Hochauflösende Röntgen-Fluoreszenzmikroskopie zur Untersuchung der Verteilung von Spurenelementen in Bodenproben bei verschiedenen Redox-Zuständen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Wechselwirkungen von Bodenkolloiden werden insbesondere durch deren große spezifische Oberfläche bestimmt. Sie können damit einen Stofftransport selbst von in Systemen größerer Teilchen unlöslichen Stoffen beitragen, dessen Verständnis bislang unvollständig ist. Dies führte auch in jüngster Vergangenheit zu gefährlichen Unterschätzungen von Giftstoffverbreitungen. Derselbe Prozess ist jedoch auch entscheidend für die Aufnahme und Abgabe von Nährstoffen. Für ein besseres Verständnis dieser Prozesse ist es notwendig, die Verteilung der Spurenelemente auf den Bodenkolloiden mit hinreichend hoher räumlicher Auflösung darstellen zu können. In diesem Projekt konnte gezeigt werden, dass Röntgenfluoreszensmikroskopie bisher unbekannte Informationen zur Erforschung kolloidbasierten Stofftransports liefert. An der Beamline 2-ID-E an der Advanced Photon Source, APS, im Argonne National Laboratory, USA, wurden erste Röntgenfluoreszensaufnahmen von Ton und Bodenkolloiden in ihrer für die Wechselwirkungen von Bodenpartikeln notwendig wässrigen Umgebung gemacht. Dabei wurde gezeigt, dass die Proben über mehrere Aufnahmen im detektierbaren Bereich der Morphologie und Elementverteilung stabil bleiben. Die Proben zeigten zum Teil scheinbar widersprüchliche Elementverteilungen, die bisherige Annahmen über die Korrelation einiger Spurenelemente in Frage stellen. Desweiteren konnte ein manipulierbarer Probenhalter entwickelt und angewendet werden, der die in-situ Zugabe von Flüssigkeiten zur Probenumgebung erlaubt. Somit wurde der pH Wert der wässrigen Umgebung von Ton und Bodenkolloiden verändert, was zu Anderungen in Kolloidkonglomeraten führte. Die bislang nicht bekannte Komplexität der Spurenelementverteilung innerhalb dieser Systeme ermöglichte jedoch bislang keine abschliessende Interpretation der Ergebnisse. Weitere Aufnahmen sind nötig um allgemein gültige Zusammenhänge nachweisen zu können. Angeregt von den derzeit viel diskutierten Ergebnissen aus diesem Projekt wird in größerem Umfang an einer Optimierung der entwickelten Methode gearbeitet sowie neuer Methoden, die statistische Daten zur Ergänzung der hochaufgelösten Röntgenfluoreszenzaufnahmen von einzelnen Bodenkolloiden sowie Kolloiden unter sich verändernden Probenumgebungen erbringen sollen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “Hard X-Ray Fluorescence Microscopy to Determine the Element Distribution of Soil Colloids in Aqueous Environment”, “The10th International Conference on X-Ray Microscopy”, AIP conference proceedings, 1365, 365–368, 2011
S.-C. Gleber, S. Vogt, J. Niemeyer, L. Finney, I. McNulty, J. Thieme
- “Spatially Resolved Sulfur Speciation in Urban Soils”, “The 10th International Conference on X-Ray Microscopy”, AIP conference proceedings, 1365, 361–364, 2011
M. Brettholle, S.-C. Gleber, B. Mekiffer, D. Legnini, I. McNulty, S. Vogt, G. Wessolek, J. Thieme
