Aplicaciones típicas

Cuando se observan los campos en los que el IRMS puede ser empleado se nota que el IRMS es útil desde la industria alimenticia hasta las investigaciones forenses. Dado la amplia gama de aplicaciones, a muchas personas se les hace difícil observar la utilidad del IRMS, o sera que muchos se encuentran limitados a un área y por ello es difícil observar el panorama de forma completa.

En todo caso, el siguiente es un listado de aplicaciones típicas y debe ser ampliado buscando casos similares a los comentados.

Petróleo

La industria petrolera realiza análisis de IRMS principalmente por dos casos: Análisis del petróleo total (mediante EA) y análisis de fracciones (con GC). Con el estudio buscan observar si los pozos petroleros se encuentran vinculados entre si así como el origen del petróleo.

La industria petrolera normalmente mide C y solo en algunas ocasiones se interesan en H u otros elementos.

Miel

Principalmente empleado para identificar adulteración de Miel con azúcar, existe una norma AOAC con el método para el análisis de C por EA-IRMS y en la actualidad se esta trabajando en un método para C por LC-IRMS.

Tanto el LC-IRMS como el EA-IRMS puede ser empleado también para identificación de origen de la miel, un parámetro que puede ser fundamental en algunos casos.

Carbonatos

De especial interés en el caso de la geología, el análisis de carbonatos en rocas u otras muestras es un análisis clásico por IRMS. Este habla sobre la temperatura de formación del carbonato, si como el medio en el que fue formado.

Etanol en licores

De especial interés en las aduanas, el análisis IRMS de etanol en licores se realizar para verificar si licor no fue adulterado o si el mismo es la fuente (origen) del etiquetado. Es el Champang de la provincia de Champaña en Francia? Es el Tequila realmente del agave y en México o fue mezclado con etanol proveniente de la caña de azúcar?

Gas natural (Metano – CH₄)

Caso similar a los anteriores, el análisis de IRMS en metano se realizar para verificar si pozos del gas están vinculados entre si y mas importante aun, para conocer si el metano es generado debido al proceso natural de descomposición de la materia orgánica o es asociado al petróleo.

N₂O

Este análisis se ha realizado tradicionalmente en el aire mas un grupo en la Universidad de Princeton desarrollaron un método en el que se emplean bacteria para la conversión de las formas nitrogenadas en N₂O. El sistema emplea un espacio de cabeza de CF como entrada al IRMS.

Doping

Posiblemente todas las personas han escuchado sobre el caso de Neil Anstrom y su caso de uso de esteroides o Dopage; así mismo es posible que todos tengan presente casos de abuso de esteroides al observar los concursos de fisicoculturismo.

En todo caso lo importante es tener presente que existe una agencia mundial en contra del dopage (WADA) y que dicha agencia regula los métodos y las medidas que deben realizarse durante cada concurso/torneo.

Las medidas se realizan en un laboratorio certificado por la WADA, siendo que cada vez que existe un mundial de football, olimpiadas u otro evento de tal magnitud, se debe habilitar un laboratorio certificado por la WADA en la localidad del evento deportivo Un análisis esencial dentro del laboratorio certificado es un GC-IRMS. Las muestras son analizadas y se observa si los esteroides so producidos de forma natural (por el cuerpo humano) o no.

En este GC-IRMS miden solamente dC.

CO₂ en aire

Aquí se plantea principalmente una prueba medica en la que se toma una muestra del exhalado respiratorio (breath) de una persona para verificar si tiene un tipo de bacteria en el estomago. La prueba es muy sencilla y puede ser realizada con equipos IRMS básicos sin intervenciones quirúrgicas o pruebas invasivas.

Movimientos

Movimientos migratorios de animales, lugares en los que una persona ha vivido, rastreo de compuestos dentro de un sistema (ambiental u orgánico) y, mas recientemente, cadenas de distribución de drogas pueden ser determinadas con el uso de un simple EA-IRMS. Donde el análisis multielemental puede dar muchísima mas información y es altamente recomendado.

Las entradas y formas de medida

El IRMS solo sirve únicamente para medir el gas de monitoreo o cualquier muestra (que en forma gaseosa) se inyecte dentro del IRMS. Esto elimina la gran mayoría de muestras de interés, tales como sólidos y líquidos

El problema se soluciona de forma muy simple, al IRMS se le coloca una entrada la cual permite transformar la muestra a forma gaseosa y adicional mente separa los gases de forma que al IRMS entre solo el gas de interés (o ninguno que pueda interferir con el análisis).

Lo que abre la puerta a mencionar algo básico del IRMS y es que cada uno de los isotopos se mide en forma gaseosa. De forma que el H (dH) se mide como H₂, el C (dC) se mide como CO₂, el S (dS) se mide como SO_2, el N (dN) como N₂ o N₂O, mientras que el O (dO) se mide como CO.

Para la medida de H se estarían buscando masas 2 y 3 (posibles mezclas de H¹ y H²), para la medida de C serian las masas 44 y 45 (C¹² + 2O¹⁶ y C¹³ + 2O¹⁶), cálculos similares se realizan para la medida de los otros elementos.

Cabe mencionar que en el IRMS se miden solo esos 5 elementos (CHNOS), a excepción de algunas pocas aplicaciones de Br metilado, por lo que un equipo que cubra masas de hasta 100 u.m.a. puede cubrir todo el intervalo de medida haciendo equipos con masas superiores a 100 u.m.a. algo innecesario.

Análisis Elemental (EA)

El EA es una entrada natural para el IRMS ya que el procedimiento del EA implica la producción del gas elemental en la forma que el IRMS requiere.

La producción de CO₂ y SO₂ se realiza mediante una combustión, mientras que la del N₂ implica una combustión seguido de una reducción y la de H₂ y CO se realiza mediante pirólisis.

Los EA también hacen una separación de los gases producidos ya que el detector suele se un TCD (detector de conductividad térmica), por lo que se requiere de la separación para la apropiada cuantificación elemental, así que por donde se observe, el EA es una muy buena entrada para el IRMS.

Con el EA se pueden medir muestras solidas o liquidas, con posibilidad de inyección de gases, mas esa opción es poco empleada en el EA ya que los gases se suelen medir mediante GC.

El EA-IRMS permite hacer un análisis del delta (d) relacionado con la muestra entera (o bulk) sin separación de los componentes de la muestra.

Cromatografia de Gases (GC)

El GC permite la separación de los componentes de la muestra, ya que como toda cromatografia hace una separación de las moléculas dentro de la muestra. Es por ello que es empleada en el análisis es compuestos específicos (specific compounds).

En algunos casos las muestras pueden ser inyectadas directamente dentro del GC, en otros es necesario realizar una derivatización de los analitos para formar compuestos volátiles Todo esto acorde con un GC tradicional.

 

A la salida del GC se ubica una interfase que permite convertir los compuestos en el gas adecuado de análisis en el IRMS, es decir, CO₂, H₂, N₂... Esta interfase es el corazón del GC-IRMS y es la que permite obtener o no buenos resultados. Es también, en gran medida, la que limita el análisis ya que permite el análisis de un elemento a la vez. Resultando en que de querer analizar C y H en una muestra mediante GC-IRMS, es necesario hacer una inyección para medida de C, modificar la interfase y realizar la inyección para la medida de H. Esto implica que los laboratorios tienen que organizarse para realizar la medida de un elemento a la vez. Es posible que esto cambie en el futuro, con los grandes avances de la ciencia y la instrumentación, mucho software y algo de quimiometria hace que todo sea posible.

En todo caso, los últimos avances en GC-IRMS son básicamente de software, dejando a la disposición del análisis de IRMS todas esas bondades (triviales) que el software de GC tiene (mapeo de picos, calibraciones, etiquetado de picos...)

Espacios de cabeza

Existen dos tipos de espacios de cabeza para conectar al IRMS, uno que trabaja a flujo continuo (CF) y otro conocido como Dual Inlet (DI) que trabaja en vacío

El DI es mas preciso que el CF ya que en el CF el He empleado como gas de arrastre hace una dilución de la muestra durante el transporte.

El ejemplo típico es el análisis de Carbonatos, donde se adiciona ácido fosfórico a la muestra para liberar el carbonato en forma de CO₂.

Otras reacciones se emplean para liberar un gas en forma útil para medir en el IRMS, así como también casos donde la muestra debe ser equilibrada o solo es de interés el análisis de la parte volátil de la misma. Etanol en licores es un ejemplo de muestra equilibrada y análisis de volátiles, mientras que el análisis de carbono inorgánico disuelto (DIC) es un ejemplo de una reacción en la que se emplea el espacio de cabeza.

Cromatografia Liquida (LC)

El LC sumamente empleado en la industria de alimentos y farmacéutica se ha limitado a básicamente una aplicación en LC-IRMS, el análisis de C en miel.

Similar al GC-IRMS, el corazón del LC-IRMS esta en la interfase la cual tiene muchas mas funciones que la interfase del GC ya que debe realizar la conversión sumado a un severo secado del gas.

En LC-IRMS se emplea agua como fase móvil implicando que son pocos los compuestos que pueden ser analizados y que algunos equipos requieran de cambio de filamento con mucha frecuencia.

El motivo por el cual se requiere agua como fase móvil en LC-IRMS puede ser deducido. Las fases móviles tradicionales emplean solventes y buffer, los cuales tienen señal isotópica haciendo que la linea base sea demasiado alta para el análisis

Otras entradas (Análisis de gases)

Hay otras entradas menos empleadas y las cuales son básicamente para casos en los que se hace inyección directa de gases dentro del IRMS. Tal es el caso del análisis de gases naturales en el aire.