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High resolution mobility spectrometry of molecular ions and their effect on the charging probabilities of airborne particles under bipolar diffusion charging conditions
Gerhard Steiner
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Georg Reischl
DOI
10.25365/thesis.14750
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30250.49414.719859-9
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen tieferen Einblick in die Eigenschaften molekularer Ionen zu gewinnen, die von besonderer Wichtigkeit für das Verständnis der Partikelneubildung in der Atmosphäre sind. Aber auch für die Anwendung der am weitesten verbreiteten Methode zur Größenbestimmung von Nanopartikeln, der Elektrostatischen Mobilitäts Spektrometrie (EMS), ist die Kenntnis der Eigenschaften von molekularen geladenen Clustern von essentieller Bedeutung, da diese für die Herstellung eines definierten Ladungszustandes auf Aerosolpartikeln benötigt werden. Da die meisten kommerziell erhältlichen EMSGeräte für die Detektierung von Partikeln < 3nm nicht geeignet sind, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein neuer hoch auflösender Differentieller Mobilitäts Analysator, genannt UDMA, konzipiert und getestet. Dieses neue Gerät erlaubt hoch auflösende Mobilitätsmessungen von Gas getragenen Partikeln und molekularen Clustern. Damit wurden die wesentlichen Eigenschaften der aufladenden Ionen für eine Vielzahl verschiedener Arbeitsbedingungen und Reinheitsgraden des Trägergases bestimmt. Die Experimente zeigen, dass - abhängig von den jeweiligen Arbeitsbedingungen - sehr verschiedene Ionen-Cluster produziert werden und damit die mittlere Ionenmobilität (mittlerer Ionenmobilitätsequivalentdurchmesser) und auch die mittlere Ionenmasse großen Schwankungen unterworfen sind. Diese Eigenschaften sind die Eingangsparameter für die am weitesten akzeptierte Ladungstheorie von Gas getragenen Nanopartikeln in einer bipolaren Ionenatmosphäre (Fuchs, 1963). Die Abhängigkeit der berechneten Ladungswahrscheinlichkeiten von den Eigenschaften der aufladenden Ionen wird in dieser Arbeit detailliert besprochen und evaluiert.
Abstract
(Englisch)
The aim of this thesis is to gain more insights in the properties of molecular ions that are of special importance for the understanding of new particle formation in the atmosphere. The knowledge of the properties of molecular ion clusters is of crucial importance also for the application of the most widely used nanoparticle sizing-technique, the Electrical Mobility Spectrometry (EMS), since they are required to establish a defined charging state on aerosol particles. As most of the available EMS-instrumentation is not suitable for the detection of < 3nm particles or clusters, a new high resolution Differential Mobility Analyzer, called UDMA, was designed and tested in the framework of this thesis. This new instrument allows high resolution mobility measurements of airborne particles and molecular clusters. The critical properties of the charging ions are determined over a large variety of different operating conditions and varying degrees of carrier gas purity. The experiments showed that depending on the operating conditions, very different ion clusters are produced and the mean ion mobility (mean ion mobility equivalent diameter) and consequently also the overall mean ion mass is alternating between higher or lower values. These properties are the input parameters for the most commonly accepted charging theory of airborne nanoparticles in a bipolar ionic atmosphere (Fuchs, 1963). The dependency of the calculated charging probabilities on the properties of the charging ions is evaluated and discussed in detail.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Electrical Mobility Spectrometry DMA ion cluster charging probability
Schlagwörter
(Deutsch)
Elektrische Mobilitätsspektrometrie DMA Ionencluster Ladungswahrscheinlichkeit
Autor*innen
Gerhard Steiner
Haupttitel (Englisch)
High resolution mobility spectrometry of molecular ions and their effect on the charging probabilities of airborne particles under bipolar diffusion charging conditions
Paralleltitel (Deutsch)
Hochauflösende Mobilitätsspektrometries molekularer ionen und deren Einfluß auf die Ladungswahrscheinlichkeit Luft getragener Partikel bei bipolarer Diffusionsaufladung
Publikationsjahr
2011
Umfangsangabe
VI, 190 S.. Ill.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Jyrki Makela ,
Juan Fernandez de la Mora
Klassifikation
33 Physik > 33.05 Experimentalphysik
AC Nummer
AC08824686
Utheses ID
13233
Studienkennzahl
UA | 091 | 411 | |