Unidad de Espectrometría de Masas

Laboratorio de Isótopos Estables

Laboratorio de Isótopos Estables Laboratorio de Isótopos Estables

 Se denomina “isótopos” a las diversas formas de un elemento químico que se diferencian en el número de neutrones de su núcleo y, por tanto, en su masa atómica.Es común asociar el término “isótopo” a los nucleidos radiactivos, sin embargo los isótopos estables, los que no se descomponen con el tiempo, son los más abundantes en la naturaleza. Su empleo como herramienta analítica resolutiva se esta extendiendo a numerosos campos científico-técnicos.

Principios de la Técnica

La técnica analítica más habitual para la determinación de relaciones isotópicas de elementos ligeros es la espectrometría de masas de relaciones isotópicas (en inglés IRMS, Isotope Ratio Mass Spectrometry). Es frecuente asociar el término “isótopo” a los nucleidos radiactivos, sin embargo, los isótopos estables, aquellos que no se desintegran con el tiempo, son los más abundantes en la naturaleza. El análisis de las relaciones isotópicas, tanto en rangos de abundancia natural como mediante la adición de trazadores, ha demostrado ser una herramienta muy útil en numerosas áreas científico-técnicas.

Los isótopos estables más estudiados son los correspondientes a los elementos ligeros (hidrógeno, carbono, nitrógeno y oxígeno), que son precisamente los mayoritarios en la naturaleza. Estos elementos se caracterizan por presentar las mayores variaciones naturales en sus relaciones isotópicas como consecuencia de ser los que sufren los mayores fraccionamientos isotópicos en una amplia gama de procesos físico-químicos. En muchas ocasiones el análisis de estas relaciones isotópicas abre la posibilidad de diferenciar materiales o compuestos que no son distinguibles desde el punto de vista químico.

Una variante de esta técnica es el empleo de los denominados trazadores isotópicos. Se trata de compuestos enriquecidos artificialmente en el isótopo pesado que se añaden a un sistema con objeto de facilitar su estudio. El hecho de que el comportamiento físico-químico de las formas isotópicas sea tan similar los convierte en trazadores ideales. Además, la dificultad en la gestión de los isótopos radiactivos así como el hecho de que algunos elementos ligeros no presenten isótopos radiactivos naturales (caso del nitrógeno), está favoreciendo el uso de los isótopos estables como trazadores.

Aplicaciones

El Laboratorio de Isótopos Estables de la UAM fue uno de los primeros de nuestro país en poner en operación un IRMS, comenzando a dar servicio analítico en el año  1992. Durante sus años de funcionamiento el laboratorio ha procesado más de setenta mil muestras procedentes tanto de organismos públicos como de empresas privadas. 
Los análisis llevados a cabo sobre muestras de matrices  muy variadas han hecho necesaria la puesta a punto de numerosas metodologías tanto en su vertiente isotópica como en la elemental. Esta actividad ha proporcionado al laboratorio la experiencia suficiente para, en muchos casos, poder establecer nuevos procedimientos analíticos a medida de las necesidades concretas de los usuarios, así como poder proporcionarles asesoramiento científico específico. 
 La tipología de muestras más habituales en el laboratorio así como sus principales aplicaciones pueden resumirse en los siguientes campos:

  • BIOLOGÍA Y ECOLOGÍA: d 15N y d 13C en tejidos animales y vegetales. Determinación de redes tróficas.
  • AGRONOMIA
  • VETERINARIA Y PRODUCCIÓN ANIMAL: d 15N  en piensos, extractos ruminales, tejido animal, etc. (estudios metabólicos, mejora de piensos, etc.). % D en fluidos animales (det. del contenido de agua corporal).  
  • HIDROGEOLOGÍA: d D, d 18O, d 15N  y d 13C en aguas y especies disueltas. Identificación de zonas y tasas de recarga de acuíferos, flujos profundos, caracterización de lluvias, origen de sales, fuentes contaminantes, etc.  
  • MINERALOGÍA Y PETROLOGÍA: d 13C y d 18O en carbonatos (mineralogénesis, evolución edáfica). d 13C y d 15N en materia orgánica en sedimentos y caracterizaciones de petróleos y derivados (génesis, origen de contaminantes).
  • PALEOCLIMATOLOGÍA: d 13C y d 18O en espeleotemas, travertinos y conchas marinas y terrestres (estudios de cambios climáticos y paleoambientes).  
  • ARQUEOLOGÍA: d 13C en colágeno de huesos animales y humanos (estudio de paleodietas y  migraciones). Composición de d 13C y d 18O en conchas marinas y huesos fosilizados
  • MEDIO AMBIENTE: Estudios isotópicos de d 13C y d 15N en petróleos y derivados y en CO2 atmosférico (caracterización, identificación de fuentes contaminantes). d D, d 13C, d 15N y d 18O en contaminantes de aguas (identificación de fuentes contaminantes). 
  • CALIDAD ALIMENTARIA: Mediante la caracterización del producto y su comparación con las composiciones isotópicas naturales (adición de agua o azúcar a zumos).  d 13C en mieles (fracción total y proteica para identificar posibles azúcares exógenos).
  • CAMBIO CLIMÁTICO
  • GEOQUÍMICA
  • CARACTERIZACIÓN ISOTÓPICA DE SUSTANCIAS ORGÁNICAS E INORGÁNICAS

Además de estas aplicaciones, los isótopos estables juegan un importante papel en otras áreas, entre las que cabrían destacar las siguientes:
  • ANÁLISIS CLÍNICOS: Empleo de trazadores estables, principalmente 13C, en estudios metabólicos (de grasas, hidratos de carbono...). Identificación de enfermedades infecciosas (Helicobacter Pylori causante de úlcera gastroduodenal) y metabólicas (mal absorción de proteínas, etc.).
  • CIENCIAS FORENSES: Detección del origen natural o sintético de drogas de abuso (cocaína), administración de sustancias dopantes en deportistas (testosterona exógena), determinación del origen (fábrica) de explosivos, etc.

Puede encontrarse un compendio actualizado de aplicaciones isotópicas en el libro: “Técnicas y aplicaciones multidisciplinares de los isótopos ambientales”. P. Alcorlo, R. Redondo y J. Toledo (Eds.), Colección Cuadernos de Apoyo, 22, Ediciones Universidad Autónoma de Madrid, 2008. 399 páginas.

Tipo ensayo
  • d D y d 18O en aguas.
  • d 13C y d 18O en carbonatos.
  • d 13C y d 15N (abundancia natural o enriquecimiento).
  • d D y d 18O en materia orgánica.
  • d D, d 13C y d 15N en muestras gaseosas.
  • Análisis elemental de C, H, N, S (complementario).
Funcionamiento del Servicio

  • Las muestras deben ir acompañadas de la solicitud de ensayo generada en @LIMS. El usuario debe rellenar todos los campos de la solicitud de ensayo que conozca, con objeto de facilitar el proceso analítico y obtener el mejor resultado posible.
  • El laboratorio, dependiendo del trabajo a realizar, suele entregar los resultados analíticos en un plazo comprendido entre dos y diez semanas. 
  • La cantidad de muestra mínima que el usuario debe entregar para poder llevar a cabo el análisis (incluyendo la realización de repeticiones) se encuentra en los siguientes órdenes: 
 
DETERMINACIÓN
CANTIDAD DE MUESTRA
d D (agua)
1 ml
d 18O (agua) 
1 ml
d 13C y d18O (carbonatos)
5 mg de carbonato
d 13C y d 15N (abundancia natural o enriquecimiento) 
2 mg del elemento
d D, d 13C y d 15N (muestras gaseosas)
Consultar
Análisis elemental (complementario)
2 mg del elemento
 

En aquellos casos en que se disponga de poca cantidad de muestra o en los que se desconozca su composición química, se recomienda consultar previamente al laboratorio la viabilidad del análisis y las condiciones específicas.
Para cualquier ampliación de esta información no duden en ponerse en contacto con el Laboratorio de Isótopos Estables.