Isótopo trazador

Para los elementos que sólo poseen un isótopo estable, no es posible utilizar un trazador estable; todos los isótopos trazadores para investigar esos elementos deben ser radiactivos. Para estudiar otros elementos, los únicos isótopos radiactivos disponibles tienen una vida media tan corta que los hace inservibles; en este caso los trazadores deben ser isótopos estables de baja abundancia preparados en forma enriquecida. El rastreo de los isótopos estables se basa en observar las desviaciones de los porcentajes normales de las masas isotópicas utilizando el espectrómetro de masas. Los detectores de partículas se usan para medir trazadores radiactivos.

En algunos estudios se puede elegir entre un isótopo trazador estable y uno radiactivo; por ejemplo, en el caso del carbono, entre el isótopo estable carbono 13 y el isótopo radiactivo carbono 14, y en el caso del hidrógeno, entre el isótopo estable deuterio (hidrógeno 2) y el isótopo radiactivo tritio (hidrógeno 3). Si ambos tipos de instrumentos de medida (el espectrómetro de masas y el equipo medidor de radiación) están disponibles, la elección del trazador está determinada por el llamado factor de dilución, que es una medida de la concentración del material trazador necesario para la detección. Generalmente, los trazadores radiactivos pueden ser detectados en cantidades mucho menores que los trazadores estables. Por ejemplo, el carbono 13 constituye el 1,108% del carbono natural, y un cambio de un 0,001% en su abundancia puede ser detectado fácilmente. En otras palabras, un trazador carbono 13 puro, sería detectable después de ser diluido de 100.000 a 1 millón de veces con carbono 12 natural. Así, si una molécula de azúcar fuera marcada con un isótopo de carbono 13 puro, el trazador podría ser detectado sólo en experimentos que no contuvieran más de 100.000 a 1 millón de átomos sin marcar.

En cambio, el carbono 14 radiactivo puede ser detectado a concentraciones de unas 25 desintegraciones por minuto en una muestra de carbono de 1 gramo. Basándose en la velocidad de desintegración del carbono 14 puro, que tiene una vida media de unos 5.760 años, la cantidad de carbono 14 detectable en la muestra de carbono es de unas 0,04 partes por 1.000 millones, que corresponden a un factor de dilución de 25.000 millones. Sin embargo, al ser material radiactivo, las medidas de seguridad imponen normalmente un límite superior a la concentración que podría usarse experimentalmente. Aunque el deuterio no es radiactivo, consideraciones similares conducen a unos límites de dilución de 1 millón aproximadamente para el deuterio y 10 billones para el tritio. El deuterio afecta al tejido vivo porque es dos veces más pesado que el hidrógeno ordinario. Sin embargo, en experimentos, pequeños animales de laboratorio han sobrevivido con un 20 a un 30% de su fluido corporal formado por agua pesada (D₂O).

La disponibilidad de los isótopos trazadores estables depende de los procedimientos de separación de isótopos y de las existencias naturales. En principio, todas las separaciones de isótopos pueden ser realizadas por un instrumento que funciona según el principio del espectrómetro de masas. Ciertos isótopos se pueden separar por procesos de difusión gaseosa, como es el caso del uranio, y por diferentes procesos de destilación, como en el caso del hidrógeno. Los procedimientos de separación más prácticos suponen repetidas reacciones de intercambio de isótopo, y tienen como resultado la separación de los isótopos pesados de los ligeros. La mayoría de las preparaciones de deuterio, carbono 13 y nitrógeno 15 se realizan de esta manera.

Los trazadores radiactivos se preparan normalmente bombardeando con neutrones el elemento estable, el cual captura los neutrones para formar los isótopos más pesados que se desintegran emitiendo partículas beta. En la preparación de carbono 14, el siguiente elemento más pesado, en este caso el nitrógeno, es bombardeado con neutrones porque el neutrón capturado produce la expulsión de un protón, formando así el isótopo radiactivo del elemento con número atómico inmediatamente inferior.

Véase también Datación.