Abbondanza isotopica

Si definisce abbondanza isotopica il rapporto espresso in percentuale tra il numero di atomi di un determinato isotopo di un elemento ed il numero totale di atomi totali dell’elemento stesso, presenti in un campione.

Rapporto di abbondanza

La quantificazione del rapporto tra due isotopi dello stesso elemento ha un notevole potenziale per stabilire se due elementi chimicamente simili hanno provenienza diversa, in relazione alla differenza delle fonti originarie. La distribuzione isotopica caratterizzante le fonti può essere influenzata da fenomeni di natura diversa che a loro volta possono determinare variazioni significative nei prodotti finali. Tali variazioni possono essere rilevate dalle tecniche di analisi degli isotopi stabili, infatti molti elementi chimici hanno isotopi utili a tali scopi.

Il continuo progresso della tecnologia ha permesso lo sviluppo di strumentazioni in grado di misurare piccolissime variazioni nell’abbondanza di isotopi stabili con una elevata precisione e accuratezza (spettrometria di massa). Pertanto, ad oggi, risulta disponibile una vasta gamma di misure isotopiche per le applicazioni in differenti campi della scienza.

La composizione isotopica di un campione è uguale al rapporto tra l’abbondanza della forma isotopica pesante rispetto a quella leggera, (esempio 13C/12C) e si esprime come deviazione, in parti per mille, da un materiale standard di riferimento individuato a livello internazionale. L’abbondanza isotopica è espressa secondo l’equazione riportata di seguito:

dove Rcampione è il rapporto tra le abbondanze delle masse relative all’isotopo pesante e a quello leggero, e Rstandard è il rapporto di abbondanza di un materiale di riferimento. Questa grandezza viene normalmente espressa in unità ‰ (moltiplicando per 1000). Un valore positivo di δ indica che l’isotopo pesante è arricchito nel campione rispetto allo standard mentre un valore negativo indica che nel campione l’isotopo pesante è impoverito.

La possibilità di differenziare due campioni in base all’analisi isotopica è legata al fenomeno di frazionamento isotopico influenzati da processi chimici (es. nitrificazione, ammonificazione), fisici (es. evaporazione e condensazione) e biologici (es. fotosintesi, assimilazione, escrezione).

Questi possono, infatti, alterare la marcatura isotopica dei composti, provocando un frazionamento della distribuzione degli isotopi tra i reagenti e i prodotti e producendo una variazione del delta isotopico dei prodotti rispetto ai reagenti. Con i termini di “firma”, “marcatura” o “composizione” si intendono quindi i valori isotopici che si determinano a fronte di questi processi e che caratterizzano in modo caratteristico un dato campione ambientale.

Abbondanza isotopica relativa

Dato che la maggior parte degli elementi chimici è costituita una miscela di due o più isotopi, per precisare la costituzione isotopica di un elemento, si introduce l’abbondanza isotopica relativa, definita, per ogni isotopo, come la percentuale in massa con cui esso è presente nell’elemento.