Probenaufbereitung

Das Diagramm zeigt die Arbeitsschritte der Aufbereitung von Organik-Proben. Im Folgenden sind Informationen zu den verschiedenen Aufbereitungsmethoden für verschiedene Probentypen aufgelistet.

• Organik-Proben
• Karbonate
• Knochen
• Graphitisierung von Proben
• Komponenten-spezifische Analysen (Lipide)

Aufbereitung von organischem Material
Organikproben werden zunächst unter dem Mikroskop gesichtet, um sichtbare Kontamination zu entfernen. Die meisten Proben (wie marine und Seesedimente, Holzkohle und Pflanzenreste) werden chemisch durch Standard Säure-Lauge-Säure Extraktionen (AAA für “acid-alkali-acid” oder ABA für “acid-base-acid”) behandelt. Dadurch sollen anorganischer Kohlenstoff sowie Huminstoffe entfernt werden, welche aus anderen Tiefenabschnitten in die zu datierende Boden- oder Sedimentschicht gelangt sein könnten.

Nach der Standard AAA-Methode wird die Probe zunächst mit 1%iger HCl extrahiert (ca. 10 Std., Raumtemperatur; Karbonat-reiche Proben werden ca. 1 Std. lang bei 60 °C erhitzt). Daraufhin werden die Rückstände wiederholt mit Milli-Q Wasser (Reinstwasser) gewaschen. Bei sehr kleinen Proben wird mit verkürzter Extraktionszeit und ohne Laugenschritt gearbeitet. Die Laugenextraktion mit 1%iger NaOH ergibt Huminsäuren, welche in der Lauge lösbar sind und einen unlöslichen Rest (Huminstoff). Die löslichen Huminsäuren werden daraufhin mit 37%iger HCl ausgefällt und mit Milli-Q Wasser gewaschen. Der in Säure und Lauge unlösliche Rest (Huminstoffe) wird ebenfalls wiederholt mit Milli-Q Wasser gewaschen, dann erneut mit 1%iger HCl behandelt um CO₂, das sich möglicherweise während der Laugenextraktion atmosphärisch angelagert hat, zu entfernen. In einem letzten Schritt werden die Huminstoffe erneut mit Milli-Q Wasser gewaschen.

Knochen
Knochenproben werden zunächst mechanisch gereinigt und im Falle von Kontamination mit Organik mit organischen Lösungsmitteln verschiedener Polarität extrahiert. Derzeit verwenden wir eine Kollagen-Extraktions-Methode ohne Ultrafiltration, aufgrund der Schwierigkeit der Entfernung der Glyzerinschicht auf den Filtern, welche das Probenmaterial kontaminieren könnte. Knochenproben werden mit verdünnter HCl decalzifiziert. Durch die Zugabe von Milli-Q Wasser wird der pH-Wert auf etwa 3 erhöht und die Probe des Weiteren von unlöslichen Kontaminationen und Huminstoffen gereinigt. Die Proben werden dann in Gelatine umgewandelt und einer heißen Filtration durch Glasfaserfiltern unterworfen. Diese wird gefolgt von einer Gefriertrocknung der Kollagenfraktion.

Karbonate
Zunächst werden sichtbare Kontaminationen auf der Oberfläche der Karbonatprobe mechanisch entfernt. Daraufhin werden die Proben im Ultraschallbad mit Milli-Q Wasser gereinigt. Die Oberfläche der Probe wird anschließend mit verdünnter Säure angeätzt und dann mit Milli-Q Wasser entfernt. Nach der Trocknung wird die Probe zerkleinert und in ein mit einem Septum verschlossenes Glasgefäß überführt. Luft im Gefäß wird mit Helium ersetzt, 99%ige Phosphorsäure auf die Probe gegeben und bei 75°C für 6 Stunden reagieren lassen. Bei diesem Prozess bildet sich CO₂, welches dann im Hydrolysesystem mit Helium zur Graphitisierungseinheit transportiert wird. Entstandenes Wasser wird von einer Wasserfalle zurückgehalten.

Graphitisierung von aufbereiteten Proben
Wir verwenden eine erweiterte Version des AGE Systems (Wacker et al., 2010; Nucl. Instr. and Meth. B 268). Daran angeschlossen ist ein Elementanalysator (für organische Proben) welcher die Proben in CO₂ umwandelt oder ein Hydrolysesystem (für Karbonatproben). Das CO₂ wird anschließend zum AGE System transportiert und zu elementarem Kohlenstoff reduziert (Graphitisierung). Der Schritt der Reduzierung des CO₂‘s erfolgt mithilfe von H₂ und Eisenpulver als Katalysator.

Komponenten-spezifische Analysen Wir führen komponenten-spezifische 14C Analysen (CSRA) von einzelnen Lipiden, welche durch preparative Gas Chromatographie (GC) isoliert werden, durch. CSRA umfasst die folgenden Schritte: - Lipid-Extraktion aus Böden/Sedimenten (Soxhlet-Extraktion oder Ultraschallbad) - Chromatographische Trennung von Komponentenklassen unterschiedlicher Polarität - Isolation einzelner Moleküle mit preparativer GC - Quantifizierung einzelner Komponenten und Kontaminationen auf dem GC-FID - Überführung von Komponenten in Quarzampullen für die Verbrennung In jedem Schritt dieses komplexen Verfahrens können potentiell Fremdstoffe eingetragen werden, daher ist eine detaillierte Auswertung mit Blindproben („blanks“) notwendig.