Herkomst stalen voortaan nauwkeuriger te traceren

Groeiend aantal laboratoria ontdekt voordelen isotopisch onderzoek

Steeds meer laboratoria maken gebruik van isotopen om analytische metingen uit te voeren. Niet verwonderlijk, aangezien het onderzoek van isotopen veelal unieke inzichten oplevert. Maar er zit een addertje onder het gras…

Even opfrissen: isotopen zijn atomen van hetzelfde chemische element, met hetzelfde aantal protonen, maar waarvan het aantal neutronen in de atoomkern verschilt. Twee atomen met hetzelfde aantal protonen - maar met een verschillend aantal neutronen - noemen we twee isotopen van hetzelfde element (bijvoorbeeld C13 en C12). Het aantal neutronen bepaalt onder meer de stabiliteit van de kern en, samen met het aantal protonen, de atoommassa. De meeste elementen hebben meerdere stabiele isotopen (2 tot 10). Sommige isotopen zijn onstabiel (radioactief) en sommige zijn stabiel. In de natuur komen de isotopen van een element altijd in een vaste verhouding voor.

De verhoudingen tussen isotopen in hetzelfde element kunnen verschillen wanneer de elementen bijvoorbeeld een andere geografische of synthetische oorsprong hebben. Maar ook externe factoren - zoals klimaat of geografische condities - kunnen aanleiding geven tot verschillen. Anders gezegd: door de isotopenverhouding van twee stabiele isotopen van hetzelfde element te meten en te vergelijken met andere metingen, kunnen conclusies worden getrokken over de herkomst van de gemeten stalen.

Vingerafdruk

“De verhoudingen tussen stabiele isotopen in hetzelfde element (ook wel ratio’s genoemd) vormen een soort vingerafdruk”, verduidelijkt Jack de Jong, Product Manager bij Air Liquide. “Daardoor kan de herkomst van voedingsmiddelen en medicijnen getraceerd worden, maar de technologie is evenzeer nuttig voor atmosferische metingen van broeikasgassen of voor geochemisch metingen om olie- en gasboringen te optimaliseren.”

“Om stabiele isotopenmetingen op een nauwkeurige en consistente manier te kunnen uitvoeren, is het absoluut noodzakelijk dat het gebruikte meetinstrument gekalibreerd wordt aan de hand van een betrouwbare referentie. Die referentie kunnen wij leveren met een herleidbare en specifieke stabiele isotopen vingerafdruk, en dat zowel in een enkelvoudig gas (bijvoorbeeld CO2 of CH4) als in een samengesteld gasmengsel dat eventueel meerdere componenten kan bevatten. Dankzij deze gassen kan de gebruiker de concentratie van het stabiele isotoop op een betrouwbare manier meten ten opzichte van de concentratie van de meest voorkomende stabiele isotoop van het element (deltawaarden). De gassen zijn beschikbaar in verschillende cilindermaten en zijn geschikt voor verschillende onderzoekstoepassingen.”

Echte Italiaanse olijfolie?

“Isotope Ratio Mass Spectrometry (IRMS) metingen kunnen gebruikt worden om de authenticiteit te achterhalen en de kwaliteit te controleren van voedingsproducten zoals wijn, honing, olijfolie, kaas, vlees en rijst. De ‘vingerafdruk’ die tevoorschijn komt door de isotopenverhoudingen (ratio’s) te onderzoeken, geeft namelijk uitsluitsel over de herkomst, zodat fraude kan worden tegengegaan.”

“Analyses van stabiele isotopen kunnen ook voor milieugerelateerde onderzoeken worden ingezet, zoals voor de ouderdomsdatering van grondwater, het controleren van de verontreiniging van stortplaatsen, onderzoek naar de oorsprong van nitraten in grondwater, onderzoek naar vegetatie, broeikasgassen in de atmosfeer, enzoverder.”

Efficiënter boren naar olie en gas

“Het onderzoek van isotopische ratio’s kan voor aanzienlijke besparingen zorgen bij het exploiteren van olie en gas. Dat komt omdat de analyse van koolwaterstoffen in rotsformaties en vloeistoffen toelaat om de geologische geschiedenis ervan te achterhalen. Zo kan isotopisch onderzoek ingezet worden als diagnostisch hulpmiddel om na te gaan of de olie (of het gas) die bovengehaald wordt uit één boorput al dan niet van hetzelfde compartiment afkomstig is als de olie (of het gas) die wordt bovengehaald uit een andere boorput. Op die manier kan de productie van de bron geoptimaliseerd worden en zijn er minder kostbare proefboringen nodig.”

“Ook in de medische sector wordt meer en meer gebruik gemaakt van isotopenonderzoek. Bijvoorbeeld om de herkomst van geneesmiddelen beter te kunnen traceren, maar ook als diagnostische test door middel van ademanalyse. Als uit zo’n test blijkt dat er afwijkingen zijn in de stabiele isotopenverhouding - in vergelijking met de referentiewaarde - kan dit wijzen op een maagziekte.”

De doe-het-zelf aanpak

Laboratoria kunnen in theorie hun eigen referentiematerialen ontwikkelen, maar de betrouwbaarheid en nauwkeurigheid van deze referenties zijn dan niet gegarandeerd. Daardoor is ook de traceerbaarheid van de metingen beperkt. Los daarvan is het tijdrovende en complexe aangelegenheid.

Primary Reference Materials

“Onze R&D-afdelingen hebben flink wat inspanningen geleverd om de betrouwbaarheid van onze referentiematerialen te maximaliseren. Vandaag werken we samen met negen andere deelnemers (voornamelijk instituten en universiteiten) in een gesubsidieerd Europees Project om ‘Primary Reference Materials’ te ontwikkelen. Deze zullen een metrologisch ankerpunt vormen voor toekomstige metingen en kalibratiewerk.”

“Bovendien hebben we een samenwerkingsverband met twee van de meest toonaangevende fabrikanten (OEM’s) van meetapparatuur voor stabiele isotopen. Deze samenwerking  houdt in dat wij gestandaardiseerde referentiegassen leveren voor specifieke metingen met hun apparatuur.”

“Wij stellen onze expertise en R&D ook graag beschikbaar om laboratoria bij te staan om hun analyse vraagstukken zo optimaal mogelijk in te vullen.”