Sauerstoffisotopenaustausch an Oxiden - Raman Messungen mit Mischungen aus Nitrat, Sulfat und Phosphat

Der Austausch der Sauerstoffisotope O-16 und O-18 ist ein Indikator fur biologische Kreislaufe wichtiger Nahrstoffe wie Nitrat, Sulfat oder Phosphat im Boden. Dabei setzen sich die Austauschreaktionen in realen Systemen aus verschiedenen biotischen und abiotischen Einzelreaktionen zusammen (z.B. mit und ohne Beteiligung von Mikroorganismen). Um diese verschiedenen Mechanismen unterscheiden zu konnen, ist es notig mit Modellsystemen einzelne Teilmechanismen zu beschreiben. In dem Poster stellen wir erste Messungen zum abiotischen Sauerstoffisotopenaustausch mittels Raman-Spektroskopie an einer Mischung aus Nitrat, Sulfat und Phosphat vor. Raman-Spektroskopie ist eine Lichtstreumethode, die Schwingungen symmetrischer Molekule detektiert. Da diese Molekulschwingungen von den Massen der beteiligten Atome abhangen, verandern sich bei einem Isotopenaustausch die fur die Schwingungen charakteristischen Wellenzahlen der Banden im Raman-Spektrum. Bei einem schrittweisen Austausch der 3 Sauerstoffatome im Nitrat (NO3-) sind wahrend einer Zeitreihe 4 Banden fur die symmetrische N-O Valenzschwingung zu beobachten, deren Intensitat (≙ Flache unter der Bande) sich mit der Zeit andert. Bei Sulfat (SO42-) sind wegen der 4 Sauerstoffatome 5 Banden vorhanden. Beim Phosphat (PO43-) liegen die 5 Banden so dicht, dass nur eine Umhullende erkennbar ist, deren Maximum sich mit der Zeit verschiebt. Fur eine quantitative Bestimmung der Kinetik des Isotopenaustausches muss der relative Anteil jedes Isotopologs wahrend der Austauschreaktion als Funktion der Zeit bestimmt werden. Dazu werden die Bandensignale integriert, bzw. bei uberlappten Signalen entfaltet und integriert. Fur jeden Isotopologen ergibt sich so eine charakteristische Zeitkurve, die dann mit den Geschwindigkeitsgesetzen der Reaktionskinetik beschrieben werden kann. Die in diesem Poster gezeigten Arbeiten beschaftigen sich mit dem abiotischen O-16 -> O-18 Austausch einer 3-fach Mischung aus KNO3, K2SO4 und KH2PO4 in O-18 angereichertem Wasser bei Temperaturen groser als 90°C. Bei niedrigeren Temperaturen konnte kein abiotischer Sauerstoffisotopenaustausch beobachtet werden. Die Geschwindigkeitsgesetze fur die Isotopologen der drei Oxide werden vorgestellt.