Mithilfe der Biomineralisation reichern selbst kleine marine Organismen kontrolliert anorganische Bestandteile im Körper an. So akkumulieren Copepoden (Ruderfußkrebse) spezifische Elemente in ihren mandibularen Gnathobasen. Die Gründe für eine solche Anreicherung sind verschieden, resultieren aber immer in einer Optimierung von Materialeigenschaften gezielter Körperregionen. Härte, mechanische Flexibilität, spezifisches Gewicht, Farbe und Haptik sind nur einige Materialeigenschaften, die hierbei eine immense Rolle spielen. Die mandibularen Gnathobasen der verschiedenen Copepoden unterscheiden sich nicht nur hinsichtlich ihrer Morphologie, sondern zudem in der elementaren und chemischen Zusammensetzung des entsprechenden Biomaterials.
Die Taxa der Copepoden bildet eine der artenreichsten aquatischen Lebenswelten überhaupt. Sie spielen innerhalb des marinen Zooplanktons eine entscheidende Rolle, da sie als Primärkonsumenten des Phytoplanktons die Nahrungsgrundlage vieler Meerestiere bilden. Erkenntnisse über die Ernährungsweise der Copepoden innerhalb der pelagischen Nahrungskette können genutzt werden, um deren ökologische Bedeutung für die betreffende Region verstehen zu können.
Um den Stellenwert solcher Biomaterialien besser einordnen zu können, muss eine solche Anreicherung analytisch nachgewiesen werden. Die Vielfalt der möglichen Analysenmethoden ist jedoch aufgrund der mikrometerskaligen Gnathobasen stark limitiert. In einem interdisziplinären Forschungsprojekt wurden mithilfe der Licht- und Rasterelektronenmikro¬skopie (REM), der Elektronenstrahlmikroanalyse mit energiedispersiver Röntgendetektion (ESMA/ EDX), der Protoneninduzierten Röntgenemissionsspektroskopie (PIXE) und der Laserablation-Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (LA-ICP-MS) mandibulare Gnathobasen von acht ausgewählten Copepodenspezies aus dem Südpolarmeer und der Nordsee untersucht und arten-, sowie geschlechterspezifische Anreicherungen von Si, Al und einigen Nebengruppenelementen nachgewiesen.
Zur Kalibrierung der vorgestellten Analysentechniken wurden tablettierte Referenzstandards verwendet. Die Entwicklung einer Herstellungsmethode für solche matrixangepassten, tablettierten Referenzstandards wird vorgestellt. Die Präparation der Proben, sowie die für die Quantifizierung benötigten Standards waren dabei besondere analytische Herausforderungen.
Inhaltsverzeichnis
- Danksagung
- Einleitung
- Copepoden
- Morphologie der Gnathobasen von Copepoden
- Copepoden-Spezies
- Angewandte Analysenverfahren
- Mikroskopie
- Lichtmikroskopie
- Rasterelektronenmikroskopie (REM)
- Elementanalytik
- Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA)
- Elektronenstrahlmikroanalyse (ESMA)
- Partikel-/ Protoneninduzierte Röntgenemissionsanalyse (PIXE)
- Laserablations-Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (LA-ICP-MS)
- Optische Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES)
- Methoden zur Herstellung tablettierter Referenzstandards für die Mikrobereichsanalytik
- Mikroskopie
- Experimenteller Teil und Ergebnisdiskussion
- Präparation der mandibularen Gnathobasen
- Instrumentelle Parameter
- Spezies von Copepoden des Südpolarmeeres
- Calanoides acutus
- Calanus propinquus
- Heterorhabdus sp.
- Metridia gerlachei
- Rhincalanus gigas
- Spezies von Copepoden der Nordsee
- Acartia tonsa
- Centropages sp.
- Temora longicornis
- Herstellung tablettierter Referenzstandards für die Mikrobereichsanalytik
- Evaporation einer Suspension
- Kopräzipitation
- Bestimmung der Gehalte der hergestellten Referenzmaterialien mit der ICP-OES
- LA-ICP-Massenspektrometrie an carbonatischen und copepodischen Proben
- Abschlussdiskussion und Ausblick
- Literaturverzeichnis
- Anhang
- Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen
- Aufnahmen der PIXE
- Aufnahmen und Spektren der EDX (ED-ESMA)
- Tablettierte Referenzstandards
- Chemikalien und Geräte
- Selbstständigkeitserklärung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Mikrobereichsanalyse an Gnathobasen von Copepoden-Spezies aus dem Südpolarmeer und der Nordsee. Ziel der Arbeit ist es, die Elementverteilung und -zusammensetzung in den Gnathobasen und Zähnen dieser Arten mittels verschiedener Analysemethoden zu untersuchen und diese miteinander zu vergleichen. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung und Anwendung einer Methode zur Herstellung tablettierter Referenzstandards, die den eingesetzten Analysemethoden als Kalibrationsstandards dienen.
- Die Bedeutung der Biomineralisation für die Morphologie und Funktion der Gnathobasen von Copepoden.
- Die Anwendung verschiedener Mikrobereichsanalysemethoden, wie REM, EDX, PIXE und LA-ICP-MS, zur Untersuchung der Elementverteilung und -zusammensetzung.
- Die Entwicklung und Anwendung einer Methode zur Herstellung tablettierter Referenzstandards, die die eingesetzten Analysemethoden kalibrieren.
- Der Vergleich der Ergebnisse der verschiedenen Analysemethoden und die Interpretation der Ergebnisse im Kontext der Ernährungsweise der Copepoden.
Zusammenfassung der Kapitel
Die Diplomarbeit ist in sieben Kapitel unterteilt. Kapitel 1 führt in das Thema der Biomineralisation und die Bedeutung von Copepoden im marinen Ökosystem ein. Kapitel 2 erläutert die Morphologie der Gnathobasen von Copepoden und stellt die in der Arbeit untersuchten Spezies vor. Kapitel 3 beschreibt die angewandten Analysenverfahren, wie Mikroskopie und Elementanalytik. Kapitel 4 präsentiert die experimentellen Arbeiten und Ergebnisse. Kapitel 5 diskutiert die Ergebnisse und gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsrichtungen. Kapitel 6 enthält das Literaturverzeichnis und Kapitel 7 den Anhang mit den detaillierten Messdaten.
Schlüsselwörter
Copepoden, Biomineralisation, Mikrobereichsanalytik, Rasterelektronenmikroskopie, energiedispersive Röntgenfluoreszenzanalyse, Protonen-/Partikelinduzierte Röntgenemissionsspektroskopie, Laserablations-Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma, Optische Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma, tablettierte Referenzstandards, Chitin, Silizium, Aluminium, Kupfer, Chlor, Brom, Iod, Ernährungsweise.
- Citation du texte
- Dipl.-Chem. Gregor Christoph Schwartze (Auteur), 2010, Mikrobereichsanalytik an marinen Biomineralisationsprodukten, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/168314
