Stabilizotóp laboratórium

Kutatók:

Demény Attila (az MTA doktora, igazgató)

Fórizs István (Ph.D.)

Barna Gabriella

Kele Sándor

Siklósy Zoltán

Technikusok:

Kovácsné V. Katalin

Szász Noémi

A stabilizotóp laboratórium 1990-ben alakult meg az akkori igazgató, Pantó György akadémikus által elnyert OTKA műszerpályázati támogatás révén. A kiépítésben és a működtetésben két kutató vett részt, Demény Attila (geológus, izotópgeokémia) és Fórizs István (fizikus, izotóphidrológia). A laboratórium alapját 2005-ig egy Finnigan MAT delta S típusú stabilizotóparány-mérő tömegspektrométer alkotta. A tömegspektrométer két kollektor-rendszerrel rendelkezik, az egyik a ¹³C/¹²C, ¹⁸O/¹⁶O, ¹⁵N/¹⁴N és ³⁴S/³²S arányok CO₂, N₂ és SO₂ gázokban, a másik a D/H arány H₂ gázban történő meghatározását biztosítja. 2005-ben egy GVOP projekt (GVOP-3.2.1- 2004 - 04 - 0235/3.0) keretében történt meg egy Finnigan delta plus XP vivőgázas tömegspektrométer beszerzése és üzembe helyezése. A vivőgázas tömegspektrométerrel szintén a H, C, O, N és S elemek izotóparányait lehet meghatározni, de a korábbi, dual-inlet rendszerrel szemben sokkal kisebb, mikromólt elérő anyagmennyiségből.

A stabilizotóparányokat a következő típusú anyagokban tudjuk meghatározni:

Víz. Vízminták oxigénizotóp-elemzését egy "on-line" (tömegspektrométerhez csatolt) automata CO₂-H₂O egyensúlyi rendszer segítségével végezzük, mindkét tömegspektrométer esetében (Roether 1970). A hidrogénizotópos elemzéseket a dual-inlet rendszerű berendezés esetében a Vennemann és O'Neil (1993) által leírt Zn-H₂O-redukciós módszerrel végezzük. A cink és a fejlődő H₂ gáz között a reakció utáni lehűlés során nagymérvű frakcionáció jön létre (Demény, 1995). Ez a frakcionáció korrigálható, feltéve, hogy a Zn és a H₂O relatív mennyiségét ismerjük. A. Schimmelmann (Indiana University, Bloomington) szíves szóbeli közlése alapján ezt a hatást egy újabb cink ötvözet esetében sikerült kiküszöbölni.

A delta plus XP tömegspektrométerrel a H₂-H₂O izotópcsere felhasználásával határozzuk meg a vizek D/H arányát.

Karbonátok. A karbonátok (kalcit,dolomit, ankerit, sziderit, magnezit) elemzése vízmentes foszforsavval való reagáltatással és a CO₂ gáz elemzésével történik. A "hagyományos" dual-inlet rendszerű tömegspektrométerrel történő elemzéskor a berendezéstől elkülönített ("off-line") vákuumrendszert használunk a feltáráshoz, a vivőgázas, delta plus XP tömegspektrométer esetén a berendezéshez csatolt ("on-line") automatikus feltáró készülékkel végezzük a vizsgálatokat. A mintaigény 1-100 mikromól karbonát.

Szerves anyag. A szerves anyagot CuO-val oxidáljuk kb. 500 °C hőmérsékleten. A mintát a CuO-val összekeverve pyrex üvegcsőbe helyezzük, vákuumra szívatjuk, majd lánggal lezárva reagáltatjuk. A keletkező H₂O-t és CO₂-t vákuumdesztillálással választjuk szét, majd a CO₂-ben, illetve a H₂O-ból fejlesztett H₂ gázban határozzuk meg a δ¹³C és δD értékeket.

Fluidumzárványok. A zárványfluidumokat hődekrepitációval, illetve - H tartalmú szennyező jelenlétében - vákuumban történő töréssel szabadítjuk fel és a fentiek szerint elemezzük.

Levegő CO₂-tartalma. A levegő CO₂-tartalmát általában cseppfolyós nitrogén hőmérsékletén történő kifagyasztással elemzik, azonban ekkor a CO₂-vel egyező molekulatömegű N₂O is kifagy, ami látszólagos izotópösszetételt eredményez a tömegspektrométeres mérés során. Ezt az eltérést hagyományosan korrekcióval szokás kiküszöbölni. Egy másik módszer szerint a CO₂-t és az N₂O-t gázkromatográf segítségével választjuk szét. Miután egy AKP projekt keretében szennyezett - és így változó mennyiségű, eredetű és izotópösszetételű N₂O-t tartalmazó - városi levegő elemzését végeztük, a laboratóriumban a gázkromatográfos elválasztás lehetőségét teremtettük meg.

Kutatási területek (bővebben a kutatói honlapokon)

Izotópgeológia (Demény Attila)

- a felső köpeny izotópgeokémiája (Kanári-szigetek, Pannon-medence,

karbonatitok)

- kihalási események izotópgeokémiája (dr. Pálfy Józseffel közös projekt)

Izotóphidrológia (Fórizs István)

- vízbázisvédelem

- a Duna idősoros elemzése

- barlangi vizek és hévizek

Levegő széndioxid-tartalma (Demény Attila). 1998-1999: AKP projekt, 2000-2003: az Országos Meteorológiai Szolgálattal (dr. Haszpra László) és a Groningeni Egyetemmel közös NWO-OTKA projekt.

Cseppkövek (Siklósy Zoltán), édesvízi mészkövek (Kele Sándor), mollusca héjak (Barna Gabriella) izotópgeokémiája.

Stabilizotóp-geokémia módszereket a talaj-geokémiai vizsgálatokban is hasznosítunk (Bajnóczi Bernadett).

A fentieket részben összefogó kiemelt kutatási irányvonal a paleoklimatológiai vizsgálatok területe, amelynek a Geokémiai Kutatóintézeten belüli koordinálására alakult meg a GEOKÉMIA & PALEOKLÍMA Kutatócsoport.