Richtlijn herstel en beheer (water)bodemkwaliteit

Stabiele-isotopen analyse

TECHNIEKSHEET

Onderzoekstechniek: Stabiele-isotopen analyse

Versie: November 2016

[Naar zoekapplicatie]

 

Samenvattende omschrijving techniek (gebaseerd op praktijkervaring van onafhankelijk techniekexpert)

Bepaalde verontreinigingen breken af in de bodem. Bij deze (microbiologische) afbraak worden verbindingen die lichtere isotopen bevatten eerder en sneller afgebroken dan verbindingen met zwaardere isotopen. Iedere specifieke component in de verontreiniging heeft een bepaalde verhouding tussen deze isotopen (isotopenratio). Deze verhouding is te meten. Uit veranderingen in deze verhouding is af te leiden of, en in welke mate, afbraak heeft plaatsgevonden (isotopenfractionering). Als in een verontreiniging relatief veel zware isotopen aanwezig zijn ten opzichte van het uitgangsmateriaal, is dat een indicatie dat veel afbraak is opgetreden.

Deze methode is geschikt voor nagenoeg alle componenten in de bodem die met een gaschromatograaf gedetecteerd kunnen worden (bijv. chloorhoudende oplosmiddelen, benzeen en MtBE).

 

 

Algemene informatie (gebaseerd op informatie van techniekaanbieder)

Naam

Stabiele-isotopen analyse.

Meeteenheid en parameter

Verhouding 13C/12C (koolstof) of 1H/2H (waterstof).

Bodemfase

Grond

Grondwater

Poriënwater

Puur product

Bodemlucht

Aard techniek

Fysisch

Geofysisch

Chemisch

Biologisch

I.c.m. Sondering

Probe/ Sensor

Overig

Plaats van toepassing

In situ

On site

Aan maaiveld

Boven maaiveld/in de lucht

Off site

Detectiewijze

Boren / steken

Verdringing / sonderen

Tomografie

Off site meting

Meting op maaiveld / waterbodem

Meting aan oppervlakte open water

Toepasbaar in afzonderlijke lagen

nee

ja

Minimale dikte laag: n.v.t.

Bodemtypen waarvoor techniek geschikt is

1
homogeen goed doorlatend zandpakket

2
één zandpakket, met slecht doorlatende laagjes

3
slecht doorlatende deklaag, doorsnede met zandlaagjes

4
slecht doorlatende laag op een goed doorlatend zandpakket

5
antropogeen

Landbodem/waterbodem

Landbodem

Waterbodem

Stap in keten van dataverzamelen

a- Aanloop

b- Boren / penetreren / instr.plaatsing

c- Monstername

d- Meten

e- Dataverzamelen en evalueren

f- Bodem informatie

Moment van beschikbaarheid resultaten

In het veld zijn meetresultaten beschikbaar

Nabewerking / interpretatie off site nodig

Ontwikkelingsfase techniek

Demonstratiefase

Verbredingsfase

Routinematig toegepast

Wijze van inkopen

Als dienst

Als product

Als apparaat

Algemene omschrijving uitvoeringswijze

Door de verschuiving in de isotopenratio te registreren valt af te leiden of, en in welke mate, afbraak heeft plaatsgevonden. Bij componenten waar geen isotopenfractionering optreedt kan dit gebruikt worden om de verontreiniging te correleren aan specifieke bronnen (bronherkenning).

De werkwijze is in feite een chemische analyse op een water of luchtmonster, uitgevoerd met een gaschromatograaf, met massaspectometrie, aan gekoppeld.

Werkingsprincipe

Alle koolstof bestaat van nature uit twee koolstofisotopen. Bij afbraakprocessen van o.a. chloorhoudende oplosmiddelen worden moleculen die een 13C atoom bevatten langzamer omgezet dan die alleen uit 12C bestaan. Dit proces wordt isotopenfractionering genoemd en geldt ook voor andere atomen als waterstof (1H/2H) en chloor (35Cl/37Cl). Ook chemische reductie van chloorhoudende oplosmiddelen en anaërobe oxidatie van Cis en vinylchloride werken fractionerend. Omdat andere, niet destructieve processen, zoals verdunning, verdamping en binding aan de bodem geen fractionerend effect hebben, vormt isotopenfractionering doorslaggevend bewijs voor het optreden van afbraak.

Punt / lijnmeting / volumemeting

Puntmeting

Lijnmeting (verticaal)

Lijnmeting (horizontaal)

Oppervlaktemeting

Volumemeting

Technische specificaties

(w.o. nauwkeurigheid)

De stabiele-isotopen analyse is nauwkeurig. De interpretatie van de gegevens bepaalt de mate van nauwkeurigheid en feilbaarheid van deze methode.

Typisch dieptebereik

n.v.t.

Gevoeligheid onafhankelijk van de diepte

Gevoeligheid verandert met de diepte

Tijdeigenschappen

De analyse geeft een momentopname van de situatie maar kan keer op keer worden herhaald. Hierbij wordt de verandering van de isotopenverhouding in de tijd aangetoond (monitoring). Dit geeft inzicht in de tijdsontwikkeling in de mate waarop afbraak optreedt.

Meetsnelheid

Het uitvoeren van een isotopenanalyse kost enkele dagen tot enkele weken.

Presentatie resultaten

Per geanalyseerd monster wordt de concentratie en isotopensamenstelling per stof in de afbraakketen gegeven.

Kosten

Afhankelijk van het type verontreiniging en de gevraagde analyse (koolstof en/of waterstof) kan een analyse vanaf ongeveer € 250 worden uitgevoerd. De kosten voor monstername, interpretatie en rapportage zijn hier niet bij inbegrepen.

Trends en ontwikkelingen

Afhankelijk van het soort verontreiniging is het reeds een routinematige techniek of is de toepassing van de techniek in ontwikkeling.

Illustratie

[Figuur]

 

Gebruikersinformatie (gebaseerd op praktijkervaring van onafhankelijk techniekexpert)

Beschikbaarheid

alleen in buitenland beschikbaar

techniek in ontwikkeling

één of enkele aanbieders in NL

groot aantal aanbieders

Wordt techniek vaak toegepast?

Incidenteel

Af en toe

Zeer geregeld

Onderzoeksfase waarin techniek toepasbaar is

(Verkennen)

Uitkarteren

Variantkeuze

Ontwerp

(Realisatie)

Controle

Monitoring

Nazorg

Verificatiemetingen / ijkmetingen

worden veelal toegepast

worden veelal niet toegepast

n.v.t. of afhankelijk van onderzoeksdoel

Veel gebruikte toepassing in praktijk

Doorslaggevend bewijs leveren of afbraak (en niet alleen niet-destructieve processen als verdunning) de oorzaak is van trends in verontreinigingsconcentraties en redoxcondities.

Geschiktheid

Deze methode is in principe geschikt voor vele stoffen, maar wordt met name toegepast bij (semi) vluchtige verontreinigingen zoals chloorhoudende oplosmiddelen, BTEXN en MtBE.

Praktijkervaringen in Nederland

Naast koolstofisotopen worden ook waterstof- en chloorisotopen geanalyseerd om aan te tonen welk afbraakproces heeft plaatsgevonden.

“Do's“

Gecombineerde isotopen analyses uitvoeren.

“Don'ts“

-

Ook geschikt voor

Forensisch onderzoek.

 

Achtergrondinformatie / Links

Bodemstandaard

-

Literatuur

externe linkSKB Cahier VOCl Vluchtige chloorkoolwaterstoffen (VOCl) in bodem

Isotopenanalyse onthult veroorzaker verontreiniging, Land & Water nr 7/8, juli/augusuits 2015.

A Guide for Assessing Biodegradation and Source Identification of Organic Ground Water Contaminants using Compound Specific Isotope Analysis (CSIA) US EPA report 600/R-08/148 December 2008.

Hyperlinks (internet)

externe linkSKBodem(1)

externe linkSKBodem(2)

externe linkSKBodem(3)