Ortsaufgelöste Analyse von Uranspezies mittels einem gekoppelten System aus CLSM und LIFS

Die fluoreszierenden Eigenschaften des Urans bei Anregung mit UV-Licht werden zunehmend für spektroskopische Analysen von Uranspezies innerhalb wässriger Proben eingesetzt. Dabei spielen neben den Fluoreszenzeigenschaften der sechswertigen Oxidationsstufe auch zunehmend die der vier- und fünfwertigen Oxidationsstufe eine wichtige Rolle. Bei Fluoreszenzmessungen von Uranverbindungen sind die Emissionsbandenlagen sowie die Fluoreszenzlebenszeit (die Abklingzeit der Fluoreszenzlichtemission nach der Anregung) wichtige Parameter. Durch Abgleich der ermittelten Peaklagen und Lebenszeiten mit denen von Referenzverbindungen lassen sich somit Aussagen zur vorhandenen Uranspezies treffen. Die Detektion von Fluoreszenzemissionsspektren an festen bzw. biologischen Proben mittels (zeitaufgelöster) laserinduzierter Fluoreszenzspektroskopie (TRLFS bzw. LIFS) hat jedoch den Nachteil, dass keine Aussagen zur räumlichen Lokalisation des Urans möglich sind. Gerade in komplexen, biologischen Proben, wie Biofilmverbänden oder mikrobiellen Zellen, sind jedoch Aussagen zum Ort der Urananreicherung in der Probe erwünscht um z. B. zwischen intra- und extrazellulären Urananbindungen unterscheiden zu können.
Die Fluoreszenzeigenschaften der Uran(VI)verbindungen und –minerale können auch zu deren Lokalisation innerhalb von komplexen Proben genutzt werden. So stellt die Anwendung fluoreszenzmikroskopischer Messmethoden eine Möglichkeit dar, Uranpräzipitate und Anreicherungen z. B. in biologischen Proben wie Biofilmen oder Zellen zu lokalisieren und zu visualisieren. Die konfokale Laser-scanning Mikroskopie (CLSM) eignet sich hierbei besonders, da diese Methode eine dreidimensionale Darstellung fluoreszierender Bereiche in komplexen Probenstrukturen ermöglicht. Durch Anwendung geeigneter Fluoreszenzfarbstoffe kann auch die sonstige Probenstruktur abseits der fluoreszierenden Schwermetalle abgebildet werden, wodurch eine räumliche Einordnung innerhalb der Probengeometrie ermöglicht wird [1].
Eine Kopplung der konfokalen Laser-scanning Mikroskopie (CLSM) mit der laserinduzierten Fluoreszenzspektroskopie (LIFS) ermöglicht es Fluoreszenzsignale räumlich, dreidimensional zu lokalisieren und zu visualisieren sowie gleichzeitig entsprechende ortsaufgelöste, fluoreszenz-spektroskopische Daten zu detektieren [2]. Verschiedene erfolgreiche Anwendungen an biologischen Proben aber auch an Mineraloberflächen zeigen, dass es sich bei dieser kombinierten Methode aus Mikroskopie und Spektroskopie um eine zukunftsweisende Technik zur zerstörungsfreien Detektion von fluoreszierenden Schwermetallen und besonders der Uran(VI)spezies handelt. Diese Methode ist besonders vielversprechend hinsichtlich der Detektion von Uran(VI)akkumulationen innerhalb von komplexen Probensystemen deren Struktur und Aufbau durch die Analyse der Uranspezies nicht zerstört werden soll. Dabei zeichnet sich diese Technik durch relativ niedrige Nachweisgrenzen von bis zu 1∙10-6 M für Uran(VI)verbindungen innerhalb des konfokalen Volumens aus.