Automatisierte Datenauswertung

Allein w¨ahrend der Mt.Cimone-Messkampagne wurden ¨uber 180000 Spektren und etwa 63 Millionen Einzeldaten aufgenommen. Bei einer derartigen Datenmenge ist an eine manuelle Auswertung nicht mehr zu denken. Aus diesem Grund wurde eine Auswertmethode ent-wickelt, mit der es m¨oglich war die gesamten Daten weitgehend automatisiert zu verarbeiten.

Dazu wurden mit dem Programm Sigma Plot verschiedene Macros geschrieben, die zu 6 zen-tralen Macros zusammengefasst wurden. Nach jedem Durchlauf eines dieser Macros erfolgte eine kurze ¨Uberpr¨ufung der Berechnungen und gegebenenfalls manuelle Korrekturen. Der Vollst¨andigkeit halber wurden diese Macros im Anhang auf den Seiten 213–221 dargestellt, wobei sie aus Platzgr¨unden zu einer Datei zusammengefasst wurden. Der Beginn eines neuen Macros wurde entsprechend kenntlich gemacht.

An dieser Stelle soll keine Erl¨auterung der einzelnen Programmschritte und Berechnungen gegeben werden. Exemplarisch werden lediglich 2 Punkte herausgegriffen und n¨aher erl¨autert:

So wie in Kap. 5.4.1.3 beschrieben wurde, m¨ussen die vom Massenspektrometer gemessenen Spektren nach einem relativ aufwendigen Sortieralgorithmus selektiert werden. Diese Proze-dur sortiert die Spektren in 8 Klassen: Als erstes wird danach unterschieden, ob die Spektren, die im O₂- bzw. N₂-Puffergas gemessen wurden. Diese werden danach unterteilt, ob sie im

”normalen“ Messmodus oder w¨ahrend einer Untergrundmessung aufgenommen wurden. Wei-terhin werden diese 4 Klassen danach differenziert, ob sie w¨ahrend der Messzeit von 65 s, in

Massenspektrometer.

5.4. AUTOMATISIERUNG DES INSTRUMENTS 69

LT [Stunden]

05 07 09 11 13 15 17 19 21

Differenz der Flüsse im SR [SLM]

-1.0

Abbildung 5.12:Massenflussbilanz aller Fl¨usse im Str¨omungsrohrreaktor als Beispiel einer ¨ Uber-pr¨ufung der Daten w¨ahrend der automatisierten Auswertung. Dazu wurden alle Mas-senfl¨usse, die in das Str¨omungsrohr f¨uhren, auf 2 unabh¨angige Methoden f¨ur beiden Puffergase N²(schwarze Quadrate) und O²(rote Dreiecke) berechnet, und deren Dif-ferenz gegen die Zeit aufgetragen. Abgesehen von den 2 deutlichen Strukturen, die mit einem von einem Insekt verursachten partiellen Verstopfen der Einlassd¨use zusam-menh¨angen, sind maximale Abweichungen von lediglich etwa 0.2 SLM zu erkennen.

Bezogen auf den Gesamtfluss entspricht dies einer Abweichung von unter 1.4%.

der die Bedingungen im Str¨omungsrohr stabil waren, gemessen wurden, oder ob sie in den ersten 8 s aufgenommen wurden, in denen die Bedingungen meistens noch nicht stabil sind.

Dabei darf nicht vergessen werden, das sowohl der Anfang als auch das Ende eines Spektrums innerhalb des vorgegeben Intervalls liegen muss. Spektren, deren Startzeit in den ersten 8 s nach dem Puffergaswechsel liegt, wurden entweder nur f¨ur diagnostische Messungen verwen-det, oder manuell einsortiert. Alle ¨ubrigen Spektren wurden verworfen. Die Sortierung in diese 8 Klassen erfolgte nach den folgenden Kriterien: dem vom Labviewrechner vorgegebene Zeitkorridor von 65 s, dem Str¨omungsrohrdruck, der in einem gewissen Intervall liegen muss;

dem Zustand der wichtigsten 6 Lagemelder sowie dem Gesamtfluss im Str¨omungsrohr, der durch 10 Massenflussregler und die kritische Einlassd¨use gegeben ist.

Wie bereits erw¨ahnt wurde, erfolgte nach dem Durchlauf jedes der obigen 6 Macros eine kurze ¨Uberpr¨ufung der bereit ausgewerteten Daten. Eine dieser Kontrollen, die hier als Beispiel kurz erl¨autert wird, beinhaltet die ¨Uberpr¨ufung der Massenflussbilanz bzw.

der normierten Volumenflussbilanz. Dazu werden alle Fl¨usse, die ¨uber Massenflussregler in das Str¨omungsrohr geleitet werden, addiert. Desweiteren wird anhand des atmosph¨arischen Drucks und der Temperatur der Fluss durch die kritische Einlassd¨use berechnet, und zu den Fl¨ussen der Massenflussregler addiert. Auf diese Weise wird der Gesamtfluss im Str¨omungs-rohr berechnet. Alternativ kann der Gesamtfluss im Str¨omungsStr¨omungs-rohr aber auch durch den Fluss durch die zweite kritische D¨use berechnet werden, die als eine Druckstufe kurz vor der Frontplatte des Massenspektrometers montiert ist. Unter Ber¨ucksichtigung des Drucks, der Temperatur sowie der [O₂] im Str¨omungsrohr kann somit der Gesamtfluss auf eine zweite unabh¨angige Weise berechnet werden. Die Differenz beider berechneten Gesamtfl¨usse ist in der Abb. 5.12 gegen die Zeit f¨ur einen Messtag (21.06.00 Mt.Cimone) f¨ur beide Puffergase getrennt dargestellt. Die Werte f¨ur den N2-Puffergasmodus (schwarze Quadrate) liegen leicht

¨

uber denen des O2-Puffergasmodus (rote Dreiecke). Gestrichelt eingezeichnet ist die Tem-peratur am Gebl¨aseeinlass des ROXMAS-Instruments. Im Idealfall sollten die Werte beide Kurven ¨uber den gesamten Zeitraum identisch gleich null sein, wenn die Massenflussbilanz exakt stimmen soll. Allerdings ergeben sich in der Praxis leichte Abweichungen von dieser Idealvorstellung. Praktisch ¨uber den gesamten Zeitbereich liegen die Abweichungen im Be-reich von bis zu±0.2 SLM. Bezogen auf einen Gesamtfluss im Str¨omungsrohr von 13.9 bzw.

13.5 SLM f¨ur die Puffergase N₂ bzw. O₂ betr¨agt damit die Abweichung der Fl¨usse lediglich etwa 1.4%. Diese hohe Pr¨azision ist allerdings nur dann zu erzielen, wenn die Temperatur und der Druck direkt vor der Einlassd¨use des ROXMAS sowie die exakte Temperatur des Gasflusses im Str¨omungsrohr kurz vor der zweiten kritischen D¨use bekannt sind. Letzteres h¨angt damit zusammen, dass bereits eine Temperatur¨anderung⁷ von 10^oC im Messcontainer und im Str¨omungsrohr zu einem ver¨anderten Str¨omungsrohrdruck von etwa 3.4% f¨uhrt.

Gegen etwa 10:40 und 13:20 sind f¨ur jeweils wenige Minuten 2 deutliche Strukturen in bei-den Zeitreihen zu erkennen, deren Ursache ein fehlender Volumenfluss von grob 0.9 SLM in beiden Puffergasen war. Hierzu kam es deswegen, weil zu diesen Zeitpunkten ein Insekt auf die Einlassd¨use des ROXMAS gesaugt wurde, und damit den Fluss durch diese zu etwa 80%

blockierte⁸. Anhand dieses Beispiels kann klar gezeigt werden, dass mit dieser Methode der Daten¨uberpr¨ufung w¨ahrend der automatisierten Auswertung

”Fehler“ wie z.B. fehlende Gas-fl¨usse wirkungsvoll erkannt werden k¨onnen.

7In weiteren Messungen, die mit einem thermostatisierten Str¨omungsrohr durchgef¨uhrt wurden, waren die beobachteten Abweichungen beider berechneten Fl¨usse noch kleiner.

8Um w¨ahrend der Kampagne derartige Datenverluste zu minimieren, wurde eine ”Alarmleitung“ in den Auswerteraum gelegt, um dem dort anwesendem Personal rechtzeitig die Gelegenheit zu geben, die Ursache solcher Massenflussverluste zu beseitigen.

Kapitel 6

Diagnostische Untersuchungen

6.1 ULTRACIMS-Diagnostik

Die hier vorgestellten diagnostischen Untersuchungen beschr¨anken sich im Wesentlichen auf 2 Themengebiete:

Zun¨achst wird die Charakterisierung der Untergr¨unde der Massenlinien, die zur Detektion von H₂SO₄ und OH notwendig sind, vorgenommen. Zur Untersuchung ob eine Massenlinie in Abwesenheit der zu messenden Substanz einen

”erh¨ohten“ Untergrund aufweist, wurde eine Reihe von Methoden benutzt, die im Folgenden vorgestellt werden.

Desweiteren erfolgten Untersuchungen bzgl. m¨oglicher Querempfindlichkeiten. Diese konzen-trierten sich auf:

a) Querempfindlichkeiten, die durch eine moderate Str¨omungsrohr-Beheizung hervorgerufen werden k¨onnten. Dazu z¨ahlen Prozesse wie z.B. partielle Verdampfung von sulfathaltigen Ae-rosolpartikeln.

b) Weitere Querempfindlichkeiten, die z.B. durch Anwesenheit von hohen atmosph¨arischen [HO₂] und [NO] bzw. [O₃] im Str¨omungsrohr zu einer ¨Ubersch¨atzung der [H2SO₄] f¨uhren k¨onnten.