- Contaminación medioambiental. Medición de las relaciones isotópicas de un elemento como trazadores accesorios para caracterizar las fuentes de contaminación.
- Seguridad nuclear. La relación isotópica del Uranio (238, 235 y 234) y del Plutonio (239 y 240) para trazar las emisiones ambientales de las centrales nucleares. Las relaciones isotópicas de plomo radiogénico (208, 207, 206) y de estroncio (87) se pueden utilizar para reconstruir el origen de metales y sustancias orgánicas, proporcionando información sobre redes comerciales y rutas migratorias de la antigüedad.
- Trazabilidad alimentaria. El estroncio radiogénico también se puede utilizar para caracterizar el origen de alimentos animales y vegetales.
Los isótopos de un elemento químico tienen propiedades químicas comunes, pero, al diferenciarse en cuanto a la masa, están sujetos a variaciones pequeñas y mensurables de las relaciones naturales observadas.
La composición isotópica de los elementos se mide determinando las relaciones isotópicas mediante técnicas de espectrometría de masas:
Para los isótopos de los elementos ligeros (H, C, N, O y S) se utilizan espectrómetros de masas de fuente gaseosa IRMS (Isotopic Ratio Mass Spectrometry).
Para el análisis isotópico de metales y metaloides, se utiliza espectrometría de masas con una fuente de plasma (MC-HR-ICP-IRMS, Multi Collector-High Resolution – Inductively Coupled Plasma – IRMS).
Para los radionúclidos de vida media, incluido el carbono-14, y de vida larga como el 236U, 239Pu y 240Pu, se emplea espectrometría de masas con acelerador (AMS).
IRMS
Un espectrómetro de masas de fuente gaseosa permite medir las relaciones isotópicas como 12C/13C, 14N/15N, 18O/16O, 34S/32S 2H/1H a partir de muestras gaseosas de:
- CO2 (12C/13C and 18O/16O),
- N2 (14N/15N) ,
- CO (12C/13C and 18O/16O),
- O2 (18O/16O),
- SO2 (34S/32S and 18O/16O) e
- H2 (2H/1H).
Gracias al uso de periféricos on-line (o preparaciones off-line), también se permiten mediciones en matrices distintas a las gaseosas como, por ejemplo:
- El análisis de las relaciones isotópicas de C, N y S en muestras sólidas y líquidas, previa combustión realizada on-line con un analizador elemental (EA-IRMS);
- El análisis de las relaciones isotópicas de O, N y H en muestras sólidas y líquidas, previa pirólisis realizada on-line con un analizador elemental de conversión a alta temperatura (TC/EA-IRMS).
- El análisis de las relaciones isotópicas de O y H del agua y C y O del carbono inorgánico disuelto (DOC) o en el aire.
Las aplicaciones de esta técnica abarcan sectores como:
- Hidrología
- Contaminación medioambiental
- Trazabilidad alimentaria
- Ciencia de los materiales
MC-HR-ICP-IRMS
La aparición de la espectrometría MC-HR-ICP-IRMS de alta resolución (HR implica M / ΔM≅400) ha ampliado considerablemente los ámbitos de aplicación del análisis de las relaciones isotópicas de los metales y los metaloides en comparación con la técnica TIMS (Thermal Ionization Mass Spectrometry) más comúnmente utilizada.
La geometría Nier Johnson, combinada con la tecnología multicolector, permite una mayor variedad de relaciones isotópicas que se pueden medir con gran precisión.
La fuente ICP permite extraer fácilmente iones positivos con eficiencias sensibles (≥ 40%) para elementos con energías de ionización de hasta 10 eV.
Esta gran ventaja ha convertido a MC-HR-ICP-IRMS en la herramienta más elegida para el análisis de isótopos en cosmoquímica. En los últimos 20 años se ha utilizado esta metodología junto con la técnica TIMS para el análisis isotópico de elementos como Nd y Pb y ha reemplazado completamente a dicha técnica para otros elementos como el Hf. Además, ha incorporado la posibilidad de realizar mediciones rutinarias de relaciones isotópicas de elementos como Fe y Mg.
