Optimierung eines neuartigen in situ Massenspektrometers zur Analyse von Spurengasen wie Methan in aquatischen Systemen.


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Torben.Gentz [ at ] awi.de

Abstract

Die vorliegende Arbeit wurde am Alfred Wegener Institut für Meeres- und Polarforschung in Bremerhaven durchgeführt. Ende 2005 hat das Alfred Wegener Institut Sektion Geochemie ein in situ Massenspektrometer (Inspectr200-200) der Firma AML erworben. Dieses ist in der Lage viele in der Meeresforschung relevanten Spurengase in kürzester Zeit simultan, kontinuierlich und direkt im Probenmedium zu detektieren. Es zählt zu der Baugruppe der „harsh environment“-Analysengeräte. Aufgrund der möglichen Simultanmessung vieler Spurengase bietet das Gerät einen Erhalt hoher Datenmengen in sehr kurzer Zeit. Damit könnte eine intensivere Beprobung der zu untersuchenden Gebiete im Vergleich zur heutigen Analysentechnik ermöglicht werden. Der analytische Teil dieser Arbeit bestand in der Messoptimierung des Inspectr200-200 sowie der Kalibration ausgewählter Spurengase. Nach Inbetriebnahme des in situ Massenspektrometers wurde dieses mit den gegebenen Möglichkeiten auf Methan eingestellt. Anschließend wurde die Fragestellung der Kalibrierung der einzelnen Gase bearbeitet. Es war nicht möglich fertige Standardlösungen zu kaufen. Daher wurden diese selbst hergestellt. Es wurden die im Wasser real gelösten Gasmengen mit anderen Messmethoden bestimmt und als Standard für Kalibrationen eingesetzt. Ein weiterer Teil der Arbeit umfasst die Etablierung eines Sicherheitssystems. Das Probeneinlasssystem stellt bei diesem Gerät eine gasdurchlässige Membran aus PDMS dar. Sollte diese ausfallen bzw. reißen, würde das gesamte System, bedingt durch den vorherrschenden Druckunterschied, bei laufendem Betrieb mit Seewasser gefüllt werden. Dies hätte den Ausfall sämtlicher Gerätebauteile und Korrosionserscheinungen zur Folge. Auf Expeditionen würde das Gerät aufgrund der aufwendigen Reinigung mehrere Tage ausfallen und teure Messzeit könnte nicht genutzt werden. Um dieses zu verhindern, gab es mehrere Lösungsvorschläge, bei dem zwei intensiver betrachtet wurden. Hierbei handelt es sich um den Vorbau einer weiteren Membran, sowie den Einbau einer Kühlfalle zur Absicherung der Analyseneinheit. Nach erfolgreicher Lösung der Fragestellungen der Kalibration wurden erste Feldmessungen durchgeführt. In der Ostsee wurde das Gerät für 2 Tiefenprofilmessungen sowie eine Transektmessung eingesetzt. Methan konnte bei dieser Ausfahrt nicht detektiert werden. Es konnten bei den Messungen jedoch signifikante Veränderungen der Sauerstoff- und Kohlendioxid-Signale festgestellt werden. Aus diesem Grunde wurde in dieser Diplomarbeit versucht, neben Methan auch diese Gase zu kalibrieren. Nach Einbau einer bereits optimierten Kühlfalle wurden Feldmessungen im Bodensee durchgeführt. Bei den Messungen konnte Methan detektiert und quantifiziert werden. Anhand der ermittelten Daten kann davon ausgegangen werden, dass Methan aus dem Bodensee in die Atmosphäre abgegeben wird.



Item Type
Thesis (Diplom)
Authors
Divisions
Primary Division
Programs
Primary Topic
Peer revision
Not peer-reviewed
Publication Status
Published
Eprint ID
33994
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Gentz, T. (2013): Optimierung eines neuartigen in situ Massenspektrometers zur Analyse von Spurengasen wie Methan in aquatischen Systemen. , Diplom thesis, Universtiy of applied science Luebeck.


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