Charakterisierung von Säure/Salz-Mischaerosolen durch Raman-Spektroskopie
Final Report Abstract
Ziel der im Rahmen dieses Projektes durchgeführten Arbeiten war die Entwicklung einer Methode zur in-situ Charakterisierung technisch bedeutsamer Mischaerosole mit Hilfe der Raman Spektroskopie sowie die Grenzen für deren Anwendbarkeit auszuloten. Solche Aerosole entstehen in übersättigten Gasmischungen durch die Überlagerung spontaner Kondensations- bzw. Desublimationsvorgänge von mehreren Komponenten in einer Vielzahl technischer Prozesse. Die Messungen an Aerosolen ergaben, dass die Intensität des Ramansignals sowohl in der Gasphase, als auch in der dispersen Phase in guter Näherung linear proportional zur Konzentration der zu delektierenden Spezies ist. Die Anwendung der Raman Spektroskopie zur Charakterisierung technischer Salzund Säureaerosole enweist sich bezüglich der Konzentration in der dispersen Phase allerdings als unzureichend. Die Nachweisgrenzen mit der im Vorhaben venwendeten Apparatur liegen ca. um einen Faktor 10 über dem in technischen Prozessen typischen Konzentrationsbereich von 10-500 ppm. Zur Konzentrafionsbestimmung in der Gasphase eines Aerosols ist aber die Raman Spektroskopie zweifellos geeignet. Durch Bestimmung der Konzentration in der Gasphase kann über Massenbilanzen auf die Konzentration in der dispersen Phase zurück geschlossen werden. Nur in wenigen Fällen wo besonders Raman aktive flüchtige Stoffe in einem Aerosol vorhanden sind (z.B. NH3), ist es möglich, die Speziesverteilung zwischen gasförmiger und disperser Phase und somit den thermodynamischen Zustand des Aerosols zu bestimmen. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass auch in einer dispersen Phase die unterschiedlichen Depolarisationseigenschaften der Schwingungen, welche kaum eine Frequenzverschiebung aufweisen, zur Quantifizierung herangezogen werden können. Ein weiterer limitierender Faktor, was den Einsatz der Ramanspektroskopie in Aerosolen anbelangt, ist das an den Partikeln elastisch gestreute Licht (Mie- Streuung) /8/. Diesbezüglich haben die Untersuchungen gezeigt dass Aerosole, welche in einer Zweistoffdüse (Aerosolgenerator AGF 2.0) generiert wurden (Anzahlkonzentrationen bis maximal 10^7 cm^-3) das Streulicht ausreichend unterdrückt werden konnte. Die Messungen am Reaktionsaerosol NH4CI erwiesen sich aufgrund der sehr hohen Partikelanzahl und des dadurch auftretenden sehr hohen Streulichtanteils als schwierig. Hier wäre sicherlich der Einsatz kombinierter Notch- Filter hoher optischer Dichte bzw. ein zweiter Monochromator von Vorteil. In weiterführenden Arbeiten am Institut für Technische Thermodynamik und Kältetechnik sollen die vorhandenen Messeinrichtungen zunächst für folgende Untersuchungen eingesetzt werden: • Die in-situ Charakterisierung stark übersättigter Gasphase • Die Messung der Polymer- Monomer- Verteilung in Aerosolen, die photochemisch polymerisiert bzw. durch photochemische Behandlung funktionalisiert werden. Voruntersuchungen hierzu ergaben viel versprechende Ergebnisse
Publications
- Characterization of salt and acid aerosols using Raman spectroscopy.: J. Aerosol Sci. Vol. II Abstracts ofthe European Aerosol Conference 2007, S1433
S. Sinanis, M. Aleksandrova, K. Schaber
- Messung der Speziesverteilung zwischen Gas- und disperser Phase in Gleichgewichts- und Nichtgleichgewichtsaerosolen mittels Raman Spektroskopie
M. Aleksandrova, S. Sinanis, K. Schaber
