Masterarbeit

Experimentelle Bestimmung von Monoterpenen in einem Fichtenbestand mittels GC-FID: Emission und Abbau durch Oxidation

Anne Genslein (05/2014-11/2014)

Betreuer: Andreas Held

MSc-Arbeit, Universität Bayreuth, 64 S.

Monoterpene (MT) gehören zu den biogenen flüchtigen organischen Verbindungen, deren Oxidationsprodukte Vorläufergase für sekundäre organische Aerosole darstellen. Deshalb ist die Emission und das chemische Verhalten dieser Verbindungen ein wichtiger Bestand-teil der Aerosolforschung, wie sie auf der Untersuchungsfläche am Waldstein erfolgt. Um ein besseres Verständnis für die Prozesse vor Ort zu erhalten, wurden unter Verwendung spezifischer Feststoffadsorber-Röhrchen für MT, zum einen während der Messkampagne F-BEACh im Juli 2014 MT-Konzentrationen im und oberhalb des Fichtenbestandes sowie auf einer nahegelegenen Waldlichtung gesammelt. Zum anderen wurden mögliche Störeinflüsse auf die Messung der MT untersucht und das zur Analyse verwendete System angepasst und kalibriert. Im Rahmen dessen erfolgte eine Angleichung der Desorptionstemperaturen des Gaschromatographen mit Flammenionisationsdetektor und vorgeschalteter Thermodesorption (TD-GC-FID). Da die Herstellung von Gasstandards im Labor mittels Zwei-Phasen-System nicht erfolgreich war, wurde die bereits etablierte Gasmaus-Methode angewandt. Es konnte gezeigt werden, dass die Lagerung von Hackschnitzeln in der Nähe der MT-Messungen und die Verwendung von Insektenschutzmitteln einen starken Einfluss auf die MT-Probenahme haben. Im Messzeitraum wurden Mischungsverhältnisse innerhalb des Bestandes von 0,65 - 4,52 ppbV und über dem Bestand sowie auf der Waldlichtung von 0,15 - 2,33 ppbV gemessen. Den größten Teil davon machte α-Pinen (38 %) aus, gefolgt von β-Pinen (23 %), Limonen (19 %), ∆-3-Caren (12 %) und Camphen (8 %). Diese Ergebnisse stimmen mit bereits durchgeführten Konzentrationsmessungen am Waldstein überein. Allgemein wurden typische MT-Tagesgänge, mit Konzentrationsmaxima zur Mittagszeit, gemessen. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Luftmassen oberhalb des Bestandes mit denen auf der Waldlichtung identisch sind. Beim Vergleich der MT-Messungen im und über dem Bestand wurden die chemischen Einflüsse deutlich: die Konzentration im Bestand war immer höher als die über dem Bestand und Unterschiede in den Tagesgängen der jeweiligen MT waren sehr gut mit dem chemischen Verhalten der einzelnen MT mit O3 und OH erklärbar. Anhand dessen konnten sie in zwei Gruppen, die bevorzugt mit O3 (α-Pinen und Limonen) oder mit OH (β-Pinen und ∆-3-Caren) reagieren, aufgeteilt werden. Dies war nicht für das weniger reaktive Camphen möglich, welches dafür den Einfluss durch Transport gut darstellte. Zwischen den zwei Messhöhen wurden, mittels berechnetem MT-Abbaus durch O3 und OH, tendenzielle Transportzeiten abgeleitet, welche die Interpretation der MT-Tagesgänge anhand von chemischen Prozessen sehr gut ergänzte. Es konnte ein deutlicher Zusammenhang zwischen dem Abbau der MT durch O3 und OH auf der Untersuchungsfläche Waldstein gezeigt werden und somit das Verständnis für die Prozesse der MT am Waldstein sowie für die Partikelbildung erweitert werden.