The UV-VIS-NIR spectral optical properties of soot and soot containing aerosols were investigated in detail during the AIDA Soot Aerosol Campaign 1999. One aim of the campaign was a comprehensive comparison of the microphysical properties of Diesel and spark generator soot. The mass specific extinction cross section at λ=450nm of Diesel soot is 10.6±0.5m2g−1 which is almost a factor of two larger than the corresponding value of 5.7±0.3m2g−1 measured for spark generator soot. Coagulation-induced particle growth does not affect the soot extinction cross section and has a weak influence on the scattering properties of the soot aggregates. Atmospheric processing of freshly emitted soot was simulated in mixing experiments. The formation of mixed Diesel soot and dry ammonium sulfate particles by coagulation has only a minor effect on the soot absorption cross section. The coating of spark generated soot with organic material results in a strong increase of the single scattering albedo. A significant increase of the absorption coefficient at λ=473nm during the coating process can be attributed to an enhancement of the specific soot absorption cross section by more than 30%.

The scattering and absorption properties of black carbon (BC) particles internally mixed with secondary organic aerosol (SOA) were investigated experimentally at the large aerosol chamber facility AIDA. Diesel soot particles were coated with secondary organic compounds produced by the in situ ozonolysis of α‐pinene. It was found that the organic coating strongly affects the optical and microphysical properties of the soot aggregates. Amplification factors of the internally mixed BC of 1.8 to 2.1 compared to the specific absorption cross section of externally mixed BC were measured. These amplification factors are well reproduced by a Mie model for concentrically coated spheres over a wide range of organic coating/BC mixing ratios. Other optical properties in particular of thinly coated soot particles, namely, the single scattering albedo, the Ångstrøm exponent, and the hemispheric backscattering ratio, are less well reproduced by the model, most likely because of the restructuring and the incomplete enclosure of the porous soot aggregates.

Size, morphology and microstructure of Palas soot, Diesel soot and of Diesel soot/ammonium sulfate mixtures were studied by transmission electron microscopy (TEM). The diameter of the primary particles derived from TEM is 6.6±1.7nm for Palas soot and 22.6±6.0nm for Diesel soot. Palas soot predominantly consists of amorphous carbon. In a few cases, nanocrystalline graphite with domain sizes on the order of 1 nm were observed. Primary particles of Diesel soot always show an onion-shell structure of nanocrystalline graphite with domain sizes between 2–3nm. Fractal properties of 37 Diesel soot agglomerates were determined from TEM images by two different techniques. The average fractal dimension of Diesel soot derived from TEM is 1.70±0.13. TEM further showed that the initially external mixture of Diesel soot and ammonium sulfate developed with time in a significant degree of internal mixing. A second independent approach to determine the fractal properties of soot is based on computer simulations of the aerosol dynamics. A good reproduction of the time evolution of mass and number concentrations and of the mobility size distribution was achieved. The primary particle diameters obtained from the computer simulations (7.3±0.8nm for Palas soot, 25±3nm for Diesel soot) are in excellent agreement with the TEM results. The fractal dimension of Diesel soot received from the COSIMA algorithm of 1.9±0.2 (overlap of primary particles was taken into consideration) is consistent with the value obtained from TEM image analysis. For Palas soot, the computer simulation yielded a fractal dimension of 2.0±0.1 (overlap was not corrected, as the overlap coefficient is not known).

The Multiple Chamber Aerosol Chemical Aging Study (MUCHACHAS) tested the hypothesis that hydroxyl radical (OH) aging significantly increases the concentration of first-generation biogenic secondary organic aerosol (SOA). OH is the dominant atmospheric oxidant, and MUCHACHAS employed environmental chambers of very different designs, using multiple OH sources to explore a range of chemical conditions and potential sources of systematic error. We isolated the effect of OH aging, confirming our hypothesis while observing corresponding changes in SOA properties. The mass increases are consistent with an existing gap between global SOA sources and those predicted in models, and can be described by a mechanism suitable for implementation in those models.

Abstract. This paper presents the results of mass spectrometric investigations of the OH-initiated oxidative aging of α-pinene SOA under simulated tropospheric conditions at the large aerosol chamber facility AIDA, Karlsruhe Institute of Technology. In particular, the OH-initiated oxidation of pure pinic and pinonic acid, two well-known oxidation products of α-pinene, was investigated. Two complementary analytical techniques were used, on-line atmospheric pressure chemical ionization/mass spectrometry (APCI/MS) and filter sampling followed by liquid chromatography/mass spectrometry (LC/ESI-MS). The results show that 3-methyl-1,2,3-butanetricarboxylic acid (MBTCA), a very low volatile α-pinene SOA product and a tracer compound for terpene SOA, is formed from the oxidation of pinonic acid and that this oxidation takes place in the gas phase. This finding is confirmed by temperature-dependent aging experiments on whole SOA formed from α-pinene, in which the yield of MBTCA scales with the pinonic acid fraction in the gas phase. Based on the results, several feasible gas-phase radical mechanisms are discussed to explain the formation of MBTCA from OH-initiated pinonic acid oxidation.

Tantalum oxide (TaO