Espectrómetro de masas de relación isotópica: características y funcionamiento.

Un espectrómetro de masas de relación de isótopos (IRMS) es un instrumento que mide las relaciones de diferentes isótopos de elementos particulares. Todos los elementos tienen isótopos que se diferencian entre sí solo en el número de neutrones en el núcleo, lo que les otorga diferentes pesos atómicos. El principio detrás del espectrómetro de masas de relación de isótopos es diferenciar los isótopos sobre la base de sus diferentes masas y determinar las relaciones entre pares de isótopos. Este dispositivo puede proporcionar información vital sobre la edad y el origen de una muestra de material. El espectrómetro de masas de relación isotópica tiene aplicaciones en muchas áreas, incluidas la geología, la biología y la ciencia forense.

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El diseño de los espectrómetros de masas de relación isotópica puede variar, pero en general, siguen los mismos principios básicos. Habrá una entrada por donde se introduce la muestra, conduciendo a una cámara de combustión donde el material se convierte en gas, posiblemente con algún medio de separación de los diferentes gases que se puedan producir. Esta etapa también convierte materiales biológicos complejos en los compuestos simples necesarios para el análisis, como el dióxido de carbono (CO 2 ), el agua (H 2 O) y el nitrógeno (N 2 ). El gas resultante se alimenta a una ionizacióncámara donde es ionizado por un haz de electrones. Luego, el gas ionizado se enfoca como un haz en un área de separación de masas, donde se usa un electroimán para desviar los iones, de modo que los diferentes isótopos se separarán de acuerdo con sus masas.

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Después de pasar por el área de separación de masas, los iones llegan a colectores que generan señales eléctricas proporcionales al número de iones detectados. Los iones de los isótopos más ligeros habrán sido desviados más por el campo magnético que los más pesados, por lo que los colectores se posicionarán en consecuencia. Por tanto, se pueden calcular las proporciones relativas de diferentes isótopos.

Las muestras deben prepararse antes de introducirse en el espectrómetro de masas de relación de isótopos. En el caso de sustancias biológicas, por ejemplo, las muestras pueden estar en forma de hojas, tierra u otro material no homogéneo. El material sólido generalmente se secará y se triturará hasta obtener un polvo fino. Las muestras líquidas se secarán o absorberán en material sólido poroso. Antes de llevar a cabo un análisis de la relación de isótopos, normalmente se realizará la calibración utilizando materiales de relaciones de elementos e isótopos conocidas.

Las proporciones generales de isótopos estables de cualquier elemento de la Tierra se fijaron en el momento de la formación del planeta. Aunque los diferentes isótopos de un elemento tienen las mismas propiedades químicas, otros factores como la movilidad y la volatilidad están influenciados por las masas de los isótopos. Debido a estas diferencias, varios procesos geoquímicos y bioquímicos pueden concentrar o agotar isótopos particulares en relación con sus valores de fondo, un fenómeno conocido como fraccionamiento isotópico. Por ejemplo, la fotosíntesis da como resultado un agotamiento pequeño pero significativo del isótopo carbono-13 en relación con la atmósfera.

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Las diferencias en las proporciones de isótopos de elementos como carbono, oxígeno , nitrógeno y otros pueden proporcionar información importante sobre el origen y la historia de una muestra. Es posible utilizar un espectrómetro de masas de relación de isótopos para determinar si un material es de origen orgánico e incluso, en algunos casos, para señalar el área geográfica donde se originó. Esto puede ser de utilidad en la ciencia forense. Por ejemplo, las muestras de drogas ilegales se pueden rastrear hasta sus orígenes y las muestras de suelo tomadas de un sospechoso se pueden comparar isotópicamente con las de la escena del crimen.

Dado que la temperatura y la precipitación pueden influir en el fraccionamiento isotópico, la espectrometría de masas de relación de isótopos se puede utilizar para investigar el clima de la Tierra en épocas pasadas. Las tasas de absorción y deposición de isótopos de carbono y oxígeno por organismos marinos formadores de conchas varían según el clima. Las proporciones de isótopos de restos fosilizados de estos organismos se pueden utilizar para obtener información sobre las condiciones climáticas cuando estaban vivos.

En geología, la datación radiométrica es una aplicación importante para el espectrómetro de masas de relación isotópica. Las proporciones de isótopos de ciertos elementos metálicos se pueden utilizar para determinar la edad de una muestra de roca. Cuando se forma la roca, contendrá algunos isótopos radiactivos . Estos se descomponen en otros isótopos, ya sea del mismo elemento o, más comúnmente, en un elemento diferente, a un ritmo conocido. La relación entre el isótopo original - o "padre" - y el producto de la desintegración - o "hijo" - isótopo se puede utilizar para determinar la edad de la roca.

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