title: Charkterisierung von Kondensationspartikelzählern mit biogenen Sekundäraerosolen
Creators: name: Ojdanic, Andrea
Publisher: name: :none
Year: 2016

description: Kondensationspartikelzähler (CPCs) zur Bestimmung der Anzahlkonzentrationen von Aeroso- len sind bereits seit vielen Jahrzehnten eine gängige Messmethode. CPCs ermöglichen die Detektion von Partikeln mit Durchmessern im Nanometer- bis Mikrometerbereich. Der CPC detektiert Par- tikel, indem diese durch heterogene Kondensation von Butanol oder Wasser - je nach CPC Modell - an ihrer Oberfläche vergrößert werden und anschließend von einem Laserlicht erfasst werden. Charakterisiert werden die Messinstrumente durch die Effizienz - das Verhältnis des Outputs des CPC und eines Referenzgerätes - und den daraus errechneten Cut-Off Durchmesser. Dieser gibt das Limit der Detektionsgrenze des CPCs an, bei dem die Wahrscheinlichkeit für eine Partikeldetektion auf 50% herabsinkt. Zur Charakterisierung werden üblicherweise künstlich generierte anorganische Partikel verwendet. Für zahlreiche atmosphärische Studien, die sich etwa mit der Untersuchung von Nukleationsvor- gängen befassen, ist die Detektion von Partikeln im sub-3nm Bereich von großem Interesse. Da für diese Studien organische Partikel relevant sind, ist die Kenntnis der Detektionslimits der CPCs bei organischem Partikelmaterial bedeutend. Ebenso ist es vorteilhaft den Cut-Off Durchmesser zu erniedrigen und damit die Zähleffizienz der CPCs zu verbessern. Da der Cut-Off Durchmes- ser tatsächlich vom Partikelmaterial abhängig ist, werden in dieser Arbeit organische Partikel zur Charakterisierung der Messinstrumente verwendet. Diese entstehen in einer Flow-Tube aus Oxi- dationsprodukten von Beta-Caryophyllene (BCP). Für den Vergleich werden die Messinstrumente ebenso mit Silberteilchen charakterisiert. In dieser Arbeit werden zwei CPC Modelle charakterisiert: Fünf Butanol-CPCs (TSI3776) und ein Nanobasierter Wasser-CPC (TSI3788). Weiters werden zwei mit Diethylene Glycol betriebe- ne Particle Size Magnifier (PSM - Airmodus10) untersucht, die zur besseren Detektion von sub- 2nm Teilchen jeweils vor einen Butanol-CPC geschaltet werden. Für die Butanol-CPCs und die PSMs wurden verschiedene Temperatureinstellungen getestet. Die untersuchten CPCs sind Teil eines DMA-Trains, mit dem hochzeitaufgelöste Partikelgrößenverteilungen zwischen 1.5 und 10nm gemessen werden können. Die Ergebnisse der Experimente zeigen deutlich, dass der Cut-Off Durch- messer der CPCs vom Partikelmaterial abhängig ist. Ebenso ist es durchaus möglich die Leistung des CPCs selbst und kombiniert mit einem PSM durch geeignete Temperatureinstellungen zu ver- bessern. Diese Ergebnisse können für verschiedene wissenschaftliche Projekte, welche sich mit at- mosphärische Messungen auseinandersetzen von großer Bedeutung sein. Diese Arbeit wurde unterstützt vom European Research Council unter dem European Community’s Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013)/ ERC grant agreement No. 616075.
description: For many decades airborne particle number concentrations have been measured using conden- sation particle counters (CPCs). These instruments are able to detect aerosols with diameters in the nanometer size range. The CPC detects and counts particles by first enlarging them by using the particles as nucleation centers to create droplets in a supersaturated gas. Depending on the CPC modell the used working fluid is n-butanol or water. Then the enlarged particles are detected by a laser. CPCs are characterized by their counting efficiency - which is calculated as the ratio of the CPCs and a reference instruments particle number concentration at each individual particle diameter. Usually inorganic particles are used for the determination of the cut-off diameter. At the size of the cut-off diameter the counting efficiency of a CPC rapidly drops to 50% and below. Improving the ability of the CPCs to detect particles in the sub-3nm diameter range is of cruci- al importance for numerous research projects investigating mechanisms of new particle formation, which are currently still poorly understood. As the cut-off diameter of the CPC depends on the seed material, the characterization of CPCs in response to biogenic nanoparticles is urgently needed. Therefore the characterizations of the CPCs in this study were carried out using biogenic particles from the oxidation of Beta-Caryophyllene (BCP). The BCP was oxidized by ozone in a glas flow- tube. Common silver particles were used for comparison. In this study calibration measurements of two TSI CPC models using butanol (TSI3776) or water (TSI3788) as working fluid were performed: Five butanol CPCs (TSI3776) and a nano-based water- CPC (TSI3788). Furthermore calibration measurements of two Airmodus Particle Size Magnifier (PSM) based on diethylene glycol (DEG) for a better detection of sub-2nm particles were perfor- med. For the butanol CPCs and the PSMs different temperature settings were tested. The tested CPCs are part of a DMA-Train, which can measure highly-time-resolved particle size distributions in the range between 1.5 and 10nm. A dependence of the cut-off diameter on the seed material is found for all tested particle counters but shows a different behaviour for the different working fluids of the counters. Furthermore we could demonstrate that their performance can be significantly improved by suitable temperature settings. These findings may be of significant importance for the detection of biogenic nanoparticles during new particle formation. This work was supported by the European Research Council under the European Community’s Seventh Framework Programme (FP7/2007-2013)/ ERC grant agreement No. 616075.