Neue Wasserisotopenanalytik im Fachbereich Grundwasserressourcen

Das neue Wasserisotopengerät PICARRO L2120-i

Analytik von leichten Stabilisotopen
Die stabilen Isotope Sauerstoff-18 (δ¹⁸O) und Deuterium (δ²H) aus Wasserproben werden im Labor des Fachbereichs Grundwasserressourcen jetzt mit einem neuen Laserspektrometer (L2120-i) der Firma PICARRO bestimmt. Damit können beide Isotope gleichzeitig aus ca. 20 Wasserproben und Standards pro Tag gemessen werden. Das neue Lasergerät ist robust und technisch weniger kompliziert als die herkömmliche massenspektrometrische Isotopenverhältnismessung (IRMS). Das Instrument kann auch im Gelände eingesetzt werden und ermöglicht in ähnlicher Konfiguration die Isotopenmessung aus Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan.

Schema der Laserisotopie sowie Messprinzip

Anwendungsbereiche
Stabile Isotope werden in der Hydrogeologie vielseitig eingesetzt und sind oft für spezielle Fragestellungen hilfreich. Häufige Einsatzbereiche sind:

• Ermittlung der Grundwasserneubildung über die Isotopenvariabilität in der ungesättigten Zone
• Einzugsgebietscharakterisierung (z. B. Einzugsgebietshöhe von Quellen und Grundwasser)
• Bestimmung der Interaktion von Grundwasser und Oberflächenwasser insbesondere bei hydrologischen Extremen (Hochwasser, Dürre)
• Ermittlung der Mischungsanteile von Wässern
• Paläoklimaforschung (fossiles Grundwasser, Eisbohrkerne)
• Bestimmung der Schichtung, Zirkulation und des Grundwassereinflusses in Seen
• Künstliche Markierversuche
• Klärung von Fragen zur Nachhaltigkeit bei zunehmender Beanspruchung von Grundwasserressourcen

Vergleich von Messungen mit dem neuen Laserisotopengerät

Methodik
Gasmoleküle (z.B. H₂O, CO₂, NH₃, H₂S) zeigen charakteristische Absorptionslinien im nahen Infrarot-Bereich. Bei bekannter Wellenlängencharakteristik und unter kontrollierten Versuchsbedingungen (Druck, Temperatur) kann die Stärke der Absorption (Peak-Höhe) zur Konzentrationsbestimmung benutzt werden. Durch spezielle Messtechniken (Cavity Ringdown oder Kammer-Ausklang Prinzip) wird der Sensitivitätsbereich so vergrößert, daß die Absorptions-Messung auch für Isotopenanalysen einsetzbar ist. Hierbei wird das Ausklingverhalten des Laserlichts (Ringdown) nach Abschalten der Laserquelle in der Messkammer verfolgt.