Mit Bor-Isotopen der Lebensmittelherkunft und dem Klimawandel auf der Spur

Die Bezeichnung Spurenelement kann man dabei durchaus wörtlich verstehen, denn mit dem Bor verfolgen Wissenschaftler und Analyselabors eine Spur: Sie bedienen sich des Bors, um beispielsweise den Standort von Pflanzen zu bestimmen: Ist der Spargel, der Paprika oder die Kaffeebohne wirklich dort gewachsen, wie angegeben? Oder sie schauen mittels Bor tief in die Vergangenheit: Wie sah unser Klima vor einer Million Jahre aus?

Isotopenstudien bei fossilen Korallen deuten daraufhin, dass von einer Bor-Isotopenanalyse auch Klimaforscher profitieren können. Doch um Isotopenverhältnisse überhaupt genau messen zu können, braucht man Referenzmaterialien, wie sie die BAM Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung neuerdings in einer großen Auswahl für dieses Element anbietet.

Bor kommt in der Natur durch zwei Isotope vor. Isotope sind Atome, die wie üblich über einen Kern und eine Elektronenhülle verfügen. Bei der Anzahl der Elektronen, wie auch bei den Protonen im Kern unterscheiden sich Isotope nicht, jedoch bei der Anzahl an Neutronen. Vom Bor kennt man zwei stabile Isotope: Bor-10 und Bor-11. Diese stehen immer in einem ganz bestimmten Verhältnis zueinander, und genau dieses Verhältnis – Experten nennen es die Bor-Isotopie – ist für die Wissenschaft jene Spur, der sie nachgehen. Denn je nach Standortbedingungen unterscheidet sich dieses natürliche Verhältnis.

Und hier kommen die neuen Materialien der BAM ins Spiel. „Die BAM bietet weltweit den größten Satz an Bor-Isotopen-Referenzmaterialien an“, weiß der Geochemiker Martin Rosner. Insgesamt neun verschiedene Materialien mit hochkonzentrierter Borsäure können bei der BAM bestellt werden. Abnehmer sind neben der Industrie, insbesondere die Wissenschaft und Analyselabors. Rosner war maßgeblich an der Entwicklung beteiligt und leitet heute die aus der BAM ausgegründete Firma IsoAnalysis UG, die unter anderem Bor-Isotopenanalysen durchführt.

Und sein BAM-Kollege, der Chemiker Jochen Vogl ergänzt: „Mit einem Referenzmaterial kann ein Analytiker eine Messung überprüfen und auch kalibrieren“. Wie wichtig diese Qualitätskontrolle ist, zeigt ein Blick auf die Konzentrationsverhältnisse. Denn Bor kommt in den Proben meist nur in winzigen Spuren vor, was die Analytik deutlich erschwert. „In einem Gramm Pflanzen-Probe befinden sich nur etwa fünf Millionstel Gramm Bor“, sagt Vogl.

Ähnliche Konzentrationen findet man auch in Korallen. Dort interessiert das im Kalziumkarbonat (Kalk) eingelagerte Bor für Klimauntersuchungen. Über die Borisotopie wird versucht, den pH-Wert des Ozeans vor Millionen von Jahren zu bestimmen, um damit auf die damalige Kohlendioxid-Konzentration in der Atmosphäre schließen zu können.

Die Vorstellung der Wissenschaftler: Je nach pH-Wert des Ozeans schwankt die BorIsotopie in den im Meer vorkommenden Karbonaten wie zum Beispiel in Korallen. Ob dies aber wirklich so funktioniert, ist umstritten. Doch, um die Qualität der Messung absichern zu können, braucht man jene Referenzmaterialien. Die Bor-Isotopen-Referenzmaterialien können aber auch helfen, um Grundwasser zu überprüfen. Ist beispielsweise etwas aus einer Mülldeponie ins Grundwasser gesickert? Oder kann man Spuren von Waschmitteln im Grundwasser nachweisen? Anhand der Borisotopie lässt sich auch dies feststellen.

Kontakt:
Dr. rer. nat. Jochen Vogl
Abteilung 1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
E-Mail: jochen.vogl@bam.de