Donnerstag, den 11. Februar 2021 um 09:28 Uhr

Fingerabdruck-Analyse für Lachgas

Die Wissenschaftlerin Kristýna Kantnerová erhält für ihre Doktorarbeit an der Empa den METAS-Award 2021 im Bereich Analytische Chemie, der von der Schweizerischen Chemischen Gesellschaft verliehen wird. In ihrer Forschung befasste sie sich mit dem Treibhausgas Lachgas und entwickelte eine Methode zur Identifikation und Quantifizierung sehr seltener, doppelt-substituierter Lachgas-Isotopenverbindungen. Dies ist ein wichtiger Schritt, um besser zu verstehen, wie die Isotopen entstehen und wie Lachgasemissionen langfristig eingedämmt werden können.

Distickstoffoxid (N2O), bekannt als Lachgas, gilt mit einem Anteil von 6% an der globalen Erderwärmung als einer der Treiber des Klimawandels. Die Quellen des Treibhausgases sind hinlänglich bekannt und stehen im Zusammenhang mit Landwirtschaft und Düngemitteleinsatz, der Verbrennung von Biomasse, aber auch mit natürlichen Emissionen aus Böden und Ozeanen. Die N2O-Reduktion stellt aber nach wie vor eine Herausforderung dar, da das Gas von verschiedenen Mikroorganismen gebildet wird und der Beitrag unterschiedlicher Stoffwechselwege an den Gesamtemissionen bis heute nicht genau bestimmt werden kann. Kristýna Kantnerová entwickelte im Rahmen ihrer Doktorarbeit eine neue Analysemethode, um Lachgasmoleküle zu identifizieren, die zwei seltene Isotope von Stickstoff und Sauerstoff enthalten. Langfristig soll ihre Arbeit dazu beitragen, den biochemischen Kreislauf von N2O besser zu verstehen. Dafür erhielt sie den mit 5'000 CHF dotierten METAS-Award, der an junge vielversprechende Forschende in der Schweiz verliehen wird, die herausragende Beiträge im Bereich der Metrologie in Chemie oder Biologie leisten.

Den Fingerabdruck von N2O ermitteln

Die Isotopenzusammensetzung von N2O verändert sich je nach Entstehungs- oder Zerfallsweg. Stickstoff hat zwei stabile Isotope, Sauerstoff drei – daraus können also insgesamt zwölf verschiedene N2O-Isotopenverbindungen entstehen. Das Verhältnis dieser Isotopenverbindungen ist charakteristisch und gilt als eine Art Fingerabdruck für den jeweiligen Entstehungsweg. Um diesen Fingerabdruck zu entschlüsseln, entwickelte Kantnerová eine neue Messmethode, die sich auf die Quantenkaskadenlaser-Absorptionsspektroskopie (QCLAS) stützt. QCLAS ist in der Atmosphärenchemie ein etabliertes Messverfahren, um Spurengase nachzuweisen. Bislang fehlte der Forschung jedoch das Instrumentarium, um die doppelt isotopensubstituierten N2O-Verbindungen unterscheiden zu können.


Pionierleistung für die Atmosphären- und Umweltforschung

Teil ihrer Doktorarbeit bildeten einerseits die theoretischen Grundlagen der doppelsubstituierten N2O-Isotopenverbindungen und andererseits die Entwicklung eines neuartigen Messverfahrens. Dafür reiste sie sogar in die USA, um dort direkt mit dem Hersteller an ihrem Quantenkaskadenlaser-Absorptionsspektroskop zu «schrauben».

Neben den internationalen Kollaborationen während ihrer Forschungsarbeit – ein Stipendium ermöglichte Kantnerová einen dreimonatigen Forschungsaufenthalt in Yokohama – freut sich die junge Wissenschaftlerin darüber, einen wichtigen Beitrag für die Atmosphären- und Umweltforschung leisten zu können: «Es ist schön, dass ich mein Interesse an der Laserspektroskopie mit meiner Forschung verbinden konnte und dann noch einen Grundstein dafür gelegt habe, um langfristig N2O und dessen Reaktionen in der Atmosphäre und in der Umwelt besser zu verstehen.» Kristýna Kantnerová führt ihre Forschung nun an der ETH Zürich als Postdoktorandin in der Forschungsgruppe «Sustainable Agroecosystems» weiter.


Den Artikel finden Sie unter

https://www.empa.ch/web/s604/metas-award-2021

Quelle: Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (02/2021)

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