Laboratorio isotopi stabili

Responsabile: Giorgio Capasso

E-mail: giorgio.capasso@ingv.it

Collaboratore: Fausto Grassa, Aldo Sollami, Ygor Oliveri

E-mail: laboratorioisotopistabili.pa@ingv.it

Regolamento accesso ai laboratori

Laboratorio Isotopi Stabili

Il Laboratorio Isotopi stabili, ha iniziato la sua attività verso la fine degli anni ’80 all’interno dell’Istituto di Geochimica de Fluidi del C.N.R. confluito poi nell’INGV.
Il Laboratorio effettua determinazioni dei rapporti isotopici di elementi leggeri quali Idrogeno, Carbonio, Azoto ed Ossigeno, in campioni solidi, liquidi e gassosi. La composizione isotopica di una qualsiasi sostanza (una roccia, un’acqua, un gas ma anche composto di origine organica) è assimilabile ad una “impronta digitale” che consente quindi di individuare sia il processo e le condizioni ambientali nelle quali la sostanza è stata prodotta, sia di valutare qualitativamente e quantitativamente eventuali processi secondari che ne hanno modificato l’originaria composizione isotopica.

Il Laboratorio dispone di avanzate ed innovative strumentazioni analitiche basate su tecniche di spettrometria di massa IRMS (Isotope Ratio Mass Spectrometry) dotate di sistemi automatizzati che consentono di effettuare analisi isotopiche in numerose sostanze organiche ed inorganiche. Attualmente sono in funzione quattro spettrometri di massa di ultima generazione, per l’analisi dei rapporti isotopici in acque naturali (meteoriche, marine, superficiali e di falda), in condensati fumarolici, in gas vulcanici, in gas naturali ed atmosferici, in fossili ed in rocce carbonatiche.
Sono presenti anche quattro analizzatori laser, strumentazioni trasportabili che permettono di effettuare le determinazioni isotopiche anche direttamente sul campo o in laboratori mobili.

La spettrometria di massa IRMS (Isotope Ratio Mass Spectometry) era, fino a qualche anno fa, la tecnica analitica più comune per la determinazione dei rapporti isotopici in una sostanza. Tale metodologia si basa sulla iniziale ionizzazione ed accelerazione della molecola da analizzare, che sottoposta all’azione di un campo magnetico si separa in fasci di ioni in funzione del rapporto massa/carica (m/z). Gli ioni più leggeri descriveranno un raggio di curvatura minore di quelli ioni più pesanti. La misura simultanea dell’intensità di corrente di ciascun raggio ionico attraverso le “Faraday cups” permette di determinare l’abbondanza relativa degli isotopi in un dato campione.
Gli analizzatori isotopici laser sono strumenti analitici di recente sviluppo che si basano sui principi di spettroscopia ottica. Il campione, in forma gassosa e di vapore, viene introdotto nella cella di misura, dove interagisce con un raggio laser. Ciascuna delle molecole del gas assorbe la luce ad una specifica lunghezza d’onda e proporzionalmente alla loro relativa abbondanza fino a frazioni molari delle parti per trilione (10-12). Gli analizzatori laser sono meno versatili di uno spettrometro di massa in quanto possono determinare al massimo due tipologie di rapporti isotopici ma, presentano il grande vantaggio di riuscire ad effettuare misure isotopiche ad alta frequenza e direttamente in campagna, altrimenti impossibili attraverso la spettrometria di massa.

La geochimica degli isotopi stabili leggeri (H, C, N ed O) è una disciplina scientifica, nata inizialmente per studi geochimici e cosmochimici, ma che nel corso degli anni si è evoluta, trovando innumerevoli applicazioni nel campo della biologia, della archeologia, della agronomia, in ambito medico, nelle scienze forensi e non ultimo anche nel campo alimentare. In generale, nelle geoscienze la composizione isotopica rappresenta sia un indicatore genetico, sia un indicatore di processo, in quanto consente di individuare l’origine dei fluidi, ma anche di identificarne processi post-genetici quali interazione, mixing o scambio isotopico che ne hanno modificato l’originaria composizione. In particolare, si applica a studi di carattere idrogeologico per la caratterizzazione dei processi di alimentazione e di circolazione delle acque sotterranee; su fossili, speleotemi, acque meteoriche e carote di ghiaccio per studi di climatologia presente e passata; in fluidi magmatici, geotermici ed idrotermali per il monitoraggio delle aree vulcaniche attive, per valutazioni del potenziale dei sistemi geotermici naturali o per identificare le relazioni tra geodinamica terrestre e degassamento naturale.

In ambito medico, il “breath test”, un metodo non invasivo per la diagnosi dell’infezione da Helicobacter Pylori, è basato sulla semplice determinazione del rapporto isotopico del carbonio della anidride carbonica nel respiro umano. Le tecniche analitiche IRMS sono ufficialmente utilizzate dall’agenzia mondiale per il doping (WADA) per identificare fenomeni di “doping sportivo”.

In campo alimentare, attraverso la composizione isotopica del carbonio, dell’idrogeno e dell’ossigeno, è possibile identificare fenomeni di adulterazione in molti alimenti (vino ed alcoolici in genere, olio di oliva, miele, latte, succhi di frutta, farine) e in essenze naturali (vanillina, olii esseziali).

Nelle scienze forensi, la composizione isotopica può essere utilizzata come prova attraverso la comparazione del campione di interesse con altri campioni raccolti durante un’indagine e/o la comparazione con un database di riferimento.
Infine, numerosi sono gli studi di archeologia e paleodiete che si basano sulle relazioni tra dieta alimentare, ubicazione geografica e composizione isotopica dei tessuti umani.