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Ammonia and ion studies in the CERN CLOUD chamber

  • This work describes the development and characterization of two instruments and their data evaluation, which contributes to a better understanding of new particle formation and growth, as well as their interactions with clouds. Both instruments were characterized at the Cosmics Leaving Outdoor Droplets (CLOUD) experiment at the European Center for Nuclear Research (CERN).
  • Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Charakterisierung von zwei Instrumenten, die zum Verständnis der Bildung neu gebildeter atmosphärischer Partikel, ihres anschließenden Wachstumsprozesses sowie ihrer Wechselwirkungen mit Wolken beitragen. Beide Instrumente wurden beim Cosmics Leaving Outdoor Droplets (CLOUD) Experiment am Europäischen Zentrum für Kernforschung (CERN) charakterisiert. Das erste Instrument ist ein Flugzeit-Massenspektrometer, welches den Probeluftstrom unter Verwendung von protonierten Wasserclustern bei Atmosphärendruck ionisiert (Water Cluster CI-APi-TOF). Es wurde entwickelt, um Basen wie Ammoniak und verschiedene Amine mit niedrigen Nachweisgrenzen und kurzen Reaktionszeiten selektiv zu messen. Messungen an der CLOUD Kammer zeigen Detektionslimits von 0,5 pptv bei 278 K (80 % relative Luftfeuchtigkeit) für Ammoniak, bei instrumentellen Hintergründen von etwa 4 pptv. Dank des geringen instrumentellen Hintergrunds und der schnellen Reaktionszeit konnte die mögliche Rolle von Ammoniak beim frühen Partikelwachstum, beispielsweise in verschmutzten Großstädten, untersucht werden. Es wurde gezeigt, dass Ammoniak und Salpetersäure an neu gebildeten Partikeln kondensieren können, was zu einem schnellen Partikelwachstum führt, selbst unter Smog-Bedingungen. Bei diesen Experimenten zeigten die Messungen des Wasser-Clusters CI-API-TOF, dass Ammoniak aus der Gasphase entfernt wird und dementsprechend an den Partikeln kondensiert. Zukünftig kann das Water Cluster CI-APi-TOF dazu beitragen, die Rolle von Ammoniak bei der Partikelneubildung weiter zu evaluieren. Beispielsweise deuten aktuelle Studien darauf hin, dass Ammoniak und Salpetersäure in abgelegenen Gebieten zur Formierung neuer Partikel beitragen können.

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Metadaten
Author:Joschka PfeiferGND
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-755947
DOI:https://doi.org/10.21248/gups.75594
Place of publication:Frankfurt am Main
Referee:Jasper KirkbyORCiD, Joachim CurtiusORCiD
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2023/10/05
Year of first Publication:2022
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2023/09/11
Release Date:2023/10/06
Tag:ammonia; charge; ion
Page Number:187
Note:
Kumulative Dissertation - enthält die Verlagsversionen (Versions of Record) der folgenden Artikel:

Pfeifer, Joschka; Simon, Mario; Heinritzi, Martin; Piel, Felix; Weitz, Lena; Wang, Dongyu; Granzin, Manuel; Müller, Tatjana; Bräkling, Steffen; Kirkby, Jasper, Curtius, Joachim; Kürten, Andreas (2020): Measurement  of ammonia, amines  and  iodine  compounds  using  protonated water cluster chemical ionization mass spectrometry. Atmospheric Measurement Techniques, 2020, Vol 13, Seite 2501-2522, ISSN 1867-8548, DOI 10.5194/amt-13-2501-2020

Wang, Mingyi; Kong, Weimeng; Marten, Ruby; He, Xu-Cheng; Chen, Dexian; Pfeifer, Joschka; Heitto, Arto; Kontkanen, Jenni; Dada, Lubna; Kürten, Andreas; Yli-Juuti, Taina; Manninen, Hanna E.; Amanatidis, Stravros; Amorim, António; Baalbaki, Rima; Baccarini, Andrea; Bell, David M.; Bertozzi, Barbara; Bräkling, Steffen; Brilke, Sophia; Caudillo Murillo, Lucia; Chiu, Randall; Chu, Biwu; De Menezes, Louis-Philippe; Duplissy, Jonathan; Finkenzeller, Henning; Gonzalez Carracedo, Loic; Granzin, Manuel; Guida, Roberto; Hansel, Armin; Hofbauer, Victoria; Krechmer, Jordan; Lehtipalo, Katrianne; Lamkaddam, Houssni; Lampimäki, Markus; Ping Lee, Chuan; Makhmutov, Vladimir; Marie, Guillaume; Mathot, Serge; Mauldin, Roy L.; Mentler, Bernhard; Müller, Tatjana; Onnela, Antti; Partoll, Eva, Petäjä, Tuukka; Philippov, Maxim; Pospisilova, Veronika; Ranjithkumar, Ananth; Rissanen, Matti; Rörup, Birte; Scholz, Wiebke; Shen, Jiali; Simon, Mario; Siöilä, Mikko, Steiner, Gerhard; Stolzenburg, Domink; Tham, Yee Jun; Tomé, António, Wagner, Andrea C.; Wang, Dongyu S.; Wang, Yonghong; Weber, Stefan K.; Winkler, Paul M.; Wlasits; Peter J.; Wu, Yusheng; Xiao, Mao; Ye, Qing; Zauner-Wieczorek, Marcel; Zhou, Xueqin; Vokamer, Rainer; Riipinen, Ilona; Dommen, Josef; Curtius, Joachim; Baltensperger, Urs; Kulmala, Markku; Worsnop, Douglas R.; Kirkby, Jasper; Seinfeld, John H.; El-Haddad, Imad; Flagan, Richard C.; Donahue, Meil M.(2020): Rapid  growth  of  new  atmospheric  particles  by  nitric  acid  and  ammonia condensation. Nature 2020, Vol. 581, Seite 184–189, ISSN 1476-4687, DOI 10.1038/s41586-020-2270-4

Marten, Ruby; Xiao, Mao, Rörup, Birte; Wang, Mingyi; Kong, Weimeng; He, Xu-Cheng; Stolzenburg, Dominik; Pfeifer, Joschka; Marie, Guillaume; Wang, Dongyu S.; Scholz, Wiebke; Baccarini, Andrea; Ping Lee, Chuan; Amorim, Antonio; Baalbaki, Rima; Bell, David M.; Bertozzi, Barbara; Caudillo, Lucia, Chu, Biwu; Dada, Lubna; Duplissy, Jonathan; Finkenzeller, Henning; Gonzalez Carracedo, Loic; Granzin, Manuel; Hansel, Armin; Heinritzi, Martin; Hofbauer, Victoria; Kemppainen, Deniz; Kürten; Andreas; Lampimäki, Markus; Lehtipalo, Katrianne; Makhmutov, Vladimir; Manninen, Hanna El; Mentler, Bernhard; Petäjä, Tuuka; Philippov, Maxim; Shen, Jiali; Simon, Mario; Stozhkov, Yuri; Tomé, António, Wagner, Andrea C.; Wang, Yonghong; Weber, Stefan K.; Wu, Yusheng; Zauner-Wieczorek, Marcel; Curtius, Joachim; Kulmala, Markku; Möhler, Ottmar; Volkamer, Rainer; Winkler, Paul M.; Worsnop, Douglas Rl; Dommen, Josef; Flagan, Richard C.; Kirkby, Jasper; Donahue, Neil M.; Lamkaddam, Houssni; Baltensperger, Urs; El Haddad, Imad (2022): Survival of newly formed particles in haze conditions. Environmental Sciences. Atmospheres 2022; Heft 2, Seite 491-499, ISSN 2634-3606, DOI 10.1039/d2ea00007e

und die akzeptierte Manuskriptversion (Author Accepted Manuscripts) des folgenden Artikels: 
Pfeifer, Joschka; Mahfouz, Naser G. A.; Schulze, Benjamin C.; Mathot, Serge; Stolzenburg, Dominik; Baalbaki, Rima; Brasseur, Zoé; Caudillo, Lucia; Dada, Lubna; Granzin, Manuel; He, Xu-Cheng; Lamkaddam, Houssni; Lopez, Brandon; Makhmutov, Vladimir; Marten, Ruby; Mentler, Bernhard; Müller, Tatjana; Onnela, Antti; Philippov, Maxim; Piedehierro, Ana A.; Rörup, Birte; Schervsh, Meredith; Tian, Ping; Umo, Nsikanabasi S.; Wang, Dongyu S.; Wang, Mingyi; Weber, Stefan K.; Welti, André; Wu, Yusheng; Zauner-Wieczorek, Marcel; Amorim, Antonio; El Haddad, Imad; Kulmala, Markku; Lehtipalo, Katrianne; Petäjä, Tuukka; Tomé, António; Mirme, Sander; Manninen, Hanna El; Donahue, Neil M.; Flagan, Richard C.; Kürten, Andreas; Curtius, Joachim; Kirkby, Jasper: Measurement of the rate  coefficients between atmospheric ions and multiply charged aerosol particles in the CERN CLOUD chamber
HeBIS-PPN:512146993
Institutes:Geowissenschaften / Geographie / Geowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie / 550 Geowissenschaften
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