Fundamentos de la espectrometría de masas de relaciones isotópicas. Q. A. Jorge Maldonado H. Ing. Israel Bolaños G.

Neutrón: masa 1.00898. No tiene carga. 1. El átomo. El modelo atómico de Rutherford-Bohr supone la existencia de un centro llamado núcleo compuesto por protones y neutrones, y una nube de electrones que se mueven alrededor de éste en orbitas bien definidas. Los electrones de las capas exteriores son los de valencia y toman parte en las combinaciones químicas. Núcleo P N Orbitales e- Electrón: masa 0.00055 u.m.a. Carga Negativa igual a 1.6 * 10-19 culombios. Protón: masa 1.00759 u.m.a. Carga positiva igual en magnitud a la del electrón. Neutrón: masa 1.00898. No tiene carga.

Edo. de oxidación más común 2. Los isótopos. Isótopos: una serie de nuecleídos del mismo elemento que tienen el mismo número atómico (Z) pero diferente número de masa (A). Edo. de oxidación más común Número Atómico (Z) +1 1 H 1.00794 Símbolo Atómico Masa Atómica (Z+A) Hidrógeno Tritio Deuterio Z=1 A=1 Z=1 A=2 Z=1 A=3

3. Isótopos estables e inestables. Elemento Z N A Característica Nomenclatura Hidrógeno 1 Estable 1H 2 Estable (deuterio) 2H 3 Inestable (tritio) 3H Carbono 6 12 12C 7 13 13C 8 14 Inestable 14C Z= número atómico, N= número de neutrones, A= número de masa.

4. Abundancia natural de algunos isótopos estables. Elemento Isótopo Masa Atómica Abundancia relativa (%) Diferencia relativa de masa (Elemento) (Molécula) Hidrógeno 1H 2H 1.0078 2.0141 99.984 0.0156 2D / 1H 100 % 1H2D / 1H1H (3 / 2) 50 % Carbono 12C 13C 12.0000 13.0034 98.892 1.108 13C / 12C 8.3 % 13C16O16O / 12C16O16O (45 / 44) 2.3 % Oxígeno 16O 17O 18O 15.9949 16.9991 17.9992 99.759 0.037 0.204 18O / 16O 12.5 % 12C16O18O / 12C16O16O (46 / 44) 4.5 % Nitrógeno 14N 15N 14.0031 15.0001 99.635 0.365 15N / 14N 7.1 % 15N14N / 14N14N (29 / 28) 3.6 %

5. Fraccionamiento isotópico. Aunque los isótopos de un elemento tienen las mismas propiedades químicas, difieren en sus propiedades físicas y fisico-químicas, debido a su diferente masa. Consecuentemente, las moléculas que contengan el isótopo pesado tendrán diferente peso, volumen, punto de ebullición, velocidad de reacción, etc. Ello conduce a procesos naturales de enriquecimiento o empobrecimiento isotópico en diferentes procesos de naturaleza.

5. Unidades de medida de la abundacia isotópica. Las variaciones en la abundancia isotópica encontradas en la naturaleza son muy pequeñas, por lo tanto se deben utilizar unidades de medida acordes a esta circunstanacia. 1. Átomo % = no. de átomos de C13 no. de átomos de C13 + no. de átomos de C12 2. % Átomos en exceso = % Atmuestra - % Atreferencia 3. Delta (δ 0/00 ) = Ratiomuestra – Ratioreferencia x 1000 Ratio Referencia

6. Valores Delta para diferentes materiales biológicos. Elemento Valores típicos (δ) Rango (δ) Tejido Vegetal C -27 -35 a -10 N +3 -12 a +10 Tejido Animal -26 -35 a -10 +10 -8 a +35 Aguas meteóricas O -5 -45 a +10 H -10 -425 a + 45 Agua del mar -2 a +2 -10 a +10 Aire -8 -16 a -8 -1 a +1

Precisión técnica de análisis. 7. Sensibilidad. Elemento Precisión técnica de análisis. δ 0/00 ppm Hidrógeno 1 0.16 Carbono 0.05 0.56 Oxígeno 0.1 0.20 Nitrógeno 0.37

Algunos ejemplos de medición con enriquecimientos naturales. Carbono (13C/12C): Autentificación de bebidas alcohólicas. Autentificación de miel de abeja. Rutas de biogénesis según la distribución de 13C en la ruta fotosintética de las plantas C3 (-20 a -35 0/00), C4 (-9 a -17 0/00) y CAM. Fuentes de hidrocarburos. Oxígeno (18O/16O) y Deuterio (2H/1H): Información específica de ciclos hidrológicos regionales y globales a partir de las mediciones en agua de precipitación, aguas subterráneas, agua de deshielo, etc. Estudios para determinar las fuentes de agua utilizadas por las plantas.

Algunos ejemplos de medición con enriquecimientos naturales. Carbono (13C/12C) y Oxígeno (18O/16O) : Enriquecimientos en carbonatos de fósiles y material inorgánico utilizados en estudios geológicos y antropológicos.

Algunos ejemplos de medición con enriquecimientos inducidos. Carbono (13C/12C): Pruebas de aliento en las que se cuantifica la cantidad de carbono 13 exhalado después de suministrar por vía oral un sustrato oxidable (carbohidratos, aminoácidos o ácidos grasos) enriquecido con este átomo. Estudios metabólicos con moléculas enriquecidas en los que se rastrea algún fenómeno en un organismo vivo. Deuterio (2H/1H): Estimación del volumen dilución (Agua Corporal Total) para el calculo de la composición corporal en humanos y otras especies. Estimación del volumen de producción de leche materna en humanos.

Algunos ejemplos de medición con enriquecimientos inducidos. Oxígeno (18O/16O) y Deuterio (2H/1H): Cálculo del gasto energético total en humanos por el método de agua doblemente marcada 2H218O.