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Bernsteinanalytik

Echtheit und Ursprung von Bernstein bestimmen

| Autor / Redakteur: GUIDO DEUßING* / Dr. Ilka Ottleben

Abb. 1: Bernstein – auch Amber oder Succinit genannt – war ursprünglich ein Baumharz.
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Abb. 1: Bernstein – auch Amber oder Succinit genannt – war ursprünglich ein Baumharz. (Bild: Fotolia_29043989_© marcel - Fotolia.com)

Bernstein erfreut sich als Schmuck-, Kunst- und Heilstein größter Beliebtheit. Um seine Herkunft und Echtheit zu überprüfen, braucht es die instrumentelle Analytik. Die Gaschromatographie gekoppelt an die Thermodesorption und Pyrolyse erweist sich als attraktive Ergänzung zu gängigen optischen Verfahren.

Oluwadayo O. Sonibare und Thorsten Hoffmann vom Institut für anorganische und analytische Chemie sowie Stephen F. Foley von der Abteilung für Geowissenschaften und Erdsystemforschung der Johannes-Gutenberg-Universität in Mainz sind auf der Suche nach einer Lösung, wie sich die Herkunft und die Echtheit von Bernstein exakt bestimmen lässt. Die Empfehlungen des Deutschen Bernsteinmuseums, durch Dichtevergleich im Salzbad, infrage kommende Materialien zu unterscheiden [1], mögen in diesem Zusammenhang für den Hausgebrauch taugen, nicht aber für eine wissenschaftlich fundierte Untersuchung. Darum aber geht es den Forschern. Ihr Ziel ist es, die „molekulare Zusammensetzung und chemotaxonomische Aspekte von Eozän-Bernstein aus der Ameki Formation in Nigeria“ aufzuklären [2]. Unterstützt werden sie dabei von Dr. Eike Kleine-Benne, F&E-Projektleiter bei der Firma Gerstel aus Mülheim an der Ruhr.

Allen Bernsteinen gleich ist die Tatsache, dass es sich bei ihnen um dasselbe organische Material handelt, das einstmals als Harz aus einem Spenderbaum ausgeblutet und ausgehärtet ist. Chemisch betrachtet, ist Bernstein ein uneinheitliches Stoffgemisch, das sich als Polyester bezeichnen und zu der Gruppe der Terpene zählen lässt.

Der Begriff Bernstein geht zurück auf die niederdeutsche Bezeichnung „bernen“, was so viel wie „brennen“ bedeutet. In der Tat ist Bernstein entzündlich und verbrennt mit stark aromatischem Geruch. Bernstein löst sich nur begrenzt in Alkohol, Ether, Chloroform oder Terpentinöl. In gemahlener Form lädt es sich negativ auf und schmilzt bei 375 °C. Aufgrund der chemischen und physikalischen Eigenschaften erweist es sich als zielführend, Bernstein zunächst einer Pyrolyse mit anschließender Gaschromatographie der Pyrolysefragmente und deren massenselektiver Detektion zu unterziehen, um Erkenntnisse über seine Zusammensetzung und damit seine Art und Herkunft zu erhalten.

Chemisch-analytische Details

Die Fossilisation von Pflanzenharz, wie es bei Bernstein der Fall ist, sei laut Dr. Oluwadayo O. Sonibare ein komplexer Reifungsprozess, der den Verlust flüchtiger Bestandteile sowie die Polymerisation und Vernetzung von Terpenoiden beinhaltet und sich über die Dauer von bis zu 100 Mio. Jahren hinziehe.

Bei Bernstein handle es sich um eine komplexe Mischung verschiedener Terpenoide (Mono-, Sesqui-, Di- und Triterpenoiden), Naturstoffen, die sich strukturell vom von Pflanzen emittierten Isopren ableiten. Im Unterschied zu Terpenen enthalten Terpenoide funktionelle Gruppen. Das Wissen um die chemische Zusammensetzung eines Bernsteins sei nützlich, erklärt der Wissenschaftler, um einen natürlichen, sprich: echten Bernstein von Imitaten zu unterscheiden und auch seine Herkunft bestimmen oder weiterführende Studien betreiben zu können.

Wichtige Analysemethoden für die Charakterisierung von Bernstein bilden die Infrarotspektroskopie (IR), die Ramanspektroskopie sowie die Gaschromatographie mit massenselektiver Detektion (GC/MS) von Bernsteinextrakten bzw. die Pyrolyse des Bernsteins selber mit anschließender GC/MS-Bestimmung. Die Infrarotspektroskopie (IR) werde eingesetzt, berichtet Dr. Eike Kleine-Benne, etwa um Ostseebernstein von anderen Bernsteinfunden zu unterscheiden. Wesentliches Unterscheidungsmerkmal bilde hierbei die so genannte Baltische Schulter bei 1250 bis 1175 cm-1; sie werde mit Bernsteinsäure assoziiert, die in Ostseebernstein auftritt, berichtet Dr. Kleine-Benne.

Die IR-Methode stoße im Hinblick auf die Unterscheidung nach Art und Herkunft rasch an ihre Grenzen, da die meisten Bernsteinarten ähnliche Muster aufzeigten, was die Identifikation von Individualmerkmalen erschwere. Ramanspektren wiederum seien nützlich für die Erfassung von Unterschieden im Reifeprozess von Bernstein, nicht aber, um dessen geographische Herkunft zu bestimmen. Die GC/MS wiederum ermögliche nur eine molekular-strukturelle Aufklärung löslicher Bestandteile, die allerdings kaum mehr als 20% des gesamten Harzes ausmachten.

Anders die Pyrolyse-GC/MS, die, wie Dr. Kleine-Benne erklärt, dem Nutzer die Möglichkeit biete, die polymeren Bestandteile, sprich: die nichtlöslichen und nichtflüchtigen Makromoleküle des Bernsteins in individuelle Komponenten aufzuspalten, aufzutrennen und gezielt ihrer Molekularstruktur nach eindeutig im Massenspektrum zu identifizieren.

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