Ökologische Anwendung von nicht-austauschbarem Deuterium

Das Element Wasserstoff (H) und seine beiden stabilen Isotope (Protium: 1H und Deuterium: 2H) machen ca. 6-8 % der gesamten Trockenmasse der organischen Materialien der Erde aus. Die Menge an Deuterium in organischem Material ist sehr gering und liegt nur zwischen 120 und 150 ppm. Der Anteil von 2H entspricht normalerweise dem des Niederschlags und variiert sowohl zeitlich als auch räumlich auf der ganzen Welt. Infolgedessen gibt es ein enormes wissenschaftliches Interesse, Deuterium als natürlichen Tracer und Quellensignal zu verwenden, um die Herkunft von Pflanzen, Tieren und auch Lebensmitteln zu verfolgen. Da die Menge an Deuterium und seine natürlichen Schwankungen relativ zu Protium sehr gering sind, ist es sehr schwierig, sie mit Techniken wie der Isotopenverhältnis- Massenspektrometrie zu messen. Schlimmer noch, bis zu 20 % des Wasserstoffs in organischen Stoffen sind leicht austauschbar, was bedeutet, dass jeglicher Dampf oder Feuchtigkeit, die in der Probe zurückbleibt, das ursprüngliche Deuteriumsignal der Probe während der Handhabung vor der Messung schnell verändern kann. Dieser Isotopenaustausch kann nun durch temperaturgesteuerte Dampfaustausch-Methoden korrigiert werden. Um sicherzustellen, dass Laboratorien genaue und vergleichbare Deuteriumanalysen durchführen können, werden außerdem neue zertifizierte Referenzmaterialien für organische Wasserstoffisotope benötigt. Da das Problem des H-Isotopenaustauschs bisher weitgehend unerkannt blieb, sind die meisten Labore nicht in der Lage, die H-Isotopenergebnisse der anderen zu reproduzieren, was nun zum Haupthindernis für die zuverlässige Verwendung von H-Isotopen in forensischen Anwendungen geworden ist. Kürzlich wurde eine Reihe neuer organischer Referenzmaterialien (z. B. Holz, Haare, Mehl, Honig, Aminosäuren, Kollagenkeratine) hergestellt, um die 2H/1H-Verhältnisse ihres nicht austauschbaren H-Quellensignals zu eruieren. Diese neuen Referenzmaterialien sind ein erster Schritt, um sicherzustellen, dass die erzeugten Isotopendaten unter den Labors rückverfolgbar und vergleichbar sind. In diesem Forschungsprojekt werden wir reproduzierbare neue Verfahren etablieren, um 2H/1H-Verhältnisse für den nicht austauschbare H dieser neuen organischen Referenzmaterialien zu bestimmen. Dadurch wird es der weltweiten wissenschaftlichen Isotopenforschung ermöglicht, die Herkunft von organischen Materialien wie Pflanzen und Tiere zu verfolgen und ermöglicht schließlich auch die Rückverfolgbarkeit von organischen Materialien für andere Wissenschaftsdisziplinen wie der Ökologie, Paläoökologie, Arzneimittelauthentifizierung und selbst der Umweltkriminalität.