Noggrannare spårbarhet med isotopanalys

Laboratorier utför allt oftare analyser på isotoper eftersom isotopanalyser kan ge unika resultat.

En snabb repetition: isotoper är atomer från samma kemiska grundämne med samma antal protoner, men ett annat antal neutroner i atomkärnan. Två atomer med samma antal protoner och olika antal neutroner betraktas som två isotoper av samma grundämne (till exempel kol-12 och kol-13). Antalet neutroner bestämmer bland annat hur stabil kärnan är och, i kombination med antalet protoner, atommassan. De flesta ämnen har flera stabila isotoper (mellan två och tio). Vissa isotoper är instabila (eller radioaktiva) och andra är stabila. I naturen finns ett ämnes isotoper alltid i samma förhållanden (ratios). Emellertid kan fördelningen av isotoper av samma ämne ändras om ämnena till exempel har olika geografiska eller syntetiska ursprung. Externa faktorer som klimat eller geografi kan dessutom orsaka skillnader. Genom att mäta fördelningen av två stabila isotoper av samma ämne och jämföra med andra mätningar, kan vi dra vissa slutsatser om de uppmätta provernas ursprung.

Fingeravtryck

“Fördelningen av stabila isotoper i samma ämne (ratios) skapar ett slags fingeravtryck“, förklarar Jack de Jong, produktchef på Air Liquide. “Detta kan hjälpa oss att spåra ursprunget hos livsmedelsprodukter och läkemedel. Tekniken är lika användbar för att mäta växthusgaser i atmosfären eller geokemiska mätningar för att optimera borrning av olja och gas.“

“För exakt och konsekvent mätning av stabila isotoper är det absolut nödvändigt att det mätinstrument man använder kalibreras med en tillförlitlig referens. Air Liquide kan erbjuda sådana referenser som visar ett “fingeravtryck” för specifikt spårbara och stabila isotoper, antingen som en ren gas (som CO₂ eller CH₄) eller som en gasblandning bestående av flera komponenter. Med dessa gaser kan användaren på ett tillförlitligt sätt mäta koncentrationen av den stabila isotopen jämfört med koncentrationen av ämnets vanligast förekommande stabila isotop (deltavärden). Gaserna finns i olika flaskstorlekar och är lämpliga för en mängd olika forskningsapplikationer.“

Äkta italiensk olivolja?

“Isotope Ratio Mass Spectrometry (IRMS) kan användas för att bestämma äktheten och kvaliteten på livsmedelsprodukter som vin, honung, olivolja, ost, kött och ris. Det beror på att “fingeravtrycket“ som avslöjats genom isotopfördelningen (ratio) innebär att dess källa med säkerhet kan bestämmas och göra det lättare att förebygga fusk med ursprunget. Analyser av stabila isotoper kan också användas i miljöforskningsprojekt, t ex för att datera grundvatten, konstatera förorening av deponi, undersöka ursprunget till nitrater i grundvatten och för att bedriva forskning om vegetation samt växthusgaser i atmosfären.“

Effektiv borrning av olja och gas

“Isotopanalys kan innebära betydande besparingar för olje- och gasindustrin. Genom att analysera kolväten i bergformationer och vätskor kan vi bestämma deras geologiska historia. Isotopanalys kan sedan fungera som ett diagnostiskt verktyg för att bestämma om oljan eller gasen från två olika källor kommer från samma plats. Källans produktion kan sedan optimeras, vilket minskar kostsamma undersökningsborrningar.“

“Den medicinska sektorn utnyttjar också isotopanalys, t ex för att identifiera ursprunget för specifika läkemedel och även för diagnostisk testning genom andningsanalys. Om sådana tester avslöjar avvikelser i den stabila isotopfördelningen jämfört med referensvärdena, kan detta indikera en gastrisk störning.“

Standardiserade referensmaterial

I teorin kan laboratorier utveckla sina egna referensmaterial, men tillförlitligheten och noggrannheten för dessa referenser kanske inte kan säkerställas, något som skulle kunna äventyra mätningarnas spårbarhet. Arbetet är också komplicerat och tidskrävande.

“Air Liquides FoU-avdelningar arbetar för att maximera tillförlitligheten hos våra referensmaterial. Vi deltar för närvarande i ett gemensamt europeiskt projekt för att utveckla “Primära referensmaterial“ i samarbete med nio partners, främst forskningsinstitut och universitet. Dessa kommer att fungera som ett metrologiskt ankare för framtida mätningar och kalibreringar.“

“Dessutom har vi samarbetat med två ledande OEM-tillverkare (Original Equipment Manufacturer) som tillverkar utrustning för att mäta stabila isotoper. Inom dessa samarbeten levererar vi standardiserade referensgaser för specifika mätningar med deras utrustning. Vi kan också erbjuda expertis och FoU åt laboratorier för att hjälpa till att lösa deras analytiska problem.“