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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
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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
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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)
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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)
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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
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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
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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
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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
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FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO
La composición isotópica del agua refleja su origen y procesos sufridos
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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
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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
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FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO
d1
8O
[ d15N]
Fraccionamiento isotópico.
Ej. Reacción de desnitrificación:
4NO3- + 5CH2O + 4H+ 2N2 + 5HCO3
- + 7H2O
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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
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El fraccionamiento isotópico es diluido por el número de átomos de la
molécula disminuyendo con el número de átomos de la molécula.
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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.
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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
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A partir de experimentos en sistema cerrado se puede calcular el valor
del fraccionamiento, en aquellos casos en que no sea conocido.
FRACCIONAMIENTO ISOTÓPICO
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