Isótopos Estables
Desentrañando los Secretos de la Tierra y la Vida con Isótopos Estables: Una Herramienta Analítica Poderosa
Sumérgete en el fascinante mundo de los isótopos estables, átomos de un mismo elemento con diferente número de neutrones, que se han convertido en poderosos trazadores en diversas disciplinas científicas. Descubre cómo el análisis de las relaciones isotópicas de elementos ligeros clave como el Hidrógeno (D/H), Carbono (¹³C/¹²C), Nitrógeno (¹⁵N/¹⁴N), Oxígeno (¹⁸O/¹⁶O) y Azufre (³⁴S/³²S) en una amplia gama de materiales geológicos, ambientales y biológicos revela información crucial sobre procesos naturales y antropogénicos. Explora las aplicaciones de esta técnica en la datación, la reconstrucción de condiciones ambientales pasadas, el estudio de ciclos biogeoquímicos, la investigación de recursos naturales y mucho más.
Dinámica de sistemas complejos
El estudio de isótopos estables ofrece una ventana única para comprender la dinámica de sistemas complejos. Mediante el análisis de sólidos (rocas, minerales, materia orgánica, alimentos), líquidos (agua, hidrocarburos, bebidas) y gases, los científicos pueden rastrear el origen y la transformación de la materia.
Yacimientos minerales
El Gabinete de yacimientos minerales de la Universidad Nacional de Ingeniería en Lima, Perú, cuenta con espectrómetros de masas de última generación, incluyendo equipos tipo “Dual Inlet” y de flujo continuo, así como sistemas láser para el análisis puntual y analizadores elementales.
Geología
Estas herramientas permiten realizar determinaciones precisas de las relaciones isotópicas, proporcionando datos esenciales para la investigación en geología, ciencias ambientales, agricultura y estudios biológicos, contribuyendo significativamente al avance del conocimiento en diversas áreas.
Contenido Detallado:
Estudio de Isótopos Estables
- Definición y Alcance del Estudio de Isótopos Estables:
- El estudio de isótopos estables se enfoca en la determinación de las relaciones isotópicas de elementos ligeros fundamentales: Hidrógeno (D/H), Carbono (¹³C/¹²C), Nitrógeno (¹⁵N/¹⁴N), Oxígeno (¹⁸O/¹⁶O) y Azufre (³⁴S/³²S).
- Estos análisis se realizan en una amplia variedad de materiales, abarcando sólidos (rocas, minerales, sustancias orgánicas, productos alimentarios), líquidos (agua y sus solutos, hidrocarburos, bebidas) y gaseosos.
Yacimientos Minerales
- Equipamiento Analítico Principal del Gabinete de Yacimientos Minerales:
- Espectrómetros de Masas de fuente gaseosa, tipo “Dual Inlet” (modelo SIRA-II): Utilizados para la determinación precisa de relaciones de isótopos estables como ¹³C/¹²C, ¹⁵N/¹⁴N, ¹⁸O/¹⁶O y ³⁴S/³²S.
- Equipado con «cold finger» para análisis de muestras pequeñas y sistema múltiple de admisión de muestras automatizado.
- Uno de los modelos SIRA-II cuenta con doble tubo de vuelo y sistema “ISOCARB”.
- El doble “tubo de vuelo” permite analizar D/H y moléculas más pesadas (N₂, CO, CO₂, SO₂) en el mismo equipo.
- El sistema automático ISOCARB se utiliza para la determinación de δ¹³C y δ¹⁸O en carbonatos mediante el método del “common acid bath”.
- Espectrómetro de Masas de fuente gaseosa, en flujo continuo (modelo ISOPRIME): Permite la determinación de relaciones de isótopos estables (D/H, ¹³C/¹²C, ¹⁵N/¹⁴N, ¹⁸O/¹⁶O, ³⁴S/³²S).
- Incluye el Sistema Multiflow, para el análisis de muestras gaseosas (δ¹³C en «Breath Test», CO₂), equilibrio de aguas y fluidos (δ¹⁸O, δD), y micromuestras de carbonatos (método de “single drop”).
- Analizador elemental HCNOS EURO EA 3000: Equipado con un sistema de pirólisis a alta temperatura y un sistema de dilución para el análisis secuencial de δ¹³C y δ¹⁵N sobre la misma muestra.
- Cromatógrafo de gases Agilent 6890 con horno de combustión para C: Permite la separación de componentes orgánicos, su transformación en CO₂ y posterior análisis de δ¹³C en cada componente mediante el espectrómetro. Próximamente dispondrá también de un horno para N.
- Láser Nd:YAG (12 W, λ=1.060 nm): Fabricado por Lee Láser, para el análisis puntual de sulfuros, conectado en línea a un espectrómetro “dual inlet” SIRA-II mediante una línea de vacío para la purificación del gas.
- Láser CO₂ (25 W, λ=10.600 nm): Fabricado por SYNRAD, para el análisis de silicatos, fosfatos y óxidos.
- Dispone de una línea de conversión de O₂ en CO₂ y purificación del gas asociada al sistema de extracción láser, conectado en línea a un espectrómetro “dual inlet” SIRA-II.
- Espectrómetros de Masas de fuente gaseosa, tipo “Dual Inlet” (modelo SIRA-II): Utilizados para la determinación precisa de relaciones de isótopos estables como ¹³C/¹²C, ¹⁵N/¹⁴N, ¹⁸O/¹⁶O y ³⁴S/³²S.
Tipos de Muestras Geológicas
- Tipos de Muestras Geológicas y Aplicaciones:
- ðD (D/H) en rocas y minerales hidratados (arcillas, sulfatos, zeolitas), inclusiones fluidas, aguas e hidrocarburos. Se utilizan métodos convencionales, por pirólisis y por equilibrio (Multiflow).
- ð¹³C en materia orgánica (incluyendo hidrocarburos sólidos y gaseosos). Se aplican métodos convencionales, por pirólisis (AE-MS) y GC-C-MS para la determinación individual de componentes.
- ð¹⁵N en rocas y minerales, materia orgánica (incluyendo hidrocarburos), formas de N en el suelo y aguas.
- ð¹³C y ð¹⁸O en todo tipo de carbonatos y gases (aire, CO₂). Se utilizan métodos convencionales, extracción fraccionada e “in situ” (Láser CO₂). También para muestras pequeñas (<1mg) con ISOCARB y Multiflow.
- ð¹⁸O en silicatos, fosfatos y óxidos. Mediante fluorinación, Láser CO₂ y por pirólisis (solo fosfatos).
- ð¹⁸O en nitratos.
- ð¹⁸O en sulfatos. Se emplean métodos convencionales y por pirólisis.
- ð³⁴S en sulfuros (mediante Láser para Análisis de Sulfuros).
Aplicaciones en Medio Ambiente
- Aplicaciones en Medio Ambiente:
- Análisis de D/H (ðD) y ð¹⁸O en efluentes líquidos y sólidos (urbanos, agrícolas, industriales).
- Determinación de D/H (ðD), ð¹³C, ð¹⁵N, ð¹⁸O y ð³⁴S en sustancias en suspensión o solución en aguas freáticas o superficiales y en sus contaminantes (hidrocarburos, componentes orgánicos, nitratos).
- Estudio de diversas formas de N, S y P en procesos de eutrofización.
- Investigación de la causa del deterioro en obras de ingeniería civil.
- Análisis relacionados con mareas negras, estudios de impacto ambiental y especies protegidas (hábitos alimentarios, rutas migratorias, eficiencia energética).
- Estudio de Gases de Invernadero.
- Aplicaciones en Muestras Biológicas, Agrícolas y Edáficas:
- Análisis de D/H (ðD) en materia vegetal, suelos y aguas.
- Determinación de D/H (ðD) y ð¹⁸O en savia y otros fluidos acuosos.
- Estudio de ð¹³C y ð¹⁵N en materia orgánica.
- Análisis de ð¹³C y ð¹⁸O en carbonatos y bicarbonatos disueltos.
- Determinación de ð¹⁵N y ð¹⁸O en las distintas formas de N en suelos, abonos y purines.
- Análisis de ð¹⁸O en sulfatos y ð³⁴S en sulfuros, sulfatos, S° y gases (convencional, “In situ” con Láser Nd:YAG, AE-MS).
- Estudios de eficiencia de uso del agua por las plantas, aprovechamiento de fertilizantes y bioquímica.
Autor y Fecha de Publicación:
- Dr. Rolando Carrascal M.
- Abril 2009
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