. van Velthoven, F. Slemr, Distributions of NO, NOx, and NOy in the upper troposphere and lower stratosphere between 28°N and 61°N during POLINAT 2, J. Geophys. Res., 105, 3653-3664, 2000.

Institut / Einrichtung

DLR-Institut für Physik der Atmosphäre

Kontakt

Dr.rer.nat. Helmut Ziereis
DLR-Institut für Physik der Atmosphäre

Robert Klarner
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