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2025-11-26T22:36:42Z

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Als '''Isotopenfraktionierung''' bezeichnet man die Verschiebung der Häufigkeit der [[Isotop]]e eines [[Chemisches Element|Elements]], hervorgerufen durch physikalisch/chemische Prozesse. Fraktionierung ist [[thermodynamisch]] und damit [[temperatur]]<nowiki />abhängig.

== Überblick ==
Der [[Fraktionierungsfaktor]] <math>\alpha</math> errechnet sich als Verhältnis der Isotope zweier Proben Rx und Ry, beispielsweise für Sauerstoffisotope in Wasser:

:<math>\alpha = R_x/R_y = (^{18}O/^{16}O)_\text{Wasser} / (^{18}O/^{16}O)_\text{Wasserdampf}</math>

Es gibt noch weitere Werte, die als Maß des Gleichgewichtsgrades verwendet werden: die Separation oder Isotopendifferenz (<math>\delta</math>), der [[Anreicherungsfaktor]] (E), sowie der Wert <math>10^3\ln(\alpha)</math>. Alle diese Werte geben das Verhältnis von Isotopenkonzentrationen an. Für geringe Abweichungen von der Referenz können alle Werte verwendet werden. Die Separation und der Anreicherungsfaktor sind allerdings Annäherungen, das heißt, bei großen Abweichungen von der Referenz sollten die anderen Werte verwendet werden.<ref>{{Literatur |Autor=Ian Douglas Clark und Peter Fritz |Titel=Environmental isotopes in hydrogeology |Verlag=CRC Press |Datum=1997 |ISBN=978-1-56670-249-2 |Seiten=31}}</ref>

Unterschieden werden massenabhängige und massenunabhängige Isotopenfraktionierung.

Bei der massenabhängigen Isotopenfraktionierung ist die Änderung des Häufigkeits-Verhältnisses zweier Isotope desselben Elements abhängig (in erster Näherung linear) von der Massendifferenz der Isotope. Dies ist z. B. bei kinematischen Prozessen wie der [[Diffusion]] der Fall. So diffundieren etwa leichtere Isotope schneller durch eine poröse Membran aus einem gegebenen Volumen heraus als schwerere Isotope desselben Elements. In einem [[Dreiisotopendiagramm]] liegen Proben, welche eine gemeinsame Herkunft, aber unterschiedlich starke massenabhängige Isotopenfraktionierung erfahren haben, auf einer [[Fraktionierungslinie]].

Bei der selteneren massenunabhängigen Isotopenfraktionierung kann die Häufigkeit eines oder mehrerer Isotope eines Elements unabhängig von der Masse gegenüber den anderen Isotopen verändert sein. Massenunabhängige Isotopenfraktionierung kommt bei einigen photochemischen Prozessen in der oberen Atmosphäre vor. So haben M. H. Thiemens und I. E. Heidenreich massenunabhängige Isotopenfraktionierung bei der [[Ozon]]bildung demonstriert.<ref>J. E. Heidenreich III, M. H. Thiemens: ''A non-mass-dependent isotope effect in the production of ozone from molecular oxygen.'' Journal of Chemical Physics, Bd. 78, Nr. 2, S. 892–895, 1983, [[doi:10.1063/1.444791]].</ref>

== Anwendungen ==
Technisch bedeutend ist die Isotopenfraktionierung z. B. bei der [[Uran-Anreicherung]]. Die Untersuchung der Isotopenfraktionierung spielt außerdem eine Rolle in der [[Forensik]], so etwa bei der Untersuchung der Herkunft und Reinheit von Nahrungsinhaltsstoffen oder der [[Doping]]-Kontrolle im Sport.<ref>{{Webarchiv |url=http://www.epa.gov/ada/pubs/reports/600r08148/600r08148.pdf |wayback=20100402091533 |text=''A Guide for Assessing Biodegradation and Source Identification of Organic Groundwater Contaminants Using Compound Specific Isotope Analysis (CSIA).''}} Environmental Protection Agency (EPA), Report A/600/R-08/148, Dezember 2008. S. 1.</ref>

Der Nachweis von Isotopenfraktionierung wird darüber hinaus im Umweltbereich in der Analyse der Herkunft (Verursachersuche) und der Abbauvorgänge (''[[Natürliche Attenuation]]'') in [[Stoffreinheit#Verunreinigung (Kontamination)|kontaminiertem]] Grundwasser verwendet.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.ufz.de/index.php?de=37430 |hrsg=[[Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung]] |titel=Isotopenfraktionierung |zugriff=2017-08-19}}</ref> In den Geowissenschaften wird die [[Si-Isotopenfraktionierung]] weiterhin als Werkzeug für die Rekonstruktion biogeochemischer Stoffkreisläufe in der Erdgeschichte eingesetzt. Diese Methode gehört zu den sogenannten „nicht-traditionellen“ stabilen Isotopensystemen (Mg, Ca, Si, Ti, Cr, Fe, Cu, Zn, Mo, Tl).

[[Isotopenuntersuchung]]en wie beispielsweise [[Δ18O]] oder [[Δ13C]] gehören zu den wichtigsten Verfahren der [[Paläoklimatologie]]. Mit ihnen lassen sich z. B. Durchschnittstemperaturen rekonstruieren, aber auch umfangreiche Kohlenstoff-Einträge in die Umwelt nachweisen, die organischen Ursprungs waren.

Auch in der [[Archäologie]] haben sich Verfahren entwickelt, die mit Isotopenuntersuchungen Aussagen über Herkunft (bzw. Migration und Mobilität) mit [[Sauerstoffisotopenanalyse]] und/oder [[Strontiumisotopenanalyse]]<ref>{{Internetquelle |url=https://www.topoi.org/wp-content/uploads/2014/11/188-716-1-SM.pdf |titel=A Multi-Isotopic Approach to the Reconstruction of Prehistoric Mobility and Economic Patterns in the West Eurasian Steppes 3500 to 300 BC |autor=Claudia Gerling |hrsg=Gerd Graßhoff and Michael Meyer, communicated by Wolfram Schier |werk= |datum=2014-08-22 |sprache=en |zugriff=2017-02-11 |format=PDF}}</ref> und Ernährung mit [[Kohlenstoffisotopenanalyse]] ([[C4-Pflanze]]n-basierte oder [[C3-Pflanze]]n-basierte Ernährung, Einfluss von [[Süßgewässer|lakustriner]] oder [[marin]]er Ernährung) und/oder [[Stickstoffisotopenanalyse]] (Verfolgung der Trophiestufe: [[Herbivor|herbi]]-, [[Omnivor|omni]]- und [[carnivore]], sowie marine Ernährungsweise)<ref>{{Literatur |Autor=H. P. Schwarcz, M. J. Schoeninger |Titel=Stable Isotopes of Carbon and Nitrogen as Tracers for Paleo-Diet Reconstruction |Sammelwerk=Handbook of Environmental Isotope Geochemistry |Reihe=Advances in Isotope Geochemistry |Verlag=Springer Berlin Heidelberg |Datum=2012 |ISBN=978-3-642-10636-1 |Seiten=725–742 |DOI=10.1007/978-3-642-10637-8_34}}</ref> treffen.

== Literatur ==
* {{Literatur
|Autor=
|Hrsg=
|Titel=Mikrobiologische NA-Untersuchungsmethoden: fachliche Grundlagen für die Anwendung von Methoden zur Erfassung des natürlichen mikrobiellen Schadstoffabbaus im Aquifer
|Verlag=DECHEMA
|Ort=Frankfurt a. M.
|Datum=2007-03
|Kapitel=Kapitel A7: ''Substratspezifische Isotopenfraktionierung.''
|ISBN=978-3-89746-086-7
|Online={{Webarchiv |url=http://www.natural-attenuation.de/media.php?mId=5623&PHPSESSID=3464bfa7ef0860e088e8a84d84b2901d |wayback=20081217133411 |text=PDF}}}}
* [[Environmental Protection Agency]] (EPA): {{Webarchiv | url=http://www.epa.gov/ada/pubs/reports/600r08148/600r08148.pdf | wayback=20100402091533 | text=''A Guide for Assessing Biodegradation and Source Identification of Organic Groundwater Contaminants Using Compound Specific Isotope Analysis (CSIA).''}}, Report A/600/R-08/148, Dezember 2008 (pdf; 3,7 MB)

== Weblinks ==
* [https://www.isodetect.de/forschung/grundlagen/ Grundlagen zum Umweltmonitoring mit Isotopenanalysen]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Kernphysik]]
[[Kategorie:Kernchemie]]

Isotopenfraktionierung - Versionsgeschichte

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