Firma isotópica, Los isótopos de carbono, Isótopos de nitrógeno, Los isótopos de oxígeno, Isótopos de plomo, Los isótopos radiactivos, Los forenses utilizan

Una firma isotópica es una relación de isótopos estables o inestables de elementos particulares que se encuentran en un material investigado. La masa atómica de los isótopos diferentes afectan a su comportamiento cinético químico, dando lugar a procesos de separación de isótopos naturales.

Firma isotópica se identifica mediante el análisis de isótopos.

Los isótopos de carbono

Por ejemplo, diferentes fuentes y sumideros de metano tienen diferente afinidad por los isótopos 12C y 13C, lo que permite distinguir entre diferentes fuentes por la relación 13C/12C en metano en el aire. En geoquímica, paleoclimatología y paleoceanografía esta relación se llama d13C.

Del mismo modo, el carbono en carbonatos inorgánicos muestra poca fraccionamiento isotópico, mientras que el carbono en materiales originó por la fotosíntesis se agota de los isótopos más pesados. Además, hay dos tipos de plantas con diferentes vías bioquímicas; la fijación de carbono C3, en donde el efecto de separación de isótopos es más pronunciada, la fijación del carbono C4, donde el 13C más pesado es menos agotado, y Crasuláceas plantas metabolismo de los ácidos, donde el efecto es similar, pero menos pronunciado que con las plantas C4. Las diferentes proporciones de isótopos para los dos tipos de plantas se propagan a través de la cadena alimentaria, por lo tanto, es posible determinar si la dieta principal de un ser humano o un animal se compone principalmente de las plantas C3 o C4 plantas por análisis de isótopos de su carne y colágeno óseo. Del mismo modo, los peces marinos contienen más de 13C de peces de agua dulce, con valores que se aproximan a las plantas C3 y C4, respectivamente.

La proporción de carbono-13 y carbono-12 isótopos en este tipo de plantas es la siguiente:

  • Plantas C4: -16 a -10
  • Plantas CAM: -20 a -10
  • C3 plantas: -33 a -24

Calizas formadas por precipitación en los mares del dióxido de carbono atmosférico contienen proporción normal de 13C. Por el contrario, calcita que se encuentra en minas de sal se origina a partir de dióxido de carbono formado por la oxidación de petróleo, que debido a su origen vegetal es 13C-agotado.

El isótopo 14C es importante para distinguir biosintetiza a partir de los materiales hechos por el hombre. Químicos biogénicos se derivan de la biosfera de carbono, que contiene 14C. Carbono en productos químicos de manera artificial por lo general proviene de los combustibles fósiles como el carbón o el petróleo, donde el 14C originalmente presente ha decaído por debajo de los límites detectables. La cantidad de 14C actualmente presentes en una muestra por lo tanto, indica la proporción de carbono de origen biogénico.

Isótopos de nitrógeno

La relación de 15N/14N tiende a aumentar con el nivel trófico, de tal manera que los animales herbívoros tengan valores de los isótopos de nitrógeno más altos que las plantas, y los carnívoros tienen valores de los isótopos de nitrógeno más altos que los herbívoros. Dependiendo del tejido que está siendo examinado, tiende a haber un aumento de 3-4 en cada nivel trófico. Un número de otros factores ambientales y fisiológicos puede influir en la composición isotópica de nitrógeno en la base de la red de alimentos o en el nivel de los animales individuales. Por ejemplo, en las regiones áridas, el ciclo del nitrógeno tiende a ser más "abierto" y propensos a la pérdida de nitrógeno, y se concentra suelos y plantas en 15N 14N. Esto conduce a valores relativamente altos d15N en plantas y animales en los ecosistemas cálidos y áridos relativos a los ecosistemas más fríos y húmedos.

Los tejidos y el pelo de los veganos lo tanto contienen significativamente más bajo porcentaje de 15N que los cuerpos de las personas que comen principalmente carne. El análisis isotópico de cabello es una fuente importante de información para los arqueólogos, proporcionando pistas sobre las antiguas dietas: una dieta terrestre produce una firma diferente a una dieta a base de marina y este fenómeno se ha utilizado en el análisis de las diferentes actitudes culturales a las fuentes de alimentos.

Los isótopos de oxígeno

El oxígeno se presenta en tres variantes, pero el 17O es tan rara que es muy difícil de detectar. La relación de 18O/16O en agua depende de la cantidad de evaporación, el agua experimentó. A medida que la tensión de vapor depende de la concentración de las sales disueltas, la relación 18O/16O muestra la correlación de la salinidad y la temperatura del agua. Como el oxígeno se construye en las conchas de los organismos secretoras de carbonato de calcio, tales sedimentos demuestran un registro cronológico de la temperatura y la salinidad del agua en el área.

Proporción de isótopos de oxígeno en la atmósfera varía predeciblemente con la época del año y la ubicación geográfica, por ejemplo, hay una diferencia entre el 2% 18O-rica precipitación en Montana y 18O-empobrecido precipitación en Cayos de Florida. Esta variabilidad puede ser utilizado para la determinación aproximada de la ubicación geográfica de origen de un material, por ejemplo, es posible determinar dónde se produjo un cargamento de óxido de uranio. El tipo de cambio de los isótopos de superficie con el medio ambiente tiene que ser tomado en cuenta.

Isótopos de plomo

El plomo está formado por cuatro isótopos estables: 204Pb, 206Pb, 207Pb y 208Pb. Las variaciones locales de uranio/torio/contenido de plomo causan una amplia variación en la localización específica de las relaciones isotópicas de plomo de diferentes localidades. El plomo emitido a la atmósfera por los procesos industriales tiene una composición isotópica diferente de plomo en minerales. La combustión de la gasolina con aditivo tetraetilo de plomo llevó a la formación de partículas de tamaño micrométrico ricos en plomo ubicuos en el humo de escape de los automóviles, sobre todo en las zonas urbanas las partículas de plomo por el hombre son mucho más frecuentes que los naturales. Las diferencias en el contenido isotópico en partículas que se encuentran en los objetos pueden ser utilizados para la geolocalización aproximada de origen del objeto.

Los isótopos radiactivos

Partículas calientes, partículas radiactivas de la lluvia radiactiva nuclear y los residuos radiactivos, también exhiben distintas firmas isotópicas. Su composición de radionucleidos puede ser determinado por espectrometría de masas o por espectrometría gamma. Por ejemplo, las partículas generadas por una explosión nuclear contienen cantidades detectables de 60Co y 152Eu. El accidente de Chernobyl no dio a conocer estas partículas, pero sí 125Sb liberación y 144Ce. Las partículas de explosiones submarinas consistirán principalmente de las sales del mar irradiados. Ratios de 152Eu/155Eu, 154Eu/155Eu y 238Pu/239Pu también son diferentes para armas nucleares de fusión y la fisión, lo que permite la identificación de partículas calientes de origen desconocido.

Los forenses utilizan

Con el advenimiento de isótopo estable relación de espectrometría de masas, las firmas isotópicas de materiales encuentran el aumento de su uso en medicina forense, distinguir el origen de los materiales de otro modo similares y el seguimiento de los materiales a su fuente común. Por ejemplo las firmas de isótopos de plantas pueden ser de un grado influenciada por las condiciones de crecimiento, incluyendo la humedad y la disponibilidad de nutrientes. En el caso de los materiales sintéticos, la firma está influenciada por las condiciones durante la reacción química. El perfil de firma isotópica es útil en los casos en que otros tipos de perfiles, por ejemplo, caracterización de impurezas, no son óptimos. Electrónica junto con detectores de centelleo se utilizan rutinariamente para evaluar trazas de isótopos e identificar fuentes desconocidas.

Se publicó un estudio que demuestra la posibilidad de la determinación del origen de una cinta de embalaje PSA marrón común mediante el carbono, oxígeno, e hidrógeno firma isotópica del polímero de refuerzo, aditivos, y el adhesivo.

Medición de relaciones isotópicas de carbono se puede utilizar para la detección de la adulteración de la miel. La adición de azúcares originados a partir de maíz o caña de azúcar sesga la relación isotópica de los azúcares presentes en la miel, pero no influye en la relación isotópica de proteínas; en una miel sin adulterar las relaciones isotópicas de carbono de los azúcares y las proteínas deben coincidir. Sólo al por mayor nivel de 7% de la suma se puede detectar.

Las explosiones nucleares 10Be forman por una reacción de neutrones rápidos con 13C en el dióxido de carbono en el aire. Este es uno de los indicadores históricos de la actividad pasada en los sitios de ensayos nucleares.