Die ETH Zürich verwendet ein IsoPrime100 IRMS zur Untersuchung des Phosphatkreislaufs im System Boden-Pflanze
Dr. Federica Tamburini ist Technikerin/Forscherin in der Gruppe für Pflanzenernährung am Institut für Agrarwissenschaften der ETH Zürich (Schweiz), wo sie die Abteilung für stabile Isotope leitet. Dr. Tamburini ist promovierte Geologin und hat eine Ausbildung als Geochemikerin (marine Sedimente) absolviert, bevor sie sich einem Projekt über stabile Isotope in Bodenphosphat zuwandte. Seitdem forscht sie auf diesem Gebiet und optimiert Verfahren zur Vorbereitung von Proben aus Boden- und Pflanzenextrakten, die auf ihre Isotopenzusammensetzung hin analysiert werden sollen.
Als Leiterin der Einrichtung für stabile Isotope führt Dr. Tamburini Analysen für Mitglieder ihrer Gruppe, für ihre eigene Forschung und für externe Mitarbeiter durch, wobei sie auch die Geräte für die Isotopenverhältnis-Massenspektrometrie betreut. Die Gruppe erwarb einen vario PYRO cube® und ein IsoPrime100 von Elementar, um sowohl feste als auch flüssige Proben auf CNS und O zu analysieren. Zuvor analysierte die Gruppe ihre Proben in der Einrichtung für stabile Isotope des Geologischen Instituts der ETH oder schickte ihre Proben ins Ausland. Das Equipment hat der Gruppe großen Nutzen gebracht, zumal die Forschungsarbeit der Gruppe stark auf die Untersuchung stabiler Isotope angewiesen ist und alle Analysen nun intern durchgeführt werden können.
Die Gruppe setzt die Geräte für eine Vielzahl von Anwendungen ein, darunter für die Analyse von 13C, 15N und 34S in Boden- und Pflanzenproben. Für C und N analysiert das Team sowohl die natürliche Häufigkeit der Isotope als auch 15N- und 13C-angereicherte Boden- und Pflanzenproben. In den letzten Monaten hat die Gruppe mit einer neuen Technik experimentiert, bei welcher der vario LIQUID sampler zur Analyse von 15N und 13C in Bodenwässern eingesetzt wird, um die Isotopensignatur von Rhizo-Ablagerungen zu untersuchen. Diese Proben weisen niedrige N- und C-Konzentrationen auf, so dass eine relativ große Flüssigkeitsmenge (80 µl) direkt in den Verbrennungsofen injiziert wird.
Dr. Tamburinis Interessengebiet ist der Phosphatkreislauf im System Boden/Pflanze und ihr bevorzugtes "Werkzeug" sind sauerstoffstabile Isotope in Phosphaten. Dieses Analysewerkzeug ermöglicht einen tieferen Einblick in den Phosphorkreislauf im System Boden/Pflanze. Hier werden Veränderungen im Verhältnis der Sauerstoffisotope im Phosphat durch biotische Prozesse verursacht, wie z.B. die enzymatische Hydrolyse organischer Substanz, von denen jeder einen spezifischen Isotopeneffekt nach sich zieht. Dies hat sich als nützlich für das Verständnis des Phosphorkreislaufs in der Umwelt erwiesen, z.B. während der ersten Phasen der Bodenentwicklung oder im Inneren von Pflanzen unter Stressbedingungen. Unter bestimmten Bedingungen könnte 18O in Phosphat auch als Tracer von Phosphorquellen in der Umwelt verwendet werden.
Für die Phosphatanalyse analysiert die Gruppe vorwiegend Ag3PO4-Proben, um die 18O-Isotopensignatur des Phosphats zu bestimmen, das zuvor aus verschiedenen Boden- und Pflanzenpools extrahiert wurde. Es gibt ein weit verbreitetes "Dogma" in der Forschergemeinschaft, dass die Analyse von Ag3PO4-Proben eine besondere Herausforderung darstellt. Abgesehen von der mühsamen Vorbereitung und Säuberungsprozedur zur Erzeugung der Ag3PO4-Proben berichtet Dr. Tamburini, dass der vario PYRO cube® noch nie Schwierigkeiten bei der Durchführung dieser Analyse hatte. Für jede Probe wird eine kleine Menge Glaskohlenstoff in die Silberkapsel gegeben, um die Verfügbarkeit von Kohlenstoff für die pyrolysierte Probe zu erhöhen. Die Blindwerte des Systems sind sehr klein, was für diese Analyse wichtig ist, und die Qualität der resultierenden CO-Chromatographie ist ausgezeichnet, mit guter Trennung von jeglichem N2 und einer scharfen symmetrischen Peakform.
Die Gruppe führt im Durchschnitt etwa 4.000 Proben durch, ohne den Glaskohlenstoffofen zu erneuern. Die Durchlaufmenge liegt im Allgemeinen bei etwa 112 bis 120 Proben, und es dauert etwa 20 bis 22 Stunden, bis die Analyse abgeschlossen ist. Mit der guten Empfindlichkeit des Geräts ist die Gruppe in der Lage, Proben zwischen 200 und 300 µg, wenn nicht sogar weniger, durchzuführen. Dies ist für das Team wichtig, weil die Menge an Ag3PO4, die es bei der Vorbereitung von Bodenproben produziert, oft gering ist, vor allem, weil in den Proben manchmal wenig Phosphat vorhanden ist. Die Gruppe verwendet auch die Ergebnisse der O2-Elementzusammensetzung aus dem vario PYRO cube®, um die Reinheit der Proben zu überprüfen.
Als sie darüber sprach, was sie zuerst an Elementar beeindruckt hat, sagte Dr. Tamburini:
Wir mussten bei der Beantragung von Geld nach verschiedenen Firmen und Gerätelösungen suchen, und was mich gereizt hat, war das innovative Vorbereitungssystem des vario PYRO cube, die einfache Handhabung aller Komponenten des Systems und die 'Modularität' des Systems. Die Mitarbeiter von Elementar waren auch äußerst kompetent und haben auf unsere besonderen Anforderungen geachtet, was den Unterschied ausmachte.
Dr. Tamburini erklärte, dass die blindwertfreie Probenzufuhr, der einfache Moduswechsel von Verbrennung zu Pyrolyse und die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des IRMS zu den hilfreichsten Merkmalen des Systems gehören. Sie sagte, dass die Geräte zusätzlich zu den analytischen Vorteilen im Zusammenhang mit den IRMS-Messungen auch dazu beigetragen haben, die Probenvorbereitung (von Bodenextrakten bis Ag3PO4) innerhalb des Labors zu optimieren.
Über die Gruppe für Pflanzenernährung der ETH Zürich
Die Gruppe Pflanzenernährung ist Teil des Instituts für Agrarwissenschaften der ETH Zürich. Sie forscht auf verschiedenen Gebieten, darunter Pflanzenernährung, Nährstoffdynamik in Böden und Nährstoffkreisläufe in Agrarökosystemen. Ihre Arbeit unterstützt die Entwicklung eines integrierten Nährstoffmanagements, das verschiedene Nährstoffquellen für Nutzpflanzen einbezieht und die mikrobiellen Funktionen für die Nährstoffnutzung fördert.
Installierte Geräte: | IsoPrime100 (Altgerät, Nachfolgemodell: isoprime precisION) |
Adresse: | Plant Nutrition |
Kontakt: | E-Mail: federica.tamburini@usys.ethz.ch Website der Einrichtung: www.plantnutrition.ethz.ch |
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