Uso da análise da razão isotópica na resolução de problemas complexos

A unidade da ALS em Luleå (Suécia), é um dos poucos laboratórios especializado no mundo que fornece serviços de análise para determinação da razão isotópica voltada para uma ampla variedade de elementos químicos. A unidade realiza a análise de elementos radiogênicos tradicionais e de analitos como: estrôncio (Sr), neodímio (Nd), plutônio (Pu), urânio (U); testes para isótopos estáveis leves (lítio, boro, silício); e estáveis pesados, como prata (Ag), cálcio (Ca), cádmio (Cd), ferro (Fe), magnésio (Mg), molibdênio (Mo), silício (Si) e zinco (Zn). Esse tipo de análise funciona como uma captura de "impressão digital" do material, fornecendo informações valiosas sobre a origem ou a idade geológica de amostras. A técnica permite rastrear fontes de poluição ambiental e monitorar exposições a contaminantes, auxiliando na resolução de problemas ambientais e geológicos de alta complexidade.

A composição isotópica de um elemento é influenciada por fatores como: sua origem, exposição a processos de intemperismo, interações biológicas e bioquímicas, e a idade geológica do material. O interessante é que a existência desses fatores de variações permite a obtenção de informações valiosas para identificar características específicas e realizar diagnósticos em diferentes aplicações.

A análise de razão isotópica mede com precisão diferenças sutis nas proporções de isótopos de um elemento, sendo uma ferramenta poderosa áreas da geologia, geocronologia, geoquímica, ciências forenses, nutrição humana, estudos de saúde e arqueologia. Um exemplo bem conhecido dessa aplicação é a datação por radiocarbono, que utiliza a proporção entre carbono-14 e carbono-12 para determinar a idade de materiais orgânicos com precisão, cobrindo um período de até 60.000 anos.

A espectrometria de massa de razão isotópica (IRMS) é amplamente empregada na medição de isótopos estáveis de elementos leves, como carbono (C), nitrogênio (N), enxofre (S), oxigênio (O) e hidrogênio (H). No entanto, a análise de isótopos estáveis de elementos mais pesados, como metais, apresenta desafios adicionais devido às baixas concentrações desses elementos em boa parte das amostras ambientais. Para superar essas limitações, são necessárias instrumentações especializadas e, frequentemente, processos de pré-concentração.

 

Os testes de razão isotópica para elementos pesados têm aplicações específicas em áreas como rastreamento de contaminação ambiental, determinação de proveniência geológica e estudos de interações químicas complexas. A Tabela 1 resume algumas das análises mais comuns e suas aplicações.

Recursos da ALS para análise de razão isotópica

No setor, a ALS em Luleå possui mais de 30 anos de experiência em pesquisa e testes comerciais para análise de razão de isótopos estáveis utilizando instrumentação ICP-MS (espectrometria de massa com plasma indutivamente acoplado - Inductively coupled plasma mass spectrometry) de campo setorial de alta resolução (ICP-SFMS - Espectrometria de Massas com Fonte de Plasma Induzido de Setor Magnético - Inductively Coupled Plasma Sector Field Mass Spectrometry) e ICP-MS multicoletor (MC-ICP-MS - Espectrometria de Massas com Plasma Indutivo Acoplado - Multicoletor multicollector inductively coupled plasma mass spectrometer). A equipe de especialistas fez contribuições substanciais para o campo da análise de razão isotópica com 170 publicações revisadas por pares. A ALS Luleå oferece análises de razão isotópica para mais de 20 sistemas isotópicos estáveis e radiogênicos em uma variedade de matrizes de amostra e com alta precisão, mesmo onde as concentrações de amostra são muito baixas. A maioria dos testes de razão isotópica exigem alta precisão, pois apresentam pequenas diferenças observáveis nas razões isotópicas para a maioria dos elementos. O MC-ICP-MS é utilizado para as medições de proporção de isótopos mais exigentes, onde é necessária a melhor precisão possível. Por exemplo, a datação por idade de rochas e meteoritos usando proporções isotópicas de samário e neodímio requer uma precisão de pelo menos 0,002%, o que só pode ser alcançado via MC-ICP-MS. As incertezas com ICP-SFMS são maiores, variando de cerca de 0,05-1% (dependendo do teste), mas são suficientes para algumas aplicações. Os resultados dos testes para razões isotópicas são normalmente relatados como valores delta (δ) em unidades de partes por mil (‰), que se relacionam com os padrões de referência internacionalmente aceitos para cada sistema de isótopos.

Requisitos e opções de teste de razão isotópica

Os testes de razão isotópica podem ser realizados para uma ampla variedade de matrizes, incluindo (mas não se limitando a):

• Águas naturais e oriunda de processos industriais
• Águas residuais
• Solos
• Sedimentos
• Aerossóis
• Biota
• Produtos alimentícios
• Material agrícola
• Amostras clínicas
• Material arqueológico
• Metais e ligas

Os testes de razão isotópica e os requisitos de aplicação são complexos. Os especialistas da ALS fornecem suporte para os clientes que desejam verificar quais as opções mais apropriadas. Assim é possível apresentar os casos que necessitam de técnicas personalizadas de preparação de amostras, como remoção de matriz, pré-concentração de analitos e purificação, além da análise por IRMS.

Nossos químicos podem aconselhar sobre quantidades de amostragem e técnicas de preparação necessárias para diferentes matrizes e que consigam atender às quantidades mínimas ou recomendadas exigidas para realização dos métodos (conforme mostrado na Tabela 2). 

Sistema de Isótopos			Isótopos Medidos	ICP-SFMS	MC-ICP-MS
				Mínimo Absoluto Quantidade (ng Total)	Mínimo Absoluto Quantidade (ng Total)	Recomendado Absoluto Quantidade (μg Total)
Boro		B	10, 11	100	1000	10
Cálcio		Ca	42, 43, 44	-	2500	25
Cádmio		Cd	110, 112, 113, 114	-	250	2,5
Cromo		Cr	52, 53	-	5000	50
Cobre		Cu	63, 65	-	2500	25
Ferro		Fe	54, 56, 57	-	5000	50
Chumbo		Pb	204, 206, 207, 208	0,5	250	2,5
Lítio		Li	6, 7	50	500	5
Magnésio		Mg	24, 25, 26	-	2500	25
Mercúrio		Hg	199, 200, 201, 202	-	100	1
Molibdénio		Mo	92, 94, 95, 96, 97, 98	-	250	2,5
Nickel		Ni	60, 62	-	7500	75
Ósmio		Os	187, 188, 189, 190, 192	0,0005	50	0,5
Plutónio		Pu	239, 240, (242)	0,00025	-	-
Rádio		Ra	226, (228)	0,00005	-	-
Rénio		Re	185, 187	-	250	2,5
Selénio		Se	77, 78, 82	-	5000	50
Silício		Si	28, 29, (30)	-	5000	50
Estrôncio		Sr	86, 87, (88)	250	1000	10
Tálio		Tl	203, 205	-	100	1
Tório		Th	230, 232	50	200	-
Urânio		U	234, 235, 236, 238	0,05	100	1
Zinco		Zn	64, 66, 68	-	5000	50

A ALS na Suécia oferta os testes mais rápidos disponíveis para análise de razão isotópica de elementos pesados, com tempos de resposta de rotina de 6 a 10 dias úteis (após o recebimento de amostras na ALS Suécia) e com análise rápida possível para alguns testes.

Entre em contato com o time comercial da ALS no Brasil pelo email ambiental.br@alsglobal.com e solicite mais informações sobre as opções de testes para razão isotópica com a ALS na Suécia.