Maximale chemische Vielfalt der Natur erstmals im Labor bestätigt

04.11.2008 - Deutschland

Wissenschaftlern des Helmholtz Zentrums München ist es gelungen, die maximal mögliche Anzahl chemischer Zusammensetzungen aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff in natürlicher organischer Materie nachzuweisen. Die Erkenntnisse eröffnen völlig neue Einblicke in die bislang weitgehend unverstandene Rolle dieser weit verbreiteten Materie im globalen Kohlenstoffkreislauf und damit für das Weltklima.

In der Natur kommen sie in enormer Vielfalt vor - Zehntausende verschiedener chemischer Zusammensetzungen aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff. Ihre maximal denkbare Anzahl lässt sich mathematisch errechnen. "Ob diese rein rechnerische Zahl in der Natur allerdings überhaupt vorkommt ", erläutert Dr. Norbert Hertkorn vom Institut für Ökologische Chemie am Helmholtz Zentrum München, "wusste bisher niemand, da die Analytik solchen Dimensionen nicht gewachsen war."

Mit einem neuen ultrahochauflösenden Massenspektrometer ist es Helmholtz-Wissenschaftlern zusammen mit Kollegen vom Alfred-Wegener-Institut und dem Georgia Institute of Technology nun gelungen, die bislang theoretische Maximalzahl an chemischen Zusammensetzungen in natürlicher organischer Materie (NOM) nachzuweisen. Als Untersuchungsmaterial hatten die Wissenschaftler eine NOM-Fraktion gewählt, die in Fachkreisen als Standard-Referenzverbindung verbreitet und anerkannt ist, die SuwFA, eine Fulvinsäure-Fraktion aus dem Suwannee River im amerikanischen Georgia.

"Unser FTICR-Massenspektrometer konnte in der Probe tatsächlich alle theoretisch denkbaren C-H-O-Kombinationen auflösen", sagt Hertkorn. "Somit haben wir den Nachweis erbracht, dass die Natur in NOM tatsächlich alle mathematisch möglichen chemischen Zusammensetzungen auch realisiert hat".

Über Verhalten und Bedeutung von NOM in der Umwelt wusste man bislang nur wenig - dabei kommt es in erheblichen Mengen in nahezu allen Bereichen der Umwelt vor - in Böden, Sediment, Süß- und Salzwasser ebenso wie in der Luft. Es entsteht aus der Zersetzung organischer Substanz und bildet damit das Bindeglied zwischen belebter und unbelebter Umwelt.

Das am Helmholtz Zentrum München neu angewandte hochauflösende Analyseverfahren ermöglicht nun erheblich verbesserte Einblicke in die Strukturchemie dieses ubiquitären natürlichen Materials. Die Erkenntnisse bilden eine wichtige Grundlage, um die in der Vergangenheit schwer einzuschätzende Bedeutung von NOM für den globalen Kohlenstoffkreislauf und seine Rolle im Klimasystem neu einordnen zu können.

Originalveröffentlichung: Hertkorn, N. et al.; "Natural Organic Matter and the Event Horizon of Mass Spectrometry"; Analytical Chemistry online

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