Die Methode
Radiokohlenstoff (¹⁴C) ist ein radioaktives Isotop des Kohlenstoffs und befindet sich in allen organischen Materialien. Es wird in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen, wie der Archäologie, zur Datierung und auch zur Bestimmung von biogenen Inhaltsstoffen verwendet. Moderne Geräte können Radiokohlenstoff in Probenmaterial nachweisen, das bis zu 50.000 Jahre alt ist bzw. nur noch geringste Mengen ¹⁴C beinhalten. Stoffe, die rein petrochemischen Ursprungs sind, enthalten kein ¹⁴C mehr. Dieser ist aufgrund des hohen Alters des Erdöls oder Erdgases bereits vollständig zerfallen. Vollständig biobasierte Stoffe, wie z.B. Bioethanol, enthalten hingegen den aktuellen Radiokohlenstoffgehalt und lassen sich damit hervorragend von fossilem bzw. petrochemischem Kohlenstoff unterscheiden. Bei Stoffgemischen wird der ¹⁴C-haltige Kohlenstoff des biobasierten Anteils mit dem ¹⁴C-freien petrochemischen Anteil verdünnt und erlaubt damit eine Identifizierung des Mischungsverhältnisses.
Die Analyse
Die Bestimmung des Radiokohlenstoffgehalts erfolgt durch Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS). Die Vorteile der AMS gegenüber Techniken, die den radioaktiven Zerfall detektieren, anstatt die tatsächliche Menge an Radiokohlenstoff in der Probe selbst zu bestimmen, liegen in der sehr geringen Menge des benötigten Probenmaterials und den kurzen Messzeiten von wenigen Minuten. 1 mg Kohlenstoff (bzw ein Bruchteil eines Milliliters) ist für eine Standardanalyse mit einer sehr hohen Genauigkeit von bis zu 0,2 % ausreichend.
Es ist keine zusätzliche Probenreinigung oder -vorbereitung erforderlich. Das Material wird in einem Elementaranalysator verbrannt, die Verbrennungsgase voneinander getrennt und das dabei entstehende CO2 in einer speziellen Graphitierungseinheit in reinen Kohlenstoff (Graphit) umgewandelt. Der Graphit wird dann mittels AMS analysiert. Die direkte Analyse des Verbrennungsgases CO2 ist ebenfalls möglich.
Die Proben
Die geringe Menge an Probenmaterial – einer der Vorteile von AMS – könnte gewisse Herausforderungen mit sich bringen. Jedes Probenahmeverfahren muss in der Lage sein, eine repräsentative Probe aus dem beprobten Material zu ziehen. Große Proben können daher oft das gesamte Material besser repräsentieren als sehr kleine Probenmengen. Da bei der AMS-Analyse nur sehr kleine Materialmengen verwendet werden, liegt hier besonderes Augenmerk auf der Bereitstellung entsprechender Proben. Es ist äußerst wichtig, dass Stoffgemische bei der Probenahme homogenisiert werden. Falls möglich, sollte dem Labor mitgeteilt werden, ob Teilproben der eingereichten Probe zulässig sind und welche minimale Größe diese haben sollten, um weiterhin repräsentativ zu sein.
Eine kompakte Zusammenfassung zur ¹⁴C-Analyse im Bereich der biobasierenden Materialtests finden Sie in unserer Minibroschüre „Science for Industry“ (PDF).