Detektion von NAT-PSCs und Klassifizierung nach Teilchengrößen mit Hilfe von Infrarot Limb-Emissionsmessungen

<p align="justify">Polare Stratosphärenwolken (PSCs) spielen eine wichtige Rolle beim Ozonabbau in den Polarregionen. Zum einen leisten sie einen Beitrag zur Aktivierung von Chlor aus den Reservoirspezies (z.B. HCl und ClONO<sub>2</sub>) und zum anderen verursachen sie eine Denitrifizierung der unteren Stratosphäre. Wegen dem zweiten Punkt sind gerade sogenannte NAT-PSCs von sehr großer Bedeutung, da große NAT-Teilchen stärker sedimentieren und somit effektiv HNO<sub>3</sub> aus oberen Schichten der Atmosphäre nach unten transportieren. Aufgrund der Komplexität der Vorgänge sind Modellrechnungen schwierig und häufig werden Parametrisierungen in den Simulationen verwendet. Um die Prozesse genauer zu verstehen und die Modelle zu verbessern, sind detaillierte Messungen von großer Bedeutung.</p> <p align="justify">Infrarot Limb-Emissionsmessungen sind hervorragend geeignet, um PSCs zu detektieren und die unterschiedlichen Typen (Supercooled Ternary Solution (STS), Nitric Acid Trihydrate (NAT) und Eis) zu unterscheiden. Mit Hilfe vieler Strahlungstransportsimulationen für eine Flugzeuggeometrie konnten wir eine neue, verbesserte Methode entwickeln, die es nun zum ersten Mal erlaubt NAT-PSCs auch in verschiedene Größenklassen einzuteilen. Die Größenklassen sind (unter Annahme sphärischer Teilchen) sNAT (Median-Radius r ≤ 1.0 µm), mNAT (1.0 µm < r < 4.0 µm) und lNAT (r ≥ 3.5 µm). Die Detektion basiert dabei auf der größenabhängigen Änderung einer charakteristischen spektralen Signatur, die durch NAT-Teilchen verursacht wird. Die Signatur ändert sich mit zunehmender Teilchengröße von einem Peak bei 820 cm<sup>-1</sup>, über einen verschobenen Peak (zu kleineren Wellenzahlen) hin zu einer stufenförmigen Signatur. Die Änderung wird durch steigende Beiträge der Streuung zur Gesamtextinktion hervorgerufen. Die eigentliche Methodik basiert dann auf einfachen Strahlungsdichteverhältnissen in unterschiedlichen Wellenzahlbereichen.</p> <p align="justify">Analysen von Messdaten des flugzeuggetragenen Instruments CRISTA-NF (CRyogenic Infrared Spectrometers and Telescope for the Atmosphere – New Frontiers) zeigen die einfache, schnelle und gut funktionierende Anwendbarkeit der Methode. So wurden z.B. im Januar 2010 während der RECONCILE Kampagne eindeutig PSCs mit mittelgroßen NAT-Teilchen beobachtet. Die einfache Art der Methodik lässt sich auch sehr gut auf andere Infrarot Limb-Emissionsmessinstrumente wie z.B. das Satelliteninstrument MIPAS-Env übertragen.</p>

Interactions in Ternary Aqueous Solutions of NMA and Osmolytes—PARAFAC Decomposition of FTIR Spectra Series

Intermolecular interactions in aqueous solutions are crucial for virtually all processes in living cells. ATR-FTIR spectroscopy is a technique that allows changes caused by many types of such interactions to be registered; however, binary solutions are sometimes difficult to solve in these terms, while ternary solutions are even more difficult. Here, we present a method of data pretreatment that facilitates the use of the Parallel Factor Analysis (PARAFAC) decomposition of ternary solution spectra into parts that are easier to analyze. Systems of the NMA–water–osmolyte-type were used to test the method and to elucidate information on the interactions between N-Methylacetamide (NMA, a simple peptide model) with stabilizing (trimethylamine N-oxide, glycine, glycine betaine) and destabilizing osmolytes (n-butylurea and tetramethylurea). Systems that contain stabilizers change their vibrational structure to a lesser extent than those with denaturants. Changes in the latter are strong and can be related to the formation of direct NMA–destabilizer interactions.

Experimental measurements and modelling of viscosity and density of calcium and potassium chlorides ternary solutions

Measured viscosity and density data for ternary aqueous solutions of CaCl2 and KCl are presented at temperatures between 293 and 323 K with 5 K increment. A modified Jones–Dole was introduced by adding extra terms and proved to be suitable for modelling of the viscosity data. Goldsack and Franchetto, Hu and Exponential models are used to correlate the viscosity data, too. Al models are correlated as a function of temperature and concentration. All models had successfully predicted the viscosity with high precision reaching a maximum average absolute deviation (AAD) of less than 2.3%. The modified Jones–Dole showed the best results among other models. Viscosity of the ternary solution is higher than the viscosity of water by about 15% at low concentrations and reaches about 270% at the highest concentrations. The amount of CaCl2 has more significant effect on the ternary mixture viscosity compared to KCl. This has created difficulty in measuring the viscosity and consequently the challenge in finding the different models parameters. Ternary solution densities were successfully correlate with Kumar’s model with AAD of less than 0.4%. Comparison of the ternary solution density and viscosity with the few available data literature showed a good agreement.

An interpretation on the thermodynamic properties of liquid Pb–Te alloys

The bonding character of liquid lead telluride \text{PbTe} is thermodynamically investigated in detail. Its possibility as an ionic melt composed of cation {\text{Pb}}^{2+} and anion {\text{Te}}^{2-} is not acceptable, by comparing the ionization energy of \text{Pb} atom, electron affinity of \text{Te} atom and the ionic bonding energy due to the cation {\text{Pb}}^{2+} and anion {\text{Te}}^{2-} with the help of structural information. Solid lead telluride PbTe as a narrow band gap semiconductor might yield easily the overlapping of the tail of valence band and that of conduction one. And on melting, it becomes to an ill-conditioned metallic state, which concept is supported by the electrical behaviors of liquid Pb–Te alloys observed by the present authors. As structural information tells us about the partial remain of some sorts of covalent-type mono-dipole and poly-dipole of the molecule \text{PbTe}, all systems are thermodynamically explained in terms of a mixture of these molecules and cations {\text{Pb}}^{4+} and {\text{Te}}^{2+} and a small amount of the conduction electrons are set free from these elements based on the ternary solution model.