Emissionen von volatilen organischen Komponenten in die Atmosphäre: aus Pflanzen und toter Biomaterie.

Ausgangspunkt für dieses Projekt war eine neue, am Institut für Ionenphysik entwickelte Methode zur Gasanalyse, die heute sogenannte Protonentransferreaktionen-Massenspektrometrie (PTR-MS), die es ermöglicht Komponenten wie z.B. Methanol, Ethanol, Aceton, Benzol, Toluol, Isopren und viele andere, massenspektrometrisch einwandfrei identifiziert und vor allem durch "sanfte Ionisation" fragmentationsfrei nachzuweisen. Damit wird es erstmals möglich, simultan alle diese Komponenten bis herab zu Konzentrationen von 1ppb in Echtzeit on-line quantitativ zu erfassen und somit Luftanalysen in bezug auf diese organischen volatilen Komponenten (VOCs) durchzuführen. Im Rahmen des gegenständlichen Projektes wurde diese Methode systematisch verbessert und auf verschiedenste Fragestellungen in der Umweltphysik, Medizin und Lebensmittelherstellung angewendet und es sind insgesamt 42 Publikationen entstanden. Dabei vereinigt die am Institut in vielen Jahren entwickelte PTR-MS Methode einerseits die Vorteile der hohen Empfindlichkeit der as-Chromatographie und andererseits die Schnelligkeit der Datenerfassung der "Chemischen" Ionisationsmethoden. Das eröffnet den Weg zu einer großen Anzahl von neuen und bisher nicht möglichen quantitativen Untersuchungen im weiten Bereich der Naturwissenschaften und Industrie. Die volle Leistungsfähigkeit von PTR-MS zeigt sich bei der Kontrolle von Außenluft wo es gelingt, spezifische Komponenten bis hinunter zu Konzentrationen von 20 ppt noch on-line zu erfassen. Der Konzentrationsverlauf von aromatischen Kohlenwasserstoffen wurde über den Zeitraum von vielen Wochen in der Außenluft westlich von Innsbruck gemessen. Durch Vergleich der Tagesgänge der Konzentrationen von aromatischen Komponten mit jenen von Methanol bzw. von Isopren gelang es erstmals, die Anteile von troposphärischem Methanol sowie Isopren aus biogenen Quellen und Verkehrsabgasen getrennt zu qualifizieren. Raucher nehmen beim Inhalieren des Rauches eine Vielzahl von Komponenten auf, die stark unterschiedliche Verweilzeiten im Körper aufweisen. Gleich nach dem Rauchen einer Zigarette steigt die Benzolkonzentration stark an, um in der Folge wieder auf Werte wie vor dem Rauchen abzufallen. Diese starke zeitliche Änderung der Benzolkonzentration ist auf eine geringe Löslichkeit von Benzol in der Körperflüssigkeit zurückzuführen, wodurch der Körper ein sehr ineffizienter Puffer für diese Komponente darstellt. Acetronnitril hingegen wird viel besser im Körper gespeichert. Beendet jemand das Rauchen, so dauert es etwa eine Woche bis die Acetronitrilwerte im Atem dieser Person auf die für Nichtraucher üblichen Konzentrationen abgesunken sind, somit kann ein Raucher auch bei mehrtägiger Abstinenz noch als solcher identifiziert werden. Die effiziente Speicherfähigkeit für Azetonitril des menschlichen Körpers konnte herangezogen werden, um das Passivrauchen in einfacher Weise zu quantifizieren. Unsere Ergebnisse zeigen, der Aufenthalt von ein bis drei Stunden in einem mäßig rauchbelasteten Lokal kommt dem direkten Rauchen von einer Zigarette gleich. Jeden Sommer besteht die Gefahr, daß nicht ordentlich gelagertes Fleisch einen Zustand erreicht, in dem es dem Zugriff des Konsumenten entzogen werden sollte. Mittels PTR-MS läßt sich in Minutenschnelle der Lagerzustand einer Fleischprobe ermitteln. Nach natürlichem Bakterienbefall entwickeln sich die unterschiedlichen VOC`s verschieden schnell und die zeitliche Abfolge ihrer Konzentrationen ist von Komponente zu Komponente ganz verschieden. Ein Spektrum der Head-Space Konzentration gibt in jedem Fall die Relativkonzentration der VOC`s an, woraus sofort über die Genießbarkeit des Fleisches geschlossen werden kann. Zusammenfassend kann daher festgestellt werden, dass sich im Rahmen dieses Projektes die am Institut für Ionenphysik entwickelte PTR-MS Methode zur online Erfassung von gasförmigen Spurenkomponenten sowohl im Einsatz für medizinische Problemstellungen, als auch für Lebensmitteluntersuchungen und bei der Erfassung von Luftverunreinigungen bis in einen Konzentrationsbereich von wenigen ppt bewährt hat.