La espectrometría de masas para la medida de relaciones isotópicas de isótopos estables (IRMS) permite obtener información acerca de la abundancia isotópica relativa de los principales elementos ligeros de la biosfera, como C, H, O, N y S. Estos elementos, que tienen una gran importancia desde el punto de vista biológico y geológico, presentan dos o más isótopos estables, de los cuales el más ligero es el más abundante. El análisis de las relaciones isotópicas de 13C/12C, 15N/14N, 18O/16O, 34S/32S y D/H permite medir las variaciones en la abundancia isotópica (fraccionamiento) producida por diferentes procesos naturales, tanto físicos como químicos. Estas variaciones dan información acerca de diferentes procesos de interés en áreas como la fisiología y bioquímica (estudios metabólicos y de consumo energético), alimentación (adulteraciones), hidrología (ciclo global del agua, acuíferos), paleontología (paleodietas), agricultura, etc.
El espectrómetro de masas para la medida de relaciones isotópicas de isótopos estables en muestras gaseosas separa iones del elemento de interés en función de sus diferentes relaciones masa/carga (m/z). En algunos casos, los isótopos a analizar forman parte de moléculas mono o diatómicas (N2), mientras que en otros, el elemento de interés forma parte de una molécula o matriz compleja, siendo necesario entonces emplear sistemas de preparación de muestras que permitan disponer del elemento en forma de gas antes del análisis. Las medidas realizadas dan información de la abundancia isotópica relativa (enriquecimiento o “delta”), que se define como el exceso en tanto por mil de una determinada especie isotópica en una muestra, comparada con una referencia o patrón. En el espectrómetro de masas se medirá la relación entre las señales generadas por los haces iónicos correspondientes a los isótopos ligero y pesado de la muestra y de la referencia. Los materiales de referencia empleados poseen una abundancia isotópica y composición elemental similar a los valores esperados para las muestras. La comparación diferencial entre muestras y patrones proporciona una gran precisión y repetibilidad en el tiempo, lo que permite la determinación de diferencias muy pequeñas en la composición isotópica de dos muestras.
En el análisis de isótopos estables tanto los sistemas de preparación e introducción de muestras como la óptica iónica están especialmente diseñados para medir con extrema precisión pequeñísimas variaciones en las relación isotópica de determinados elementos. Las muestras a analizar deben presentarse al espectrómetro de masas en forma de gas puro. Además será necesaria una instrumentación que permita la introducción secuencial y sucesiva de volúmenes de muestra y de referencia que produzcan niveles de señal comparables.
Los sistemas de introducción de muestra pueden ser:
- sistemas de doble entrada
- sistemas de flujo contínuo acoplados en línea
Los sistemas de doble entrada consisten en dos microválvulas, una para la entrada de muestra y otra para la referencia, unidas a dos depósitos en forma de fuelle de volumen variable, y una válvula de muestreo alternante que conducirá los gases al interior de la fuente iónica del espectrómetro.
Los sistemas acoplados en línea son aquéllos en los que el flujo procedente de un analizador elemental o de un cromatógrafo de gases o líquidos, puede introducirse en régimen contínuo en el espectrómetro de masas, sólo interrumpido por pulsos de gas de referencia.
La óptica iónica de los espectrómetros de masas de análisis isotópico consiste en:
- fuente de ionización de impacto electrónico
- tubo de vuelo
- analizador magnético
- sistema multicolector
La óptica iónica de los espectrómetros de masas de análisis isotópico consiste en:
- fuente de ionización de impacto electrónico
- tubo de vuelo
- analizador magnético
- sistema multicolector
Se emplean analizadores magnéticos de simple o doble enfoque para conseguir una gran dispersión en un pequeño dominio de masas. El campo magnético se mantiene fijo y al final de la trayectoria de cada haz iónico de interés se colocan colectores múltiples de copa de Faraday. Dado que la medida a realizar debe ser extremadamente precisa, se utilizan rendijas estrechas en la fuente y anchas en el colector para obtener picos anchos y planos en los que se pueda medir con gran exactitud la altura de la señal.
Campos de aplicación
Entre otros:
- Estudios de flujos bio/geoquímicos en los ciclos naturales de hidrógeno, nitrógeno y carbono
- Estudios de fijación de nitrógeno en plantas, fertilizantes y vegetación en general
- Estudios de utilización de aminoácidos, proteínas vegetales y nitrógeno no proteico en alimentación animal
- Seguimiento estacional de las variaciones en relaciones isotópicas de nitrógeno y/o carbono en biomasa
- Estudios de adulteración en alimentos, y origen de bebidas alcohólicas
- Empleo de sustancias marcadas con isótopos no radioactivos en estudios metabólicos y de consumo energético en animales y humanos
- Datación de fósiles a partir las relaciones isotópicas en el colágeno de huesos
