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) |