Ein wichtiges Beispiel sind krebserregende Polyzyklische Kohlenwasserstoffe (PAKs), welche nach ihrer Emission durch z.B. Öfen, Waldbrände oder Motoren hunderte Kilometer weit durch den Wind transportiert werden. Solche Partikel befinden sich in jedem Atemzug, aber ihre Anzahl und Konzentration variiert sehr stark. Die PAKs können über viele Partikel verteilt sein, also stark verdünnt, und somit in der Lunge abgebaut werden. Andererseits können auch wenige Partikel besonders hohe Konzentrationen aufweisen, wodurch die zelluläre Abwehr überfordert wird und winzige Entzündungsherde entstehen – der Anfang unheilvoller Prozesse, die in Verbindung zu Asthma, Herzproblemen oder gar Krebs stehen. Die von uns entwickelten Massenspektrometer können weit weniger als 10^-15 g der PAKs auf einzelnen Partikeln nachweisen und dabei zusätzliche Information über die Herkunft der Partikel gewinnen [2].

Ein weiteres wichtiges Thema sind partikelgebundene Metalle. Diese sind im Wüstenstaub enthalten, oder auch in Motoremissionen, z.B. von Schiffen. Eisen ist an vielen grundlegenden biologischen Prozessen beteiligt. Somit ist es einerseits ein wichtiger Luftschadstoff, welcher in jüngster Zeit auch mit akuten kardovaskulären Problemen in Verbindung gebracht wird [3]. Andererseits ist Eisen ein essentielles Spurenelement für fast alle Lebewesen. Das Leben in weiten Teilen der Ozeane ist direkt vom Transport und Eintrag von Eisen durch atmosphärische Aerosole abhängig – mit komplexen Rückkopplungen auf die Artenzusammensetzung und das Klima [4]. Wir stimmen Laserpulse auf Atomresonanzen von Eisen und anderen Metallen ab, wodurch diese empfindlicher und zuverlässiger auf Partikeln nachgewiesen werden und die Transportwege der Metalle ins Meer besser erforscht werden können [5].

Über die Luftverschmutzung hinaus interessieren wir uns auch für sicherheitsrelevante Stäube. Dies können schwer nachweisbare Sprengstoffe, Drogen oder in der Zukunft auch biologische Pathogene sein. Wir optimieren die Einzelpartikel-Massenspektrometrie für deren Nachweis, zunächst anhand harmloser Modellsubstanzen, wie im gezeigten Massenspektrum einzelner Ibuprofen-Staubpartikel.