Calidad analítica en isótopos estables

Transcripción

1 Calidad analítica en isótopos estables Sara Herrero Martín Gestor-Promotor de proyectos I+D+I Responsable de calidad Grup de Mineralogia Aplicada i Medi Ambient (MAiMA) Departament de Mineralogia, Petrologia i Geologia Aplicada Facultat de Ciències de la Terra, Universitat de Barcelona

2 Isótopos estables Elemento Relación isotópica Abundancia natural (%) Hidrógeno 2 H/ 1 H (D/H) 2 H (0.0115), 1 H ( ) Carbono 13 C/ 12 C 13 C (1.111), 12 C (98.889) Nitrogeno 15 N/ 14 N 15 N (0.364), 14 N (99.636) Oxígeno 18 O/ 16 O 18 O (0.038), 16 O (99.757) Azufre 34 S/ 32 S 34 S (44.25), 32 S (94.99)

3 Isótopos estables Servicios analíticos de isótopos estables MAiMA - δ 18 O y δ 2 H del agua - δ 15 N y δ 18 O de nitratos y nitritos - δ 15 N y δ 18 O de N 2 O - δ 15 N de NH + 4 disuleto - δ 34 S y δ 18 O en sulfato disuelto y en minerales (barita, celestina, etc) - δ 34 S total en fertilizantes, sedimentos, etc - δ 34 S en H 2 S disuelto y δ 34 S en minerales (pirita, esfalerita, galena, etc) - δ 13 C en Carbono Inorgánico Disuelto (DIC), Carbono Inorgánico Disuelto No Purgable (NPDOC) - δ 13 C y δ 18 O en CO 2 gas y carbonatos - δ 13 C y δ 15 N total en fertilizantes, residuos ganaderos, etc. - δ 13 C y δ 15 N total en carne y pelo de cerdo - δ 13 C de compuestos orgánicos específicos: Compuestos orgánicos clorados: tetracloruro de carbono (CT), cloroformo (CF), tetracloroetileno (PCE), tricloroetileno (TCE), cis-1,2-dichloroetileno (c-dce) Hidrocarburos de petróleo: BTEX (bencene, tolueno, etilbenceno y xilenos) Combustibles oxigenados: metil tert-butil éter (MTBE) y etil tert-butyl éter - δ 2 H de compuestos orgánicos específicos: MTBE, ETBE, y BTEX

4 Espectrómetro de masas de relaciones isotópicas (IRMS) Análisis de isótopos estables de Carbono IRMS Campo magnético Detector Muestra Reactor Fuente ionización m/z 46 ( 12 C 18 O 16 O + ) Conversión en gases simples CO 2 m/z 44 ( 12 C 16 O 2+ ) Copas de Faraday m/z 45 ( 13 C 16 O 2+ ) Gas de referencia Válvula (CO 2 calibrado vs.v-pdb) Valor de referencia para cálculo de δ ( ) Funcionamiento del IRMS: linealidad, reproducibilidad

5 Espectrómetro de masas de relaciones isotópicas (IRMS) Análisis de isótopos estables de Carbono Conversión de la muestra IRMS Campo magnético Detector Muestra Reactor Fuente ionización m/z 46 ( 12 C 18 O 16 O + ) Conversión en gases simples CO 2 m/z 44 ( 12 C 16 O 2+ ) Copas de Faraday m/z 45 ( 13 C 16 O 2+ ) Gas de referencia Válvula (CO 2 calibrado vs.v-pdb)

6 Técnicas de flujo contínuo Espectrómetro de masas de relaciones isotópicas (IRMS) Aelion, C. M., P. Höhener, D. Hunkeler, and R. Aravena Environmental isotopes in biodegradation and bioremediation. CRC Press, Boca Raton.

7 Espectrómetro de masas de relaciones isotópicas (IRMS) Pre-tratamiento de muestra Extracción de los compuestos orgánicos de la matriz: - P&T - HS - Líquido-Líquido - etc - Trituración y tamizado - Precipitación - Volatilización - Resinas intercambio catiónico - etc Aelion, C. M., P. Höhener, D. Hunkeler, and R. Aravena Environmental isotopes in biodegradation and bioremediation. CRC Press, Boca Raton.

8 Espectrómetro de masas de relaciones isotópicas (IRMS) Análisis de isótopos estables de Carbono Pre-tratamiento de muestra Matriz Benceno (-24.3 ) Benceno (-24.3 ) CO 2 (-24.3 ) ±0.5 Optimización y validación: Minimizar fraccionamiento isotópico Método: Principio de tratamiento idéntico (muestra vs. estándar), con estándares de composición isotópica conocida, sometidos al mismo procedimiento de análisis que las muestras

9 Materiales de Referencia Estándares internacionales 12 C 12 C 13 C 12 C Belemnites International Atomic Energy Agency 1 H 2 H 1 H 1 H 2 H 1 H

10 Materiales de Referencia Calibración de estándares internos de laboratorio Coplen et al., Anal. Chem. 2006, 78,

11 Materiales de referencia Estándares de isótopos estables (IRMS) Internacionales (SMOW, PDB,..., NBS, etc.) Caros Consumo limitado Interno laboratorio Referenciados a los internacionales Baratos Consumo ilimitado Fácil de obtener de nuevos

12 Calidad Analítica Guías internacionales

13 Calidad analítica Isótopos de compuestos inorgánicos - Selección de estándares: - Misma matriz que la muestra - Rango de δ que englobe las δ de las muestras - Secuencia análisis: - Intercalar muestras y estándares - Nº de réplicas por muestras - Suficiente para garantizar la precisión del resultado (depende de la matriz y elemento a analizar) - Linealidad (rango de amplitudes de pico con resultados correctos) - Cálculo de cantidad de muestra, y dilución

14 δ 18 O ( ) experimental Calidad analítica Selección de estándares (matriz, rango de δ ) y = 0,91x - 2,42 R² = 0,99 YCEM 8 ASC 6 4 NBS patrón Series δ 18 O ( ) corregido Ejemplo: Análisis de δ 18 O en sulfatos

15 δ 18 O ( ) experimental Calidad analítica Selección de estándares (matriz, rango de δ ) YCEM 10 ASC 5 NBS y = 0,92x - 2,63 R² = 1, patrón muestra SO δ 18 O ( ) corregido Ejemplo: Análisis de δ 18 O en sulfatos

16 Calidad analítica Nombre δ 18 O exp. δ 18 O corr. media STDEV δ 18 O cert. patrón YCEM 12,9 18,2 patrón YCEM 12,5 17,8 18,0 0,3 17,6 patrón ASC 8,2 12,8 patrón ASC 8,7 13,4 13,1 0,4 13,2 patrón NBS-127 4,3 8,5 patrón NBS-127 4,8 9,1 8,8 0,4 9,3 patrón SO-6-13,3-11,4 patrón SO-6-12,9-11,0-11,2 0,3-11,4 DN-1 M-1-0,2 3,4 DN-1 M-1-0,1 3,4 3,4 0,0 DN-2 M-2-1,5 1,8 DN-2 M-2-1,4 1,9 1,8 0,1 DN-3 M-3-0,3 3,1 DN-3 M-3-0,9 2,3 2,7 0,6 DN-4 M-4-3,8-0,9 DN-4 M-4-3,6-0,8-0,9 0,1 DN-5 M-5-1,6 1,5 DN-5 M-5-1,8 1,1 1,3 0,2 DN-6 M-6-1,9 1,0 DN-6 M-6-2,1 0,8 0,9 0,2 patrón YCEM 13,2 17,6 patrón YCEM 13,4 17,9 17,8 0,2 17,6 patrón ASC 8,8 12,9 patrón ASC 9,2 13,3 13,1 0,3 13,2 patrón NBS-127 5,4 9,0 patrón NBS-127 5,7 9,4 9,2 0,3 9,3 patrón SO-6-13,3-11,7 Conference patrón SO-6 or meeting -12,6-10,9-11,3 0,5-11,4 Ejemplo: Análisis de δ 18 O en sulfatos - Secuencia de análisis: Intercalar estándares y muestras - Número de réplicas: Depende de la matriz y el elemento a analizar Contenido Informe Resultados: - Caracterización de estándares internos - Secuencia completa en el orden de análisis - Valores experimentales y corregidos - Resultados muestras: valores individuales, media y STDEV

17 Calidad analítica Isótopos de compuestos orgánicos específicos - Separación cromatográfica de los picos a línea base - Optimización individual para cada compuesto - Extracción de la matriz, separación cromatográfica - Linealidad (rango de amplitudes de pico con resultados correctos) - Límites de detección - Estándares individuales para cada compuesto - Secuencia de análisis: - Duplicados de muestras, intercalar muestras y estándares - Muestras ambientales: - Contaminantes a diferentes concentraciones, inyecciones individuales

18 Calidad analítica Separación cromatográfica de los picos a línea base Análisis de isótopos estables de Carbono Muesta: Disolvente orgánico con compuestos orgánicos disueltos, o muestra gas con compuestos orgánicos volátiles Mezcla A+B+C GC Separación de compuestos C A B Conversión de Carbono en CO 2 Compuestos específicos CO 2 CO 2 CO 2 Gas Referencia Fuente Ionización IRMS Campo magnético m/z 44 ( 12 C 16 O 2+ ) m/z 46 ( 12 C 18 O 16 O + ) m/z 45 ( 13 C 16 O 2+ ) Page 18 Page 18 Horno de combustión 1000ºC-1030ºC Copas Faraday

19 Rango lineal Calidad analítica Linealidad: Rango de amplitudes de pico con resultados correctos Ejemplo: Análisis de δ 13 C en disolución estándar de compuestos orgánicos específicos MTBE dentro del rango lineal: resultado de δ correcto mv.. MTBE Amp 44 (mv): 5975 δ 13 C ( ): mv

20 Rango lineal Calidad analítica Linealidad: Rango de amplitudes de pico con resultados correctos Ejemplo: Análisis de δ 13 C en disolución estándar de compuestos orgánicos específicos MTBE por encima del rango lineal: resultado de δ incorrecto X MTBE Amp 44 (mv): δ 13 C ( ): X mv 500 mv

21 Calidad analítica Resumen Seguir las guías de buenas prácticas analíticas para IRMS - Selección de estándares: - Misma matriz que la muestra - Rango de δ que englobe las δ de las muestras - Número de estándares - Secuencia análisis: - Intercalar muestras y estándares - Nº de réplicas por muestra - Suficiente para garantizar la precisión del resultado (depende de la matriz y elemento a analizar) - Linealidad (rango de amplitudes) - Cálculo de diluciones y volúmenes de muestra

22 Calidad analítica Calidad analítica Precio de análisis Nº Estándares Nº Replicas Equilibrio: Nº de estándares y muestras mínimo para garantizar que las diferencias en las relaciones isotópicas proceden de las muestras y no de variaciones instrumentales

23 Gracias! Jornada de Transferencia I+D+I El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental En colaboración con