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APRECON-GC-TOFMS: Advanced PRECONcentration and GC-TOFMS analysis for atmospheric halocarbons, related to ozone depletion and climate change

English title APRECON-GC-TOFMS: Advanced PRECONcentration and GC-TOFMS analysis for atmospheric halocarbons, related to ozone depletion and climate change
Applicant Reimann Stefan
Number 157689
Funding scheme R'EQUIP
Research institution Luftfremdstoffe / Umwelttechnik 500 - Mobility, Energy and Environment EMPA
Institution of higher education Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology - EMPA
Main discipline Climatology. Atmospherical Chemistry, Aeronomy
Start/End 01.09.2015 - 31.08.2016
Approved amount 258'450.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Climatology. Atmospherical Chemistry, Aeronomy
Organic Chemistry

Keywords (3)

TOF-MS; on-line system; halogenated greenhouse gases

Lay Summary (German)

Lead
Halogenierte organische Verbindungen bestehen aus Kohlenstoff und Fluor, Chlor oder Brom. Sie werden vor allem in industriellen Anwendungen wie Kühlung, Schaumstoffherstellung und Spraydosen angewendet. Diejenigen halogenierten organischen Verbindungen welche Chlor und Brom enthalten (FCKWs, Halone) sind international im Montreal Protokoll verboten. Verbindungen mit Fluor (FKWs) sind zwar erlaubt, da sie aber starke treibhausgase sind müssen ihre Emissionen innerhalb des Kyoto Protokolls rapportiert werden. Auf dem Jungfraujoch (3480 m.ü.M) werden diese Stoffe seit dem Jahr 2000 gemessen. Mit Hilfe dieser langjährigen Messungen können die Emissionsinventare überprüft werden. In dem Projekt APRECON wird das Instrument auf dem Jungfraujoch ersetzt werden durch ein neuartiges Time-of light Massenspektrometer (ToF-MS), welches an eine ebenfalls neu konstruierte Aufkonzenzentriereinheit gekoppelt wird.
Lay summary

Halogenierte organische Verbindungen (FCKWs, Halone, FKWs) werden auf dem Jungfraujoch (3480 m.ü.M) seit dem Jahr 2000 gemessen. Dazu wird eine spezifisch für diesen Zweck konstruierte Aufkonzentrierung (ADS: 2000-08; Medusa: 2008-14) mit einem kommerziellen Gaschromatograph-Massenspektrometer verbunden. Diese langjährigen Messungen werden dazu verwendet in Kombination mit meteorologischen transportmodellen die Emissionsinventare der umliegenden Länder zu überprüfen.

In dem Projekt APRECON wird das Instrument auf dem Jungfraujoch ersetzt durch ein neuartiges Time-of light Massenspektrometer (ToF-MS), welches an eine ebenfalls neu konstruierte Aufkonzentrierung gekoppelt wird. Die höhere Auflösung dieses neuen Geräts wird es zum Beispiel erlauben noch mehr dieser halogenierte Stoffe zu messen und stellt einen wichtigen Schritt dar um die Messungen als „early-warning tool“ zu gebrauchen um neue Stoffe möglichst schnell zu entdecken.

Direct link to Lay Summary Last update: 25.11.2014

Responsible applicant and co-applicants

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
University of Frankfurt (Prof. Andreas Engel) Germany (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Exchange of personnel
PSI (Dr. Andre Prevot) Switzerland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
NOAA (Dr. Steve Montzka/Dr. Brad Hall) United States of America (North America)
- Publication
- Research Infrastructure
AGAGE (Prof. Ron Prinn, MIT) United States of America (North America)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
Swiss Chemical Society Fall meeting Poster Novel instrumentation for analysis of halogenated trace gases by GC-TOFMS (APRECON) 15.09.2016 Zurich, Switzerland Vollmer Martin K.; Reimann Stefan;


Associated projects

Number Title Start Funding scheme
137638 Measurement-based verification of regional emissions of halogenated greenhouse gases 01.04.2012 Project funding (Div. I-III)
175921 IHALOME: Innovation in Halocarbon Measurements and Emission Validation 01.09.2018 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Atmospheric halocarbons (CFCs, HCFCs, HFCs and halogenated solvents) have been measured continuously at global background sites for over three decades. These measurements were essential for the detection of the stratospheric ozone depletion by chloro- and bromofluorocarbons (CFCs, HCFCs, halons) and the tracking of their global phase-out. However, HFCs as their main substitutes and other long-lived fully fluorinated gases (e.g. CF4, NF3 and SF6) are greenhouse gases with on-going emissions. In recent years, the global AGAGE network (Advanced Global Atmospheric Gases Experiment) detected an ever growing number of these gases, using the specifically-built Medusa preconcentration unit together with commercial gas chromatography-quadrupole mass spectrometry. Within this R’equip project, Empa will advance the established technique by (i) redesigning the 15-year old preconcentration system and by (ii) connecting this new preconcentration system to an extremely powerful gas chromatograph time-of-flight mass spectrometer (GC-TOFMS). This measurement system will then be installed at the high-Alpine site of Jungfraujoch to continue Empa's long and suc-cessful record in detecting new halogenated greenhouse gases in the atmosphere, which is a prerequisite for independently estimating European emissions of these gases. The new system will bring Empa to the forefront of international research, and it represents a new starting point for technology and know-how transfer to the global AGAGE and other observational networks. One major advantage of the TOF system is the simultaneous acquisition of a large mass range (10 - 1000 m/z) with high resolution, as opposed to only selected compounds by quadrupole MS (typically 10 masses). This will improve the selectivity of measurements and allow the detection of many additional industrial compounds, which are produced in an increasing number. Even if many compounds will remain unidentified at present, the new technology will furthermore allow the creation of a fingerprint archive that can be re-analyzed anytime in the future.
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