Isotopenmassenspektrometer mit Flüssig- und Gaschromatograph und Elementaranalysator
Final Report Abstract
Die substanz-spezifische Stabilisotopenanalyse (δ13C, δ15N, δ18O, δD) hat in den letzten Jahren zu einem beachtlichen Erkenntniszuwachs für die Identifizierung und Quantifizierung biogeochemischer Prozesse in der Umwelt beigetragen. Die kontinuierliche Weiterentwicklung dieser Technik ist ein wichtiger Baustein für weitere wissenschaftliche Fortschritte auf diesem Gebiet. Daher wurde ein Stabilisotopenmassenspektrometer mit Flüssigkeits- und Gaschromatographischer Kopplung und Pyrolyseeinheit nach dem neuesten Stand der Technik erworben mit dem Ziel, bisherige Limitierungen zu eliminieren und weitere innovative Methoden zu entwickeln. Insbesondere sind in den letzten Jahren erhebliche Verbesserungen in der Messempfindlichkeit und in der Funktion von wichtigen Gerätekomponenten wie z. B. dem Oxidationsofen (verbesserte Oxidation und Minimierung von Totvolumina) und der Nachweisempfindlichkeit um ca. Faktor 2 erreicht worden. Beides ist für die vorgesehenen substanzspezifischen Messungen von humusarmen Proben elementare Voraussetzung. Die Limitierung der Nachweisgrenze bei δ13C-Bestimmungen durch Fremd-C-Zugabe während der Derivatisierung bei gaschromatographischer Trennung wurde durch den Einsatz einer flüssigkeitschromatographischen Trennung verbessert. Allerdings sind mit diesem System keine substanzspezifischen δ15N-Messungen möglich, da es nur mit einer nasschemischen Oxidation betrieben werden kann. Daher wurde die mikrobielle N- Immobilisierung in Reisböden anhand von substanzspezifischen δ15N-Messungen von Aminozuckern mittels GC-C-IRMS gemessen. Für quantitative paläoökologische Fragestellungen eignen sich δD von n-Alkanen und δ18O von Zuckern. Im Rahmen des Projektes wurden die substanzspezifischen δ18O- und δD-Messungen an pflanzlichen und mikrobiellen Zuckern bzw. n-Alkanen am GC-TC-IRMS eingearbeitet und optimiert hinsichtlich Richtigkeit, Präzision und Mengenabhängigkeit und die Veränderungen der entsprechenden Isotopensignaturen während der Streuzersetzung in Abhängigkeit vom Klima untersucht. Ferner wurden Isotopensignaturen von Böden in Klimatransekt-Studien ermittelt und die Methoden auf geeignete Paläoklimaarchive angewendet. Da bislang unklar ist, wie hoch der Beitrag der Variablen Temperatur und Niederschlag zu den Isotopensignaturen von Zuckern und n-Alkanen in Böden ist, wurden diese in Höhentransekten untersucht. Temperatur- und Niederschlagsänderungen mit der Höhe sind bekannt und wir konnten auf ein umfassendes und gut bodenkundlich grundcharakterisiertes Probenarchiv für diese Untersuchungen zurückgreifen. Des Weiteren wurde untersucht, ob mit einer Kombination von δD in Alkanen und δ18O in (pflanzlichen) Zuckern eine Abschätzung des Deuterium-Exzesses und eine Modellierung des Evapotranspirationseffektes auf die 18O-Signatur bzw. Trennung des Humiditäts- und Temperatureffektes möglich sind.
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