- Inquinamento ambientale. Misura dei rapporti isotopici di un elemento come traccianti accessori per caratterizzare le fonti di inquinamento.
- Salvaguardia nucleare. Il rapporto isotopico dell’Uranio (238, 235 e 234) e del Plutonio (239 e 240) per tracciare rilasci ambientali dalle centrali nucleari. I rapporti isotopici di piombo radiogenico (208, 207, 206) e di stronzio (87) possono essere utilizzati per ricostruire l’origine di metalli e sostanze organiche, fornendo informazioni su reti commerciali e percorsi migratori dei periodi antichi
- Tracciabilità alimentare. Lo stronzio radiogenico può essere utilizzato anche per la caratterizzazione della provenienza di alimenti animali e vegetali
Gli isotopi di un elemento chimico presentano proprietà chimiche comuni, ma, differendo in massa, sono soggetti a piccole e misurabili variazioni dei rapporti naturali osservati.
La composizione isotopica degli elementi si misura tramite la determinazione dei rapporti isotopici con tecniche di spettrometria di massa:
Per gli isotopi degli elementi leggeri (H, C, N, O e S) sono usati spettrometri di massa a sorgente gassosa IRMS (Isotopic Ratio Mass Spectrometry).
Per l’analisi isotopica di metalli e metalloidi, si impiega la spettrometria di massa con sorgente al plasma (MC-HR-ICP-IRMS, Multi Collector-High Resolution – Inductively Coupled Plasma – IRMS).
Per i radionuclidi a vita media, tra cui 14C, e lunga (es 236U, 239Pu, 240Pu) si impiega la spettrometria di massa con acceleratore (AMS).
IRMS
Uno spettrometro di massa a sorgente gassosa permette la misura dei rapporti isotopici come 12C/13C, 14N/15N, 18O/16O, 34S/32S 2H/1H
a partire da campioni gassosi di:
- 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).
Grazie all’utilizzo di periferiche on-line (o preparazioni off-line) sono consentite misure anche su matrici diverse da quelle gassose, come ad esempio:
- L’analisi dei rapporti isotopici di C, N e S su campioni solidi e liquidi, previa combustione effettuata on-line con un analizzatore elementale (EA-IRMS);
- L’analisi dei rapporti isotopici di O, N e H su campioni solidi e liquidi, previa pirolisi effettuata on-line con un analizzatore elementare di conversione ad alta temperatura (TC/EA-IRMS).
- L’analisi dei rapporti isotopici di O e H dell’acqua e C and O del carbonio inorganico disciolto (DIC) o nell’aria.
Le applicazioni di questa tecnica coprono campi come:
- Idrologia
- Inquinamento ambientale
- Tracciabilità alimentare
- Scienza dei materiali
MC-HR-ICP-IRMS
L’avvento della spettrometria MC-HR-ICP-IRMS ad alta risoluzione (HR implica M / ΔM≅400) ha ampliato notevolmente i campi di applicazione dell’analisi di rapporti isotopici di metalli e metalloidi rispetto alla tecnica TIMS (thermal ionization mass spectrometry) più comunemente usata.
La geometria Nier Johnson, abbinata alla tecnologia multicollector, consente una maggiore varietà di rapporti isotopici misurabili con elevata precisione.
La sorgente ICP permette di estrarre facilmente ioni positivi con efficienze sensibili (≥ 40%) per elementi con energie di ionizzazione fino a 10 eV.
Questo grande vantaggio ha portato MC-HR-ICP-IRMS ad essere lo strumento eletto per le analisi isotopiche in cosmochimica. Negli ultimi 20 anni questa metodologia è stata utilizzata insieme a TIMS per l’analisi isotopica elementi come Nd, Pb e ha completamente sostituito TIMS per altri, ad esempio Hf. Inoltre, ha introdotto la possibilità di effettuare misure di routine di rapporti isotopici di elementi come il Fe e il Mg.
