Comprendiendo el fraccionamiento isotópico

El fraccionamiento isotópico de los isótopos estables de carbono, el carbono-13 (C13) y el carbono-12 (C12) se refiere a la fluctuación en las razones de isótopos de carbono como resultado de los procesos bioquímicos naturales como una de su masa atómica (Taylor, 1987). Estas variaciones no están relacionadas con el tiempo y el decaimiento radiactivo natural. La corrección de las actividades del radiocarbono con el fraccionamiento de las muestras es una práctica común en los laboratorios de radiocarbono. Las edades resultantes son conocidas como “normalizadas”, es decir, la actividad medida se modifica en relación a -25 o/oo (por mil) con respecto al estándar VPDB. El factor de corrección debe ser añadido o sustraído de la edad de radiocarbono convencional.

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Beta Analytic incluye las mediciones de δ13C en el precio de la datación por C14. El laboratorio también realiza mediciones de δ13C de manera independiente al análisis de C14, con la excepción de las muestras de agua. Si desea conocer nuestros precios, por favor envíe un correo electrónico al laboratorio.

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La importancia de medir el fraccionamiento isotópico

Para generar determinaciones radiocarbónicas exactas y precisas, es necesario corregir el “fraccionamiento isotópico” usando los isótopos 13C y 12C. Esta corrección elimina el error introducido por las diferencias en las vías metabólica y respiratoria entre el material del estándar de referencia moderno y el material de la muestra. La unidad de medida se denomina “δ13C”.

Beta Analytic mide dos valores δ13C:
– Uno es el valor aplicable para corregir el fraccionamiento total (natural, químico y derivado de AMS).
Este valor no es citado en el informe, pero se utiliza para generar la “Edad de Radiocarbono Convencional” correcta. Importante: Convencionalmente, el uso de la terminología “Edad de Radiocarbono Convencional” en un informe indica que el resultado ha sido corregido en función del fraccionamiento isotópico.

– Beta también mide un segundo valor δ13C en un espectrómetro de masas de relaciones isotópicas (IRMS δ13C). Este valor es representativo de la muestra misma y es citado en el informe. Éste es el valor que la literatura especializada espera.

En contraste, citar el valor “AMS δ13C” es confuso y se presta a interpretaciones equivocadas. Los usuarios de radiocarbono siempre deberían considerar si el valor δ13C que están usando en su investigación es el valor IRMS δ13C o el valor AMS δ13C. Si se trata del valor AMS δ13C, no puede utilizarse en estudios de vías alimentarias o metabólicas. Los valores δ13C citados en los informes de Beta siempre son los valores medidos en el IRMS.

Ocurrencia y medición del fraccionamiento isotópico

AMS lab

El fraccionamiento durante la transferencia geoquímica de carbono en la naturaleza produce variaciones en la distribución de equilibrio de los isótopos de carbono (12C, 13C y 14C). Craig (1953) fue el primero en identificar por primera vez que ciertos procesos bioquímicos alteran el equilibrio entre los isótopos de carbono. Algunos procesos, como la fotosíntesis, favorecen un isótopo sobre el otro. Después de la fotosíntesis, el isótopo C13 se agota en 1,8% en comparación con sus proporciones naturales en la atmósfera (Harkness, 1979). A la inversa, el carbono inorgánico disuelto en los océanos suele ser enriquecido con 13C en un 0,7% en comparación con el dióxido de carbono atmosférico.

El grado de fraccionamiento isotópico en la razón 14C/12C (que debe ser medida con precisión) es aproximadamente el doble de la razón 13C/12C medida. Si el fraccionamiento isotópico ocurre en procesos naturales, la corrección puede realizarse mediante la medición de la razón del isótopo 13C en comparación con el isótopo 12C en la muestra que está siendo datada. La razón se calcula utilizando un espectrómetro de masas común. La composición isotópica de la muestra que se está midiendo se expresa como delta13C, que representa la diferencia de partes por mil entre el contenido de carbono-13 de la muestra y el estándar internacional PDB de carbonato (Keith et al, 1964; Aitken, 1990). Por tanto, un valor d13C representa la desviación por mil (partes por mil) en relación al estándar PDB. PDB se refiere a la formación de belemnitas del Cretáceo en Pee Dee, Carolina del Sur, EE.UU. Esta nomenclatura ha sido modificada recientemente a VPDB (Coplen, 1994).

El valor δ13C de una muestra puede producir información importante sobre el entorno de donde proviene la muestra o sobre las mezclas de materiales utilizados en su producción ya que el valor isotópico de la muestra refleja la composición isotópica del entorno inmediato. En el caso de los crustáceos, por ejemplo, las conchas marinas suelen tener un valor de dC13 de entre -1 y +4 o/oo (por mil), mientras que las conchas encontradas en ríos tienen un valor de -8 y -12 o/oo (por mil). Por tanto, si no se conoce el entorno de una concha, es posible determinar el entorno más probable analizando el resultado de dC13.

El fraccionamiento también describe variaciones en las razones isotópicas de carbono provocadas por causas naturales. Por ejemplo, las muestras pueden ser fraccionadas en el laboratorio mediante procesos diferentes: conversión incompleta de la muestra de una etapa a otra o de una parte del laboratorio a otra. En el Recuento de Centelleo Líquido, por ejemplo, la síntesis incompleta de acetileno durante la preparación del carbonato de litio puede resultar en un bajo rendimiento y fraccionamiento simultáneamente. De manera similar, la transferencia de gases en un sistema de vacío puede implicar en errores de fraccionamiento si no ha sido permitido que la muestra de gas se equilibre a lo largo del volumen total. Los átomos de masa mayor o menor podrán ser favorecidos en una situación como esta. Si, sin embargo, se convierte completamente toda la muestra de una forma a otra (por ejemplo, de sólido a gas, de acetileno a benceno), el laboratorio no hace ningún fraccionamiento.

Edades convencionales de radiocarbono (BP) y corrección C13/12

Una medición de radiocarbono, conocida como edad convencional de radiocarbono (o ECR), se obtiene utilizando un conjunto de parámetros descritos por Stuiver y Polach (1977), en la publicación “Radiocarbon”. Un nivel de actividad de C14 independiente del tiempo para el pasado es asumido en la medición de la ECR. La actividad de este nivel hipotético de actividad de C14 es igual a la actividad del estándar de radiocarbono internacional absoluto.

La edad convencional de radiocarbono (BP) se calcula utilizando la ecuación del decaimiento del radiocarbono

t=-8033 ln(Asn/Aon)

Donde -8033 representa el tiempo promedio de vida del 14C (Stuiver y Polach, 1977). Aon es la actividad en recuentos por minuto del estándar moderno; Asn es el rpm equivalente para la muestra; e ‘ln’ representa el logaritmo natural.

La ECR comprende las siguientes convenciones recomendadas:

  • una vida promedia de 5.568 años;
  • el uso de ácido oxálico I o II como estándar moderno de radiocarbono;
  • la corrección con el fraccionamiento isotópico de la muestra (δ13C) para un valor normalizado o de base de -25.0 por mil en comparación con la razón de δ13C en el estándar VPDB de carbonato (más sobre fraccionamiento y δ13C);
  • el uso del año 1950 DC como BP = 0;
  • la suposición de que todos los reservorios de C14 permanecerán constantes a lo largo del tiempo.