AG Experimentelle Atmosphaerenforschung

FRIDGE

FRIDGE   (FRankfurt  Ice Nuclei Deposition FreezinG Experiment)

Der Eisnukleus-Zähler FRIDGE kann in zwei unterschiedlichen Modi betrieben werden, die jeweils verschiedene Nukleationsmoden ansprechen: Im Betrieb als Isotherme Vacuumdiffusionskammer werden INP gemessen die im Depositions- und Kondensationsgefriermodus Eis nukleiren. Im Tropfengefriermodus werden INP die als Immersionsgefrierkerne wirken gemessen.

Isotherme Vacuumdiffusionskammer

Hierbei werden in einem ersten Schritt die Aerosolpartikel aus einer Probe von ca. 100 Liter Luft elektrostatisch auf einer Siliziumscheibe niedergeschlagen. Dazu wird ein programmierbarer halbautomatischer Sammler für 7 Proben verwendet. Im zweiten Schritt wird die Probe in der Vacuumdiffusionskammer von FRIDGE analysiert. Dabei wird die Si-Scheibe auf einem Kühltisch (-15°C bis -30°C) exponiert und einer Wasserdampf-Übersättigung ausgesetzt. Die an den INP wachsenden makroskopischen Eiskristalle werden mit einer CCD-Kamera beobachtet und automatisch gezählt. Jeder gezählte Eiskristall hat einen INP als Nukeationskern. Die Lagekoordinaten der einzelnen Kristalle auf dem Substrat werden bestimmt. Die Zusammensetzung und Morphologie einzelner Aerosolpartikel an der betreffenden Stelle können elektronenmikroskopisch bestimmt werden (in Zusammenarbeit mit TU Darmstadt).

Tropfengefriermodus

In diesem Anwendungsmodus von FRIDGE werden zunächst Aerosolpartikel aus der Luft durch Filtration auf Teflon-Membranfiltern angereichert. Die Filter werden in 10-15 ml entionisiertem Wasser ausgewaschen. Aus der Waschlösung werden einige hundert Tropfen von  0.5 µL homogen auf einem Si-Substrat auf dem Kühltisch von FRIDGE exponiert. Dann wird das Substrat mit 1 K / min solange abgekühlt bis alle Tröpfchen gefroren sind. Gefrorene und ungefrorene Tröpfchen werden mit der CCD-Kamera fotografiert und automatisch gezählt. Aus den Zahlen gefrorener und ungefrorener Tröpfchen bei jeder Temperatur kann die Konzentration der Immersions-INP berechnet werden.

Abbildung 1: Elektrostatischer Aerosolsammler

 Abbildung 2: Der INP-Zähler FRIDGE mit offener Meßkammer. Unten in der Mitte der Kühltisch mit Probe, darüber die CCD Kamera zur Eisbeobachtung
 
Abbildung 3:

Si Probenträger mit Eiskristallen aus Depositions-/Kondensations-Gefrieren in FRIDGE (@-30°C, 101% RH)

  Abbildung 4: Ungefrorene (klar) und gefrorene (opak) Tropfen auf dem Kühltisch in FRIDGE im Immersionsgefriermodus.