Análise isotópica

Espectrômetro de massa de setor magnético usado na análise de razão isotópica, através de ionização térmica.

Análise isotópica é a identificação de assinatura isotópica, a abundância de certos isótopos estáveis e elementos químicos dentro de compostos orgânicos e inorgânicos. A análise isotópica pode ser usada para entender o fluxo de energia através de uma teia alimentar, para reconstruir as condições ambientais e climáticas passadas, para investigar dietas humanas e animais no passado, para a autenticação de alimentos e uma variedade de outras práticas físicas, geológicas, paleontológicas e químicas processos. Razões de isótopos estáveis são medidas usando espectrometria de massa, que separa os diferentes isótopos de um elemento com base em suas razões massa-carga.

Tecido afetado

Oxigênio isotópico é incorporado no corpo principalmente através da ingestão ao ponto em que é usado na formação de, para fins arqueológicos, ossos e dentes. O oxigênio é incorporado à apatita hidroxilcarbônica do osso e esmalte dentário.

Osso é continuamente remodelado ao longo da vida de um indivíduo. Embora a taxa de turnover de oxigênio isotópico em hidroxiapatita não é totalmente conhecido, presume-se que seja semelhante ao de colágeno; aproximadamente 10 anos. Consequentemente, se um indivíduo permanecer em uma região por 10 anos ou mais, as razões isotópicas do oxigênio no osso, a hidroxiapatita refletiria as taxas de oxigênio presentes naquela região.

Dentes não estão sujeitos a remodelação contínua e, portanto, suas razões isotópicas de oxigênio permanecem constantes desde o momento da formação. As razões isotópicas de oxigênio, então, dos dentes representam as proporções da região em que o indivíduo nasceu e cresceu. Na presença de dentes decíduos, também é possível determinar a idade em que a criança foi desmamada. A produção de leite materno se baseia na água corporal da mãe, que tem níveis mais elevados de ¹⁸O devido à perda preferencial de ¹⁶O pelo suor, urina e vapor d'água expirado.

Embora os dentes sejam mais resistentes a mudanças químicas e físicas ao longo do tempo, ambos estão sujeitos a processos pós-deposicionais diagênese. Como tal, a análise isotópica faz uso dos grupo fosfato mais resistentes, ao invés do menos abundante grupo hidroxil ou os grupos diagenéticos carbonato mais prováveis presentes.

Aplicações

A análise de isótopos tem ampla aplicabilidade nas ciências naturais. Isso inclui inúmeras aplicações nas ciências biológicas, geociências e ciências ambientais.

Arqueologia

Reconstruindo dietas antigas

Materiais arqueológicos, tais como ossos, resíduos orgânicos, cabelos ou conchas do mar, podem servir como substratos para análises isotópicas. As razões de isótopos de carbono, nitrogênio e zinco são usadas para investigar as dietas de pessoas do passado. Esses sistemas isotópicos podem ser usados com outros, como estrôncio ou oxigênio, para responder a perguntas sobre movimentos populacionais e interações culturais, tal como comércio.

Isótopos de carbono são analisados em arqueologia para determinar a fonte de carbono na base da cadeia alimentar. Examinando a razão isotópica de ¹²C/¹³C, é possível determinar se animais e humanos comeram predominantemente plantas de fixação do carbono C3 ou C4. Potenciais fontes de alimentos C3 incluem trigo, arroz, tubérculos, frutas, nozes e muitos vegetais, enquanto as fontes de alimentos C4 incluem painço e cana-de-açúcar. As razões de isótopos de carbono também podem ser usadas para distinguir entre fontes de alimentos marinhas, de água doce e terrestres.

As razões de isótopos de carbono podem ser medidas no colágeno ósseo ou mineral ósseo (hidroxilapatita), e cada uma dessas frações do osso pode ser analisada para esclarecer os diferentes componentes da dieta. O carbono no colágeno ósseo é predominantemente proveniente da proteína dietética, enquanto o carbono encontrado no mineral ósseo é proveniente de todo o carbono dietético consumido, incluindo carboidratos, lipídios e proteínas.

Para obter uma imagem precisa dos paleodietas, é importante compreender os processos de diagênese que pode afetar o sinal isotópico original. Também é importante para o pesquisador conhecer as variações dos isótopos dentro dos indivíduos, entre indivíduos e ao longo do tempo.