Die δ13C-Verbindungsspezifische Isotopenanalyse (CSIA) von Kohlenwasserstoffen in der Gasphase und von atmosphärischen Gasen wird herangezogen, um mikrobielle, thermogene oder geogene Aktivitäten von Gasen zu erklären, und liefert ein fundierteres Verständnis der Kohlenstoffquelle als die Konzentration allein. Zu den Anwendungsbereichen der Isotopenanalyse gehören:
SGS Beta bietet eine spezialisierte Analyse der folgenden Gase an:
Zu den ausgewählten Gasen für die chromatographische Isolierung vor der Verbrennung gehören:
SGS Beta verwendet internationale Sekundärreferenzmaterialien (RMs) zur Bestimmung der verbindungsspezifischen δ13C-Werte von Kohlenwasserstoffgasen. Die Referenzmaterialien stammen vom United States Geological Survey (USGS), der neben den NIST-SRM-4990C-Oxalsäure-Standards auch eine Reihe von Methan-, Ethan- und Propangas-Standardgasen (HCG-1, HCG-2 und HCG-3) bereitstellt.
Im Folgenden finden Sie ein Beispiel dafür, wie die δ13C-Analyse in der praktischen Umweltüberwachung eingesetzt wird.
Abbildung 1: Klasse-III-Fackel 1 – Deponieanalysen von sechs Parametern, gemessen bei SGS Beta (F&E-Abteilung)
Die δ13C-Analyse von CH4 und CO2 in Bodenluft und Deponien hat sich zu einem unverzichtbaren Instrument für die Unterscheidung zwischen biogenen und geogenen Kohlenstoffquellen entwickelt. Methan in Böden kann aus mikrobieller Methanogenese, thermogener Leckage fossiler Brennstoffe oder sogar aus abiotischen Reaktionen stammen. Jeder dieser Prozesse unterliegt einer 13/12C-Isotopenfraktionierung, wodurch δ13C-Signaturen entstehen. So weisen mikrobielle Stoffwechselwege in der wissenschaftlichen Literatur ¹³C-abgereicherte Methanwerte von –50 bis –110‰ auf, thermogenes Gas ist mäßig abgereichert (–30 bis –50‰), während abiotisches oder aus dem Erdmantel stammendes Methan vergleichsweise angereichert sein kann (–5 bis –30‰). Durch die Messung von δ13C in Verbindung mit Tiefenprofilen lässt sich die Herkunft des Methans ableiten: Entweder handelt es sich um Methan, das sich vor Ort unter anaeroben Bedingungen aktiv bildet, oder um migriertes fossiles Gas, das flache Bodenschichten verunreinigt. Der δ13C-Wert der CO2-Fraktion liefert im Vergleich zur CH4-Fraktion zusätzliche Erkenntnisse über den Kohlenstoffkreislauf und mögliche Verunreinigungen. Vom Boden freigesetztes CO2 aus der Vegetation ist in C3-Ökosystemen typischerweise stärker negativ (–22 bis –37 ‰) und in C4-Systemen weniger stark verarmt (–9 bis –15 ‰). Abweichungen von diesen Bereichen, wie beispielsweise eine Anreicherung in Richtung 0‰, können eher auf Karbonatauflösung oder thermogene Entgasung hindeuten als auf Wurzel- oder mikrobielle Atmung. Eine δ13C-Anreicherung der CO2-Fraktion aus Deponiegas wurde ebenfalls im Bereich von –10 bis +15‰ beobachtet.
Die δ13C-Analyse von Ethan (C2H6) und Propan (C3H8) liefert wichtige Anhaltspunkte für die Interpretation der Herkunft von Gasen neben Methan. Da diese höherkettigen Kohlenwasserstoffe nur selten auf mikrobiologischem Wege entstehen, dienen ihr Vorkommen und ihre Isotopenzusammensetzung als wichtige Indikatoren für thermogene oder abiotische Prozesse. In Umwelt- und Energieanwendungen können erhöhte δ13C-Werte in Ethan und Propan dabei helfen, das Austreten fossiler Brennstoffe oder die Auswirkungen von Fracking von rein mikrobieller Methanbildung zu unterscheiden, während relative Verschiebungen zwischen CH4, C2H6, und C3H8 Aufschluss über Gasvermischungen, Migrationswege und Kontaminationspfade geben. Typische thermogene Ethan- und Propangewerte liegen im Durchschnitt bei ~-30 ‰ (Bereich ≈-60 ‰ bis -16 ‰), während abiotische Quellen vergleichsweise angereichert sein können (manchmal bis nahe -5 ‰) und mikrobielle Systeme durch das Fehlen oder nur Spuren dieser Gase gekennzeichnet sind. Durch die gemeinsame Analyse von Methan, Ethan und Propan liefert SGS Beta verbindungsspezifische isotopische Fingerabdrücke, die einen soliden Rahmen für die Quellenzuordnung, die Umweltüberwachung und Untersuchungen von Erdölsystemen bieten.
Der δ13C-Wert kann Aufschluss über Entstehungswege geben; in Kombination mit 14C liefert er jedoch sowohl Informationen über den Entstehungsprozess als auch über das Alter und bildet so ein leistungsfähiges Doppelisotopen-Modell. Durch die Kombination von δ13C-Analysen mit Radiokarbonmessungen (14C) lassen sich die 14C -Aktivität (bzw. das Alter), die Herkunft und der Verbleib von Kohlenwasserstoffen und den damit verbundenen atmosphärischen Gasen (CO und CO2) bestimmen. Proben können entweder mittels –14C Analyse biogener Kohlenwasserstoffgase gemäß ASTM D6866 untersucht und ausgewertet werden oder zur Radiokarbonanalyse eingereicht werden, um die gemessene pMC (MpMC), die konventionelle pMC (CpMC), das scheinbare Radiokarbonalter in BP und δ13C zu ermitteln.
Wenden Sie sich bitte an Ihren Kundenbetreuer oder an US.Info.Beta@sgs.com, um einen Fragebogen zur spezifischen Isotopenanalyse zu erhalten, der vor der Probenabgabe ausgefüllt, eingereicht und von unserem Laborteam genehmigt werden muss. Neben unseren Isotopenanalysen für Methan-, Ethan-, Propan- und Gesamtkohlenstoffproben (Gesamtgas) können auch gaschromatographische Analysen gemäß ASTM D7833 angefordert werden.
Anforderungen an Probenvolumen und Behälter: 2 % (v/v) in einem 0,6-Liter-Gasbeutel aus mehrlagiger Aluminiumfolie oder einem unter Druck stehenden IsoTube.
Lesen Sie hier unsere vollständigen Richtlinien für die Einreichung von Gasproben.
Bei Fragen und für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an US.Info.Beta@sgs.com.
Referenzen
Seite zuletzt aktualisiert: April 2026
