El agua de océano media estándar de Viena ( VSMOW ) es un estándar isotópico para el agua, es decir, una muestra particular de agua cuyas proporciones de diferentes isótopos de hidrógeno y oxígeno se conocen con precisión. VSMOW se destila del agua del océano y no contiene sal ni otras impurezas. Publicado y distribuido por la Agencia Internacional de Energía Atómica , con sede en Viena , en 1968, el estándar y su sucesor esencialmente idéntico, VSMOW2, continúan utilizándose como material de referencia .
Las muestras de agua formadas por diferentes isótopos de hidrógeno y oxígeno tienen propiedades físicas ligeramente diferentes. Como ejemplo extremo, el agua pesada , que contiene dos átomos de deuterio ( 2 H) en lugar del habitual y más ligero hidrógeno-1 ( 1 H), tiene un punto de fusión de 3,82 °C (38,88 °F) y un punto de ebullición de 101,4 °. C (214,5 °F). [1] Las diferentes tasas de evaporación hacen que las muestras de agua de diferentes lugares del ciclo del agua contengan proporciones de isótopos ligeramente diferentes. El agua del océano (más rica en isótopos pesados) y el agua de lluvia (más pobre en isótopos pesados) representan aproximadamente los dos extremos que se encuentran en la Tierra. Con VSMOW, la OIEA publicó simultáneamente una norma análoga para el agua de lluvia, la Precipitación Antártica Ligera Estándar (SLAP), y eventualmente su sucesora SLAP2. SLAP contiene aproximadamente un 5% menos de oxígeno-18 y un 42,8% menos de deuterio que VSMOW.
Se utiliza una escala basada en VSMOW y SLAP para informar las concentraciones de oxígeno-18 y deuterio. Desde 2005 hasta su redefinición en 2019 , se especificó que el kelvin era 1/273,16 de la temperatura de específicamente VSMOW en su punto triple .
Las abundancias de un isótopo particular en una sustancia generalmente se dan en relación con algún material de referencia, como un delta en partes por milésima ( ‰ ) de la referencia. Por ejemplo, la proporción de deuterio ( 2 H) a hidrógeno-1 en una sustancia x se puede dar como
donde denota la concentración absoluta en x . [2]
En 1961, en busca de un estándar para medir e informar las concentraciones de deuterio y oxígeno-18, Harmon Craig del Instituto Scripps de Oceanografía en San Diego , California, propuso un estándar abstracto para el agua. Basó las proporciones en sus mediciones de muestras tomadas por Epstein y Mayeda (1953) de aguas oceánicas de todo el mundo. [3] Aproximando un promedio de sus mediciones, Craig definió su "agua de océano media estándar" (SMOW) en relación con una muestra de agua mantenida en la Oficina Nacional de Estándares de los Estados Unidos llamada NBS-1 (muestreada del río Potomac [4] ). En particular, SMOW tenía los siguientes parámetros en relación con NBS-1:
Más tarde, investigadores del Instituto de Tecnología de California definieron otra referencia abstracta, también llamada "SMOW", para las concentraciones de oxígeno-18, de modo que una muestra de arenisca de Potsdam en su poder satisfacía δ 18 O arenisca/SMOW = 15,5‰ . [5]
Para resolver la confusión, la reunión de noviembre de 1966 de la Agencia Internacional de Energía Atómica (OIEA), con sede en Viena, recomendó la preparación de dos estándares isotópicos de agua: Viena SMOW (VSMOW; inicialmente solo "SMOW" pero luego sin ambigüedades [5] ) y Estándar Antártico Ligero. Precipitaciones (SLAP). [6] Craig preparó VSMOW mezclando agua destilada del Océano Pacífico con pequeñas cantidades de otras aguas. VSMOW estaba destinado a coincidir lo más posible con el estándar SMOW. Las mediciones de Craig encontraron una concentración idéntica de 18 O y una concentración de 2 H 0,2 ‰ menor. [7] El estándar SLAP se creó a partir de una muestra de firma derretida de la estación Plateau en la Antártida. [7] También se preparó un estándar con concentraciones de oxígeno-18 y deuterio entre las de VSMOW y SLAP, llamado Precipitación de la capa de hielo de Groenlandia (GISP). [7] La OIEA comenzó a distribuir muestras en 1968, y Gonfiantini (1978) recopiló análisis de VSMOW y SLAP de 45 laboratorios de todo el mundo. [8] La muestra de VSMOW se almacenó en un recipiente de acero inoxidable bajo nitrógeno y se transfirió a ampollas de vidrio en 1977. [7]
Las concentraciones de deuterio y oxígeno-18 en VSMOW están cerca del extremo superior de los materiales naturales, y las concentraciones en SLAP están cerca del extremo inferior. [2] Debido a la confusión sobre múltiples estándares de agua, la Comisión sobre Abundancias Isotópicas y Pesos Atómicos recomendó en 1994 que todas las mediciones isotópicas futuras de oxígeno-18 ( 18 O) y deuterio ( 2 H) se informaran en relación con VSMOW, en una escala. de modo que el δ 18 O de SLAP es −55,5 ‰ y el δ 2 H de SLAP es −428 ‰, en relación con VSMOW. [9] [10] Por lo tanto, se define que SLAP contiene 94,45% de la concentración de oxígeno-18 y 57,2% de la concentración de deuterio de VSMOW. [9] El uso de una escala con dos muestras definidas mejora la comparación de resultados entre laboratorios.
En diciembre de 1996, debido a la disminución del suministro de VSMOW, la OIEA decidió crear un estándar de reemplazo, VSMOW2. Publicado en 1999, contiene una mezcla isotópica casi idéntica. Se prepararon unos 300 litros a partir de una mezcla de aguas destiladas del lago Bracciano en Italia, el mar de Galilea en Israel y un pozo en Egipto, en proporciones elegidas para alcanzar las proporciones isotópicas VSMOW. La OIEA también publicó un sucesor de SLAP, llamado SLAP2, derivado del agua derretida de cuatro sitios de perforación en la Antártida. [11] Las desviaciones de 17 O y 18 O en los nuevos estándares con respecto a los antiguos son cero dentro del error de medición. [12] Existe una desviación pequeña pero mensurable de la concentración de 2 H en SLAP2 respecto de SLAP ( δ 2 H SLAP2/VSMOW se define como −427,5 ‰ en lugar de −428 ‰), pero no en VSMOW2 de VSMOW. [13] La OIEA recomienda que las mediciones se sigan informando en la escala VSMOW-SLAP. [14]
Las dos normas más antiguas se conservan actualmente en la OIEA y ya no se venden. [15]
Todas las mediciones se reportan con su incertidumbre estándar . Las mediciones de combinaciones particulares de isótopos de oxígeno e hidrógeno son innecesarias porque las moléculas de agua intercambian átomos constantemente entre sí.
A excepción del tritio, que se determinó a partir del gas helio emitido por la desintegración radiactiva, estas mediciones se tomaron mediante espectroscopía de masas .
Con base en los resultados de Gonfiantini (1978), la OIEA definió la escala delta con SLAP en −55,5 ‰ para 18 O y −428 ‰ para 2 H. Es decir, se midió que SLAP contenía aproximadamente un 5,55 % menos de oxígeno-18 y un 42,8 % menos de oxígeno-18. % menos deuterio que VSMOW, y estas cifras se utilizaron para anclar la escala en dos puntos. [8] A continuación se dan cifras experimentales.
Las concentraciones de 17 O y 18 O son indistinguibles entre VSMOW y VSMOW2, y entre SLAP y SLAP2. La hoja de especificaciones proporciona los errores estándar en estas medidas. [20] La concentración de 2 H tampoco cambia en VSMOW2, pero aumenta ligeramente en SLAP2. La OIEA informa:
El 6 de julio de 2007, la concentración de tritio era de 3,5 ± 1,0 TU en VSMOW2 y de 27,6 ± 1,6 TU en SLAP2. [22]
El USGS, la IUPAC y la OIEA recomiendan la escala VSMOW-SLAP para medir las concentraciones de deuterio y 18 O en cualquier sustancia. [24] [25] [9] Para 18 O, también se puede utilizar una escala basada en Vienna Pee Dee Belemnite . [9] Las muestras físicas, que son distribuidas por la OIEA y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU ., se utilizan para calibrar equipos de medición de isótopos. [26]
Las variaciones en el contenido isotópico son útiles en hidrología, meteorología y oceanografía. [27] Diferentes partes del océano tienen concentraciones isotópicas ligeramente diferentes: los valores de δ 18 O varían desde –11,35 ‰ en el agua frente a la costa de Groenlandia hasta +1,32 ‰ en el Atlántico norte, y las concentraciones de δ 2 H en el rango de aguas profundas del océano desde aproximadamente –1,7‰ cerca de la Antártida hasta +2,2‰ en el Ártico. Las variaciones son mucho mayores en aguas superficiales que en aguas profundas. [28]
En 1954, el Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) estableció la definición del Kelvin como 1/273,16 de la temperatura absoluta del punto triple del agua. Las aguas con diferentes composiciones isotópicas tenían puntos triples ligeramente diferentes. Así, el Comité Internacional de Pesas y Medidas especificó en 2005 [29] que la definición de la escala de temperatura kelvin se referiría a agua con una composición de la especificación nominal de VSMOW. [30] La decisión fue acogida con satisfacción en 2007 por la Resolución 10 de la 23ª CGPM. [31] El punto triple se mide en celdas de punto triple, donde el agua se mantiene en su punto triple y se le permite alcanzar el equilibrio con su entorno. Utilizando aguas ordinarias, el rango de mediciones entre laboratorios del punto triple puede ser de aproximadamente 250 μK . [32] Con VSMOW, el rango de mediciones entre laboratorios del punto triple es de aproximadamente 50 μK . [33]
Tras la redefinición de las unidades básicas del SI en 2019 , el kelvin se define en términos de la constante de Boltzmann , lo que hace que su definición sea completamente independiente de las propiedades del agua. El valor definido para la constante de Boltzmann se seleccionó de modo que el valor medido del punto triple VSMOW sea idéntico al valor definido anteriormente, con una precisión mensurable. [34] Las celdas de triple punto siguen siendo un método práctico para calibrar termómetros. [33]
El Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) [...] decide que la definición de kelvin se refiere al agua de una composición isotópica específica
