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Methan (CH4) ist nach Kohlendioxid das wichtigste heute emittierte Treibhausgas. Es gibt viele unterschiedliche CH4 Quellprozesse, was Untersuchungen zum CH4 Kreislauf und die Entwicklung von Reduktionsstrategien schwierig macht. Die Bestimmung der Häufigkeit der doppeltsubstituierten, sogenannten "clumped", Isotopenverbindungen von Methan ist eine neuartige Möglichkeit, den biogeochemischen CH4 Kreislauf zu untersuchen. Das Potential dieser Methode wurde in den letzten Jahren für andere atmosphärische Spurengase, wie Kohlendioxid, gezeigt.
Im R'Equip Projekt QCL4CLUMPS, wir an der Empa eine neue Quantenkaskadenlaser-basierte Analytik Plattform etabliert, welche die selektive und präzise Bestimmung der fünf häufigsten Methan Isotopenverbindungen: 12CH4, 13CH4, 12CH3D, 13CH3D und 12CH2D2, ermöglicht. Die Vorteile des neuen Analysensystems im Vergleich mit herkömmlichen Geräten sind: (i) eine leistungsfähige, automatisierte Aufkonzentriereinheit, um die Methankonzentration in den Prozentbereich zu erhöhen und (ii) ein hochpräzises Laserspektrometer zur selektiven Bestimmung von sowohl D13CH3D als auch D12CH2D2. Die Leistungsfähigkeit des neuen Analysensystems wird aktuell entwickelte hochauflösende massenspektrometrische Messsysteme bezüglich Benutzerfreundlichkeit, Probendurchsatz, Präzision und insbesondere Selektivität übertreffen.
Die angestrebte Performance des laserspektrometrischen Analysensystems ist weltweit einzigartig und wir die Kompetenz der Empa im Bereich der Isotopenforschung stärken. Die Analyse der doppelsubstituierten Methanverbindungen, 13CH3D und 12CH2D2, wird eine grosse Anzahl von Anwendungen, beispielsweise zur Bildungstemperatur bei der Methanentstehung oder Abbauprozessen in der Atmosphäre ermöglichen. Es wird erwartet, dass die Bestimmung von D13CH3D und D12CH2D2 unser Wissen über den globalen Methankreislauf voranbringen und die Entwicklung neuer substratunabhängiger und reaktionsspezifischer Forschungsmethoden ermöglicht.