Izotopii reprezintă speciile de atomi care au acelaşi număr atomic Z şi număr de masă A diferit (adică acelaşi numar de electroni şi protoni, dar număr de neutroni diferit). Deosebirile în proprietăţile fizice şi chimice ale unui element ce se datorează diferenţelor dintre masele atomice se numesc efecte izotopice. Ele sunt mai pronunţate la elementele uşoare: H, C, N, O, S.
Cercetările în domeniul Spectrometriei de Masă de Rapoarte Izotopice (IRMS – Isotope Ratio Mass Spectrometry), tehnică ce permite măsurarea rapoartelor izotopice ale aşa-numitelor „bioelemente” (2H/1H; 13C/12C; 15N/14N şi 18O/16O) la abundenţe naturale, constituie o preocupare de tradiţie în Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Tehnologii Izotopice şi Moleculare din Cluj-Napoca.
Principalele aplicaţii ale spectrometriei de masă de rapoarte izotopice dezvoltate şi aplicate în mod curent în cadrul institutului nostru sunt legate de siguranţa şi securitatea alimentară, pe de o parte, iar pe de altă parte de cercetări în domeniul ştiinţei mediului.
Siguranţa şi securitatea alimentară
Aplicabilitatea Spectrometriei de Masă de Rapoarte Izotopice (IRMS) în acest domeniu este dată de faptul că fiecare plantă păstrează în „memoria” sa amprenta locului în care aceasta a crescut şi s-a dezvoltat, fapt ce se reflectă în rapoartele izotopice specifice ale „bioelementelor” (2H/1H; 13C/12C; 15N/14N şi 18O/16O) ce intră în compoziţia plantei respective.
Condiţiile geografice (altitudinea, distanţa faţă de mare sau ocean) şi meteorologice, alături de alţi factori cum ar fi: anul de producţie, apa folosită pentru irigaţii, tipul de sol, sunt principalele elemente care influenţează valorile rapoartelor izotopice ale plantelor. Astfel, datorită „amprentei izotopice” a organismelor vegetale este posibilă diferenţierea aceloraşi produse în funcţie de zona din care provin, de la plante, fructe şi legume până la produsele finale: sucuri, miere, vin, etc.
Mai mult decât atât, această „amprentă izotopică” se transmite în mod similar şi vieţuitoarelor ce trăiesc într-o anumită zonă geografică sau consumă un anumit tip de hrană. Pornind de la aceste principii, tehnica IRMS permite autentificarea diferitelor produse alimentare (vin, băuturi spirtoase, bere, sucuri de fructe, ape minerale, miere, lapte şi produse lactate, carne) în raport cu originea lor geografică pe de o parte, precum şi detectarea produselor alimentare falsificate, pe de altă parte.
În mod concret, această metodă analitică permite identificarea adulterării sau a etichetării „greşite” a unor produse, prin adăugarea unor ingrediente calitativ inferioare şi mult mai ieftine, ca de exemplu: i) apei în sucurile de fructe sau vinuri; ii) îndulcitorilor obţinuți din porumb în sucuri de fructe, miere; iii) a etanolului exogen în vinuri sau băuturi spirtoase.
O altă aplicaţie importantă a IRMS în domeniul siguranţei alimentare este dată de amprentarea izotopică a produselor care au o valoare comercială ridicată, în vederea protejării unei anumite mărci. La nivelul Uniunii Europene, această metodă se utilizează cu succes la identificarea aşa-numitelor Produse de Origine Controlată (ex. Mozzarella di Bufala din Italia, Roquefort din Franţa).
Mediu şi ecologie
Cele mai importante gaze producătoare de efect de seră, bioxidul de carbon şi metanul, duc la modificări ale compoziţiei atmosferei cu implicări majore asupra schimbărilor climatice. Studiul dinamicii de schimb a acestor gaze între atmosferă şi unele ecosisteme terestre se poate efectua utilizând compoziţia lor izotopică. Rezultatele astfel obţinute ne ajută la identificarea şi cuantificarea surselor şi consumatorilor de CO2 şi CH4 dintr-o anumită zonă, astfel putând fi diferenţiate sursele antropice de cele naturale.
Hidrologia izotopică este o altă ramură cu tradiţie în INCDTIM. Managementul eficient al resurselor de apă şi cresterea cererii de consum pentru apa potabilă sunt de importanţă majoră în contextul actual. Pentru ţara noastră, un interes major îl reprezintă cazul particular al fluviului Dunărea, unde o monitorizare transfrontalieră în ceea ce priveşte controlul poluării este de importanţă europeană.
Şi în acest caz rapoartele izotopilor stabili ai apei reprezintă un instrument util în evaluarea contribuţiilor relative ale debitelor derivate din surse unice: precipitaţii, ape subterane şi de suprafaţă. Tehnicile izotopice pot fi utilizate pentru trasarea schimbărilor pe termen lung în marile bazine hidrologice (modificări hidrologice cauzate de schimbarea destinaţiei terenurilor, lipsa apei, defrişări, schimbări climatice).
Prin activităţile dezvoltate în cadrul INCDTIM Cluj-Napoca în domeniul spectrometriei de masă de rapoarte izotopice s-a demonstrat aplicabilitatea acestei tehnici de cercetare direct orientate atât spre mediul economic, cât şi în vederea îmbunătăţirii calităţii vieţii.
