Direkt zum Inhalt
  • Paul Scherrer Institut PSI
  • PSI Research, Labs & User Services

Digital User Office

  • Digital User Office
  • DE
  • EN
  • FR
Paul Scherrer Institut (PSI)
Suche
Paul Scherrer Institut (PSI)

Hauptnavigation

  • Unsere ForschungÖffnen dieses Hauptmenu Punktes
    • Aktuelles aus unserer Forschung
    • Materie und Material
    • Mensch und Gesundheit
    • Energie und Umwelt
    • Grossforschungsanlagen
    • Broschüren
    • 5232 — Das Magazin des PSI
  • IndustrieÖffnen dieses Hauptmenu Punktes
    • Übersicht
    • Technologietransfer
    • Kompetenzen
    • Spin-off-Firmen
    • Park Innovaare
  • Protonentherapie Öffnen dieses Hauptmenu Punktes
    • Übersicht
    • Arzt & Patienten Information
  • KarriereÖffnen dieses Hauptmenu Punktes
    • Übersicht
    • Stellenangebote
    • Arbeiten am PSI
    • Personalpolitik
    • Aus- und Weiterbildung
    • Berufsbildung / Lehrstellen
    • PSI Bildungszentrum
    • Förderprogramm "PSI Career Return Program"
    • PSI-FELLOW/COFUND
  • Besuch am PSIÖffnen dieses Hauptmenu Punktes
    • Übersicht
    • Besucherzentrum psi forum
    • Schülerlabor iLab
    • Veranstaltungen am PSI
    • Der Weg zu uns
  • Über das PSIÖffnen dieses Hauptmenu Punktes
    • Das PSI in Kürze
    • Strategie
    • Leitbilder
    • Zahlen und Fakten
    • Organisation
    • Für die Medien
    • Für Lieferanten
    • Für Kunden (E-Billing)
    • Kontakt
  • DE
  • EN
  • FR

Digital User Office (mobile)

  • Digital User Office

Sie befinden sich hier:

  1. PSI Home
  2. Unsere Forschung
  3. Aktuelles aus unserer Forschung
  4. Erstmals chemische Reaktionen direkt im Feinstaub nachgewiesen

Sekundäre Navigation

Unsere Forschung

  • Aktuelles aus unserer Forschung Ausgeklappter Submenü Punkt
    • Materie und Material
    • Mensch und Gesundheit
    • Energie und Umwelt
    • ESI-Plattform
    • Grossforschungsanlagen
    • Projekt SLS 2.0
    • Themenübersicht
    • Archiv
  • 5232 – Das Magazin des PSI
    • Kontakt/Redaktion
  • Broschüren
  • Filme
    • Virtuelle Tour
  • Für die Medien
    • Medienmitteilungen
    • Social Media Newsroom
13. März 2020

Erstmals chemische Reaktionen direkt im Feinstaub nachgewiesen

Medienmitteilungen Umwelt Energie und Umwelt

Forschende am Paul Scherrer Institut PSI haben eine neue Methode entwickelt, um Feinstaub noch genauer als bislang zu analysieren. Mit ihrer Hilfe widerlegten sie die Lehrmeinung, dass Moleküle im Feinstaub keine chemischen Umwandlungen mehr eingehen, weil sie in Schwebepartikel eingebunden sind. In der Smogkammer am PSI analysierten sie chemische Verbindungen direkt im Feinstaub und beobachteten, wie Moleküle zerfielen und beispielsweise gasförmige Ameisensäure in die Atmosphäre abgaben. Diese Erkenntnisse werden helfen, weltweite Prozesse bei Wolkenbildung und Luftverschmutzung besser zu verstehen und entsprechende Modelle zu verfeinern. Die Untersuchungsergebnisse erscheinen heute im Fachblatt Science Advances.

Mit diesem Gerät lässt sich Feinstaub besser als jemals zuvor analysieren.
Mit diesem Gerät lässt sich Feinstaub besser als jemals zuvor analysieren.
(Foto: Paul Scherrer Institut/Mahir Dzambegovic)
André Prévôt (rechts) und Urs Baltensperger am neu entwickelten Gerät, das Moleküle in Feinstaub analysiert.
André Prévôt (rechts) und Urs Baltensperger am neu entwickelten Gerät, das Moleküle in Feinstaub analysiert.
(Foto: Paul Scherrer Institut/Mahir Dzambegovic)

Wer durch einen Nadelwald spaziert und die würzige Luft geniesst, atmet α-Pinen ein. Das ist eine der flüchtigen organischen Verbindungen in den Ölen von Nadelbäumen und kommt auch in Eukalyptus und Rosmarin vor. Der Geruch löst angenehme Gefühle in den meisten Menschen aus. Weniger angenehm ist, dass die Verbindung sich in der Atmosphäre unter Einfluss von Radikalen in andere Verbindungen umwandelt, in sogenannte hochoxidierte organische Moleküle. Einige von ihnen sind reaktive, teils gesundheitsschädliche Substanzen. Sie sind erst in den letzten Jahren in den Fokus von Atmosphärenforschern gerückt, und ihre Rolle etwa bei der Wolkenbildung ist noch unverstanden.

Diese hochoxidierten organischen Moleküle sind weniger flüchtig als die Ausgangssubstanz α-Pinen und kondensieren daher leicht. Zusammen mit Staubpartikeln und anderen festen und flüssigen Stoffen in der Luft formen sie das, was wir als Feinstaub oder Aerosole bezeichnen.

«Bisher dachte man, dass solche Moleküle vor weiteren Umwandlungen geschützt sind, wenn sie erst mal im Feinstaub gelandet sind», sagt André Prévôt vom Labor für Atmosphärenchemie am PSI. «Man glaubte, sie würden sich dann nicht mehr verändern, sondern einfach über die Atmosphäre verteilen und irgendwann abregnen.»

Diese weitverbreitete Meinung entspricht aber nicht der Realität, wie die PSI-Forschenden um Prévôt jetzt zeigten: «Die Reaktionen gehen auch im Feinstaub weiter.» Die Moleküle sind noch immer reaktiv und reagieren entweder miteinander zu grösseren Teilchen oder zerfallen, indem sie beispielsweise Ameisensäure freisetzen. Diese häufige Verbindung kommt nicht nur bei Ameisen und Brennnesseln vor, sondern auch in der Atmosphäre, wo sie ein wichtiger Indikator für Luftverschmutzung ist.

Die Beobachtungen der PSI-Forschenden helfen dabei, Simulationsmodelle zu verbessern, etwa solche für Wolkenbildung und Luftverschmutzung. Die Modelle bilden die Vorgänge in der Atmosphäre nach, um beispielsweise vorherzusagen, wie sich eine Verringerung bestimmter Emissionen auf die Luftqualität auswirken wird. 

Vom Aerosol ins Messgerät

Zum ersten Mal analysierten PSI-Forschende chemische Verbindungen unter atmosphärischen Bedingungen direkt im Feinstaub. Dafür nutzten sie die Smogkammer des PSI, in der sich Vorgänge in der Atmosphäre simulieren lassen. Die Forschenden injizierten ein Tröpfchen α-Pinen in die Kammer und liessen die Verbindung mit Ozon reagieren. Über 15 Stunden beobachteten sie, welche chemischen Verbindungen sich aus α-Pinen bildeten und welche danach wieder verschwanden.

Möglich machte das ein neues Analysegerät, das die Forschenden in Zusammenarbeit mit der Firma Tofwerk in Thun für atmosphärische Messungen entwickelt haben: ein sogenanntes EESI-TOF (extraktives Elektrospray-Ionisation-Flugzeitmassenspektrometer). «Es weist auch grössere Moleküle direkt im Aerosol nach», erklärt Atmosphärenchemiker Urs Baltensperger. «Frühere Messmethoden hingegen zerhacken die Moleküle zuvor bei hohen Temperaturen zu kleineren Fragmenten.» Das neue Gerät ionisiert ohne Fragmentierung. «Wir können jedes Molekül separat erfassen.»

Tofwerk hat das Gerät mithilfe des PSI inzwischen auf den Markt gebracht, damit auch andere Atmosphärenforscher von der neuen Methode profitieren.

Messungen in Zürich

Die neue Analysemethode lässt sich nicht nur im Labor, sondern auch direkt vor Ort anwenden.

Im vergangenen Winter 2018/19 sowie Sommer 2019 untersuchten PSI-Forschende damit den Feinstaub in der Luft von Zürich.

Wie sich herausstellte, besteht der Züricher Feinstaub im Sommer zu einem guten Drittel allein aus Reaktionsprodukten von α-Pinen und ähnlichen Molekülen. Im Winter rücken hingegen Emissionen von Holzfeuerungsanlagen sowie deren Reaktionsprodukte in den Vordergrund.

Die Forschenden haben weitere Messkampagnen in China und Indien geplant. Dort wollen sie analysieren, welche Moleküle sich in der Luft einer Millionenstadt bilden.

Die Untersuchungsergebnisse werden am 13.März 2020 im Journal Science Advances veröffentlicht.

Text: Paul Scherrer Institut/Brigitte Osterath


Über das PSI

Das Paul Scherrer Institut PSI entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Eigene Forschungsschwerpunkte sind Materie und Material, Energie und Umwelt sowie Mensch und Gesundheit. Die Ausbildung von jungen Menschen ist ein zentrales Anliegen des PSI. Deshalb sind etwa ein Viertel unserer Mitarbeitenden Postdoktorierende, Doktorierende oder Lernende. Insgesamt beschäftigt das PSI 2100 Mitarbeitende, das damit das grösste Forschungsinstitut der Schweiz ist. Das Jahresbudget beträgt rund CHF 407 Mio. Das PSI ist Teil des ETH-Bereichs, dem auch die ETH Zürich und die ETH Lausanne angehören sowie die Forschungsinstitute Eawag, Empa und WSL. (Stand 05/2019)

Weiterführende Informationen

An extractive electrospray ionization time-of-flight mass spectrometer (EESI-TOF) for online measurement of atmospheric aerosol particles
F. D. Lopez-Hilfiker, V. Pospisilova, W. Huang, M. Kalberer, C. Mohr, G. Stefenelli, J. A. Thornton, U. Baltensperger, A. S. H. Prevot, J. G. Slowik

Atmospheric Measurement Techniques, 11. September 2019 (online)
DOI: 10.5194/amt-12-4867-2019

Organic aerosol source apportionment in Zurich using an extractive electrospray ionization time-of-flight mass spectrometer (EESI-TOF-MS) – Part 1: Biogenic influences and day–night chemistry in summer
G. Stefenelli, V. Pospisilova, F. D. Lopez-Hilfiker, K. R. Daellenbach, C. Hüglin, Y. Tong, U. Baltensperger, A. S. H. Prévôt, J. G. Slowik

Atmospheric Chemistry and Physics, 10. Dezember 2019 (online)
DOI: 10.5194/acp-19-14825-2019

Organic aerosol source apportionment in Zurich using an extractive electrospray ionization time-of-flight mass spectrometer (EESI-TOF-MS) – Part 2: Biomass burning influences in winter
L. Qi, M. Chen, G. Stefenelli, V. Pospisilova, Y. Tong, A. Bertrand, C. Hueglin, X. Ge, U. Baltensperger, A. S. H. Prévôt, J. G. Slowik

Atmospheric Chemistry and Physics, 20. Juni 2019 (online)
DOI: 10.5194/acp-19-8037-2019

Kontakt/Ansprechpartner

Prof. André Prévôt
Labor für Atmosphärenchemie

Paul Scherrer Institut, Forschungsstrasse 111, 5232 Villigen PSI, Schweiz
Telefon: +41 56 310 42 02, E-Mail: andre.prevot@psi.ch [Deutsch, Englisch]

Prof. Urs Baltensperger
Labor für Atmosphärenchemie

Paul Scherrer Institut, Forschungsstrasse 111, 5232 Villigen PSI, Schweiz
Telefon: +41 56 310 24 08, E-Mail: urs.baltensperger@psi.ch [Deutsch, Englisch]

Dr. Veronika Pospisilova
Tofwerk

Schorenstrasse 39, 3645 Thun, Schweiz
Telefon: +41 78 646 1816, E-Mail: veronika.pospisilova@tofwerk.com [Deutsch, Englisch]

Originalveröffentlichung

On the fate of oxygenated organic molecules in atmospheric aerosol particles
V. Pospisilova, F. D. Lopez-Hilfiker, D. M. Bell, I. El Haddad, C. Mohr, W. Huang, L. Heikkinen,
M. Xiao, J. Dommen, A. S. H. Prevot, U. Baltensperger, J. G. Slowik
Science Advances, 13. März 2020 (online)
DOI: 10.1126/sciadv.aax8922

Mit Sidebar

5232 01/2021

5232 — Das Magazin des Paul Scherrer Instituts

01/2021
Öffnen in issuu.com
Herunterladen

Besucherzentrum psi forum

Forschung live erleben


Schülerlabor iLab

Erlebnis Wissenschaft - Abenteuer Forschung

top

Fussbereich

Paul Scherrer Institut

Forschungsstrasse 111
5232 Villigen PSI
Schweiz

Telefon: +41 56 310 21 11
Telefax: +41 56 310 21 99

Der Weg zu uns
Kontaktformular

Besucherzentrum psi forum
Schülerlabor iLab
Zentrum für Protonentherapie
PSI Bildungszentrum
PSI Guest House (in english)
PSI Gastronomie

Service & Support

  • Telefonbuch/​Personensuche
  • User Office
  • Accelerator Status
  • Publikationen des PSI
  • Lieferanten
  • E-Rechnung
  • Computing
  • Sicherheit

Karriere

  • Arbeiten am PSI
  • Stellenangebote
  • Aus- und Weiterbildung
  • Berufsbildung
  • PSI Bildungszentrum

Für die Medien

  • Das PSI in Kürze
  • Zahlen und Fakten
  • Medienkontakt
  • Medienmitteilungen
  • Social Media Newsroom

Folgen Sie uns: Twitter (deutsch) LinkedIn Youtube Issuu RSS

Footer legal

  • Impressum
  • Nutzungsbedingungen
  • Editoren-Login