Iso4, applicazione tecniche analitiche
Isotopi stabili di Ossigeno, Carbonio, Idrogeno ed Azoto
Tecnica d'indagine
Il tenore in isotopi stabili di un campione è misurato in spettrometria di massa convenzionale in fase gassosa. I campioni devono quindi subire un trattamento che varia in funzione del materiale di partenza (solido, liquido o gassoso), dell'isotopo e del composto da analizzare.
Il tenore in Ossigeno-18 (18O) delle acque ?ttenuto a seguito di una equilibrazione del campione a 25° C con della CO2, secondo il protocollo definito da Epstein e Mayeda (1953). L'analisi del Deuterio (2H) è effettuata sulla molecola di idrogeno gassoso ottenuto per riduzione dell'acqua su zinco metallico (Coleman et al., 1982).
Il tenore in Carbonio-13 (13C) dei carbonati disciolti è misurato sulla CO2 estratta per acidificazione del campione d'acqua sotto vuoto (Kroopnick, 1974).
I carbonati solidi sono analizzati dopo un attacco a 25° C con H3PO4 secondo il protocollo definito da McCrea (1950).
Nell'ambito degli studi geochimici si definisce il rapporto R di abbondanza di un isotopo raro di un elemento rispetto all'isotopo più abbondante:
A causa di questa notazione quindi, si usa chiamare "arricchito" un campione che mostra un rapporto isotopico dove l'isotopo pesante (o meno comune) è relativamente abbondante. Un campione impoverito sarà invece relativamente più co in isotopo leggero (o abbondante).
Le concentrazioni isotopiche sono espresse in valori relativi rispetto ad uno standard. Si utilizza quindi la nozione di delta (d) definita come:
Gli standard internazionali sono:
- per gli isotopi stabili della molecola d'acqua, lo SMOW (Standard Mean Ocean Water) (Craig, 1961)
- per il carbonio dei carbonati solidi e disciolti e l'ossigeno dei carbonati solidi il PDB, una calcite biogenica della Pee Dee Formation del Cretaceo superiore (Craig, 1957)
- per l'azoto la composizione isotopica dell'aria AIR (IAEA, 1995)
Poiché gli standard internazionali sono disponibili in piccole quantità ogni laboratorio si dota di alcuni standard interni, tarati su quelli internazionali, che vengono usati durante le preparazioni per verificare il buon funzionamento delle linee di preparazione e per il passaggio allo spettrometro. Gli standard interni del laboratorio sono:
- per la molecola d'acqua l'ATO, un campione di acqua proveniente dalla rete di distribuzione torinese, distillato e conservato in modo particolare per evitarne l'evaporazione. La sua composizione isotopica è di circa -10.3 in 18O;
- per i carbonati solidi il M43, un campione di marmo di Carrara macinato finemente ed omogeinizzato, mantenuto in contenitori chiusi onde evitare l'assorbimento di umidità l'assorbimento di CO2 atmosferica. I suoi tenori in isotopi stabili sono circa -2.00 in 18O e -1.5 in13C vs PDB;
- per l'Azoto-15 (15N) si utilizza l'aria campionata in ambiente non inquinato e purificata tramite trappole a freddo per eliminare l'umidit? la CO2.
Bibliografia essenziale
- Coleman M.L., Sheppard T.J., Durham J.J., Rouse J.E., Moore G.R. (1982) - Reduction of water with zinc for hydrogen isotope analysis - Anal. Chem., 54, 993-995.
- Craig H. (1953) - The geochemistry of stable carbon isotopes.- Geoch. Cosmoch. Acta, 3, 53-62
- Craig H. (1957) - Isotopic standards for carbon and oxygen and correction factors for mass spectrometric analysis of carbon dioxide - Geoch. Cosmoch. Acta, 12, 133-149
- Craig H. (1961) - Standards for reporting concentrations of deuterium and oxygen-18 in natural waters - Science, 133, 1833-1834.
- Epstein S., Mayeda T.K. (1953) - Variations of the 18O/16O ratio in natural waters - Geoch. Cosmoch. Acta, 4, 213.
- Kroopnick P. (1974) - The dissolved O2- CO2 - 13C system in the eastern equatorial Pacific - Deep Sea Res., 21, 211-227.
- McCrea J.M. (1950) The isotopic chemistry of carbonates and paleotemperature scale - J. Chem. Phys., 18, 849.
- IAEA (1995) - Reference and intercomparison materials for stable isotopes of light elements - Proc. of a Consultants Meeting held in Vienna, 11-3 Decembre, 1993. IAEA-TECDOC-825, IAEA, Vienna, 165.