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09.02.2021 11:30

Fingerabdruck-Analyse für Lachgas

Rainer Klose Kommunikation
Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

    Die Wissenschaftlerin Kristýna Kantnerová erhält für ihre Doktorarbeit an der Empa den METAS-Award 2021 im Bereich Analytische Chemie, der von der Schweizerischen Chemischen Gesellschaft verliehen wird. In ihrer Forschung befasste sie sich mit dem Treibhausgas Lachgas und entwickelte eine Methode zur Identifikation und Quantifizierung sehr seltener, doppelt-substituierter Lachgas-Isotopenverbindungen. Dies ist ein wichtiger Schritt, um besser zu verstehen, wie die Isotopen entstehen und wie Lachgasemissionen langfristig eingedämmt werden können.

    Distickstoffoxid (N2O), bekannt als Lachgas, gilt mit einem Anteil von 6% an der globalen Erderwärmung als einer der Treiber des Klimawandels. Die Quellen des Treibhausgases sind hinlänglich bekannt und stehen im Zusammenhang mit Landwirtschaft und Düngemitteleinsatz, der Verbrennung von Biomasse, aber auch mit natürlichen Emissionen aus Böden und Ozeanen. Die N2O-Reduktion stellt aber nach wie vor eine Herausforderung dar, da das Gas von verschiedenen Mikroorganismen gebildet wird und der Beitrag unterschiedlicher Stoffwechselwege an den Gesamtemissionen bis heute nicht genau bestimmt werden kann. Kristýna Kantnerová entwickelte im Rahmen ihrer Doktorarbeit eine neue Analysemethode, um Lachgasmoleküle zu identifizieren, die zwei seltene Isotope von Stickstoff und Sauerstoff enthalten. Langfristig soll ihre Arbeit dazu beitragen, den biochemischen Kreislauf von N2O besser zu verstehen. Dafür erhielt sie den mit 5'000 CHF dotierten METAS-Award, der an junge vielversprechende Forschende in der Schweiz verliehen wird, die herausragende Beiträge im Bereich der Metrologie in Chemie oder Biologie leisten.


    Den Fingerabdruck von N2O ermitteln

    Die Isotopenzusammensetzung von N2O verändert sich je nach Entstehungs- oder Zerfallsweg. Stickstoff hat zwei stabile Isotope, Sauerstoff drei – daraus können also insgesamt zwölf verschiedene N2O-Isotopenverbindungen entstehen. Das Verhältnis dieser Isotopenverbindungen ist charakteristisch und gilt als eine Art Fingerabdruck für den jeweiligen Entstehungsweg. Um diesen Fingerabdruck zu entschlüsseln, entwickelte Kantnerová eine neue Messmethode, die sich auf die Quantenkaskadenlaser-Absorptionsspektroskopie (QCLAS) stützt. QCLAS ist in der Atmosphärenchemie ein etabliertes Messverfahren, um Spurengase nachzuweisen. Bislang fehlte der Forschung jedoch das Instrumentarium, um die doppelt isotopensubstituierten N2O-Verbindungen unterscheiden zu können.


    Pionierleistung für die Atmosphären- und Umweltforschung

    Teil ihrer Doktorarbeit bildeten einerseits die theoretischen Grundlagen der doppelsubstituierten N2O-Isotopenverbindungen und andererseits die Entwicklung eines neuartigen Messverfahrens. Dafür reiste sie sogar in die USA, um dort direkt mit dem Hersteller an ihrem Quantenkaskadenlaser-Absorptionsspektroskop zu «schrauben».

    Neben den internationalen Kollaborationen während ihrer Forschungsarbeit – ein Stipendium ermöglichte Kantnerová einen dreimonatigen Forschungsaufenthalt in Yokohama – freut sich die junge Wissenschaftlerin darüber, einen wichtigen Beitrag für die Atmosphären- und Umweltforschung leisten zu können: «Es ist schön, dass ich mein Interesse an der Laserspektroskopie mit meiner Forschung verbinden konnte und dann noch einen Grundstein dafür gelegt habe, um langfristig N2O und dessen Reaktionen in der Atmosphäre und in der Umwelt besser zu verstehen.» Kristýna Kantnerová führt ihre Forschung nun an der ETH Zürich als Postdoktorandin in der Forschungsgruppe «Sustainable Agroecosystems» weiter.

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    Internationaler Tag der Frauen und Mädchen in der Wissenschaft

    Am 11. Februar ist der Internationale Tag der Frauen und Mädchen in der Wissenschaft. Dieser Tag wurde 2015 von der UN-Organisation für Gleichstellung und Ermächtigung der Frauen («UN Women») und der UN-Organisation für Bildung, Wissenschaft und Kultur (UNESCO) ins Leben gerufen, um den vollen und gleichberechtigten Zugang zu und die Teilnahme an der Wissenschaft für Frauen und Mädchen zu fördern. Derzeit sind weltweit nur gerade 30 Prozent der Forschenden und 35 Prozent aller Studierenden in MINT-Fächern (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik) Frauen. Grund dafür sind immer noch Vorurteile und Stereotypen, mit denen sich Mädchen und Frauen konfrontiert sehen. Um in Zukunft wissenschaftlichen und technologischen Fortschritt zu erreichen, der für alle Menschen funktioniert, ist die Gleichstellung der Geschlechter unerlässlich.


    Wissenschaftliche Ansprechpartner:

    Dr. Joachim Mohn
    Air Pollution / Environmental Technology
    Tel. +41 58 765 46 87
    joachim.mohn@empa.ch


    Originalpublikation:

    K Kantnerová, B Tuzson, L Emmenegger, SM Bernasconi, J. Mohn; Quantifying Isotopic Signatures of N2O Using Quantum Cascade Laser Absorption Spectroscopy; Chimia (2019); doi.org/10.2533/chimia.2019.232


    Weitere Informationen:

    https://www.empa.ch/web/s604/metas-award-2021


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten
    Chemie, Meer / Klima, Umwelt / Ökologie
    überregional
    Forschungsergebnisse, Wettbewerbe / Auszeichnungen
    Deutsch


    Die Forscherin Kristýna Kantnerová wurde für ihre «hervorragende und zeitgemässe Arbeit auf dem Gebiet der Metrologie der Isotope von Distickstoffoxid» von der Schweizerischen Chemischen Gesellschaft mit dem METAS-Award ausgezeichnet.


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