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Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
Grup de Mineralogia Aplicada i Medi Ambent (MAiMA)
Departament de Mineralogia, Petrologia i Geologia Aplicada
Facultat de Ciències de la Terra, Universitat de Barcelona
http://www.ub.edu/minegeo
Base teórica de
Geoquímica Isotópica
Albert Soler Gil
Director del grupo de Mineralogia
Aplicada y Medioambiente
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
ISÓTOPOS
Los isótopos de un elemento son átomos con igual número
atómico pero distinta masa atómica.
Ejemplo carbono:12C 13C 14C
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
ISÓTOPOS
Nú
me
ro d
e p
roto
ne
sLos isótopos estables son aquellos que no sufren
un decaimiento radioactivo
Número de neutrones (modificado de Clark and Fritz, 1997)
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
ISÓTOPOS
Isótopos ambientales
ISÓTOPOS
RADIOACTIVOS
ISÓTOPOS
ESTABLES
No se desintegran de forma
espontánea
Ejemplos: 18O, 2H, 13C, 34S, 15N,
Se desintegran emitiendo
partículas α, β, γ
Ejemplos: 3H (Tritio), 14C
Uso como trazadores
del origen de los
solutos y procesos
Usados para
determinar la edad
(datación)
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
COMPOSICIÓN ISOTÓPICA
se expresa por convención respecto a un estándar de referencia
Se conoce como desviación isotópica “d”
d18OH2O muestra=(18O/16O)muestra-(
18O/16O) estándar
(18O/16O) estándar
X103
d18OH2O muestra < 0 la muestra esta empobrecida en 18O
d18OH2O muestra > 0 la muestra esta enriquecida en 18O
d2H VSMOW: Viena Standard Mean Ocean Water
d18O VSMOW: Viena Standard Mean Ocean Water
d13C VPDB: Viena Pee Dee Belemnite
d34S VCDT: Viena Cañon Diablo Troilite (FeS)
d15N : Aire
d18OH2O muestra ‰
R= 18O/16O
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
COMPOSICIÓN ISOTÓPICA
La composición isotópica puede variar debido a distintos procesos:
1.- Mezcla entre compuestos con diferente composición isotópica.
d18OM = d18OA·XA + d18OB·XB
d18OM
d18OA d18OB
d18O ‰
d2H
‰
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
0 -10 -20 -30 -40 -50 -60
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO
La composición isotópica puede variar debido a:
2.- Reparto de los diferentes isótopos a lo largo de procesos físicos
Fraccionamiento isotópico.
d2H d18O
d2H d18O
d2H d18O
d2H d18O
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO
La fuerza de enlace es función de la masa del isótopo
ligeras diferencias entre las propiedades físicas y químicas
FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO en el ciclo del agua.
Propiedades 1H216O 2H2
16O
T ebullición (°C) 100.00 101.42
d2H d18O
d2H d18O
d2H d18O
d2H d18O
d18O
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO
La composición isotópica del agua refleja su origen y procesos sufridos
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
16O
14N
16O
16O
FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO
La composición isotópica puede variar debido a:
Reparto de los diferentes isótopos en distintos compuestos a lo largo de
procesos químicos Fraccionamiento isotópico.
15N
16O
16O 16O
Ej. Reacción de desnitrificación:
4NO3- + 5CH2O + 4H+ 2N2 + 5HCO3
- + 7H2O
16O
14N
18O
16O
15N
16O
16O 16O
16O
14N
16O
16O
15N 14N
14N 14N
14N 14N
15N 14N
14N 14N
14N 14N
14N 14N
d15N = 0 per mil + 4 ‰ d15N = - 4 ‰
14N 14N
15N
16O
16O 16O 14N 14N
14N 14N
14N 14N
REACCIÓN
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO
0
2
4
6
8
10
12
0 2 4 6 8 10Tiempo (d)
Co
ncen
tració
n (
mg
/L)
-30
-28
-26
-24
d1
5N
(‰
)
Enriquecim
iento
en isóto
po p
esado
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO
d1
8O
[ d15N]
Fraccionamiento isotópico.
Ej. Reacción de desnitrificación:
4NO3- + 5CH2O + 4H+ 2N2 + 5HCO3
- + 7H2O
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO
Cl4-C2
H-Cl3-C2
Disminución fraccionamiento observable fraccionamiento no detectable
C 1:2
C 1:1
C 1:1
C 1:8
C 1:6
C 1:15
C 1:12
Page 13
El fraccionamiento isotópico es diluido por el número de átomos de la
molécula disminuyendo con el número de átomos de la molécula.
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO
Algunos procesos no comportan fraccionamiento isotópico (negligible):
Disolución, Dispersión, Sorción, Dilución, etc.
100C
C1%B
0
t
La concentración del contaminante “in situ”
Solo la degradación representa una disminución de la masa de contaminante.
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO
100C
C1%B
0
t
Cálculo de eficiencia de
descontaminación
100R
R1[%]B
1000
0
t
Sustitución de las concentraciones por las relaciones
isotópicas mediante la ecuación de Rayleigh
La concentración del contaminante “in
situ” es influenciada por diversos
procesos
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
A partir de experimentos en sistema cerrado se puede calcular el valor
del fraccionamiento, en aquellos casos en que no sea conocido.
FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO
Jornada de Transferencia I+D+I. El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
Jornada de Transferencia I+D+I El uso de los isótopos en la resolución de problemas de contaminación ambiental
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