Los análisis de isótopos estables del carbono en el CID en las muestras de agua se realizaron siguiendo la metodología descrita por Torres et al. (2005), con modificaciones que se explicitan en el resumen a continuación. Se tomaron alícuotas de 0.5 ml de las muestras colectadas con jeringa para insulina BD Ultra-Fine (las alícuotas contienen aproximadamente 50 µg de CID). Cada alícuota se vertió lentamente de las jeringas a viales recubiertos con silicona marca Exetainer, evitando formar burbujas. Al acabar el vertido, inmediatamente se cerró el vial con una septa nueva por la cual se hiso pasar un flujo de helio puro de 80 ml/min durante 2 minutos para evacuar todos los gases que pudieran estar presentes en el vial. Después de la evacuación, con la que nos
aseguramos de purgar el vial de cualquier gas atmosférico, el vial se cerró por completo. A través de la septa se inyectaron 5 gotas de ácido ortofosfórico (H3PO4) al
100%, evitando dejar residuos en la septa. Una vez inyectado el ácido, las muestras se dejaron reaccionar durante 12 horas para permitir que todo el CID presente reaccione con el ácido y pase a CO2 gaseoso (Goyet,1994). Esto proceso se llevó a cabo a una
temperatura fría en el laboratorio de 16 °C para minimizar la condensación de vapor de agua en el vial que pudiera afectar el análisis. Una vez pasadas las 12 horas (de acuerdo con varias pruebas, tiempo suficiente para que casi la totalidad del CID reaccione con el ácido y produzca CO2), el CO2 producido en cada vial se muestreó
utilizando un ThermoQuest Finnigan GasBench-II, que, de manera automatizada, toma 10 alícuotas de gas de cada muestra.
Como se muestra en la figura 8 las alícuotas de gas son acarreadas por medio de un flujo de helio por diversas secciones que tienen como objetivo asegurar que el gas CO2
que llegue al espectrómetro de masas lo haga lo más puro posible. La primera parte es una trampa de agua de NAFION donde se retira el vapor de agua que pueda estar presente. Para separar de la mejor manera las alícuotas del gas, el flujo de gas pasa por una válvula Valco, la cual deja pasar el flujo en ciertos intervalos de tiempo hacia una columna de cromatografía de gases marca Agilent JyW. En la columna se separa, por peso, al CO2 de otros gases que también puedan ir acarreados en el flujo. Después
de pasar por la columna, el flujo de gas pasa por otra trampa de agua antes de finalmente llegar al espectrómetro de masas marca Delta Plus Advantage.
Figura 8. D ibujo esquem atizado del sistem a G asB ench II, acoplado a un esp ectró m etro d e m asas. (m o d ificad o d e T o rres et al. 2005).
Espectrómetro de masas, principio y funcionamiento
La base de la espectrometría de masas es ionizar moléculas y luego exponerlas a un campo magnético para separarlas a partir de su relación masa/carga. El tipo de espectrómetro de masas utilizado se puede dividir en 5 partes principales como se muestra en la figura 9: (1) La entrada del gas de muestra proveniente del sistema GasBench II y la entrada del gas de referencia directamente desde su tanque dirigidos hacía (2) la fuente de iones, aquí se forman los iones moleculares (se producen electrones al calentar un filamento de wolframio los cuales son acelerados a una energía de 100 eV, estos entran a la cámara de ionización donde chocan con el gas proveniente de (1) para producir iones moleculares (mismos átomos del gas original pero con un electrón menos, carga positiva), con un campo eléctrico se aceleran y se concentran en un haz fino el cual es empujado hacía (3) un campo magnético donde se separan los iones en el haz de acuerdo a sus proporciones masa/carga, para finalmente
ser colectados en (4) los detectores de iones, o copas Faraday. colocados donde la probabilidad de que choque cada ion molecular después de ser desviados (44, 45 y 46 en el caso del CO2) es máxima, los choques se detectan en las copas Faraday como
impulsos eléctricos los cuales se amplifican y se manda la señal a un (5) programa donde el número de los impulsos eléctricos se convierten en contajes de los diferentes iones y calcula las proporciones isotópicas comparándolas con un gas de referencia interno.
Figura 9. Dibujo esquematizado de los componentes principales de un espectrómetro de masas y el espector resultante ( modificado de Fry, 2006 y de Torres et al. 2005).
Estandarización de mediciones
Antes de las mediciones de las 10 alícuotas de cada muestra se realizó la medición de 5 alícuotas de un gas de referencia de CO2 ultrapuro con una composición isotópica
conocida. El tanque de CO2 ultrapuro se calibró diariamente con 10 muestras de los
siguientes patrones internacionales: caliza NIST-8544 (también conocida como NBS- 19), mármol IAEA-CO-1 y un carbonato de Litio LSVEC, todos ellos obtenidos del Reference Materials Group de la International Atomic Energy Agency.
open split, which is purged with a constant stream of dry helium. No additional detector is used between the GC and the IRMS. The IRMS integrates the relevant isotope masses (44, 45, 46), starting as the peak of CO2enters the source, is
ionized, and accelerated and magnetically separated, and con- tinuing until the system returns to the baseline. Inset B of Fig. 1 shows the 45/44 ratios and signal intensity for mass 44 from a typical analysis, which consists of three gas standards (tank CO2-He mixtures), six sample replicates, and two addi-
tional gas standards at the end of the run. The decrease in peak intensity for mass 44 is due to dilution of the headspace gas with helium. The timing of the peak arrival to the detec- tor is extremely stable.
Standardization of the GasBench-II interface—Primary stan- dardization of CO2isotope analyses on the GasBench-II and
DELTAplus-XL is based on multiple (four to six) injections of tank CO2before and after the analyses of multiple (six to
eight) aliquots of each sample. The tank CO2was calibrated
Torres et al. Automated δ13C-DIC analysis
352
Fig. 1.Schematic drawing of the GasBench-II system, interfaced to a gas source stable IRMS, showing the various modular components (modified from Finnigan-MAT 1999). The headspace autosampler shown here is outfitted with a cooling sample holder to maintain the solution at 12°C during the equi- libration period. Water is removed via online NAFION traps (shown in Inset A), which are placed before and after GC nodule. The GC is equipped with a PorapakQ column to separate the CO2from other gases in the sample stream. The eluted gases are transferred to the IRMS (via a capillary in the open split) where relevant masses are continuously integrated. Inset B shows the 44/45 ratios and the signal intensity for mass 44. A typical analysis encom- passes analyses of three standards, six to eight replicates, and two standards.
24 1 Theoretical and Experimental Principles
Fig. 1.8Schematic representation of a gas-source mass spectrometer for stable isotope measure- ments. P denotes pumping system,Vdenotes a variable volume
and applications of the many types of mass spectrometers are too broad to cover here. Therefore, only the principles of mass analysis will be discussed briefly (for a more detailed review see Brand (2002)).
In principle, a mass spectrometer may be divided into four different central con- stituent parts: (1) the inlet system, (2) the ion source, (3) the mass analyzer, and (4) the ion detector (see Fig. 1.8).
1. Special arrangements for theinlet systeminclude a changeover valve. This al- lows rapid, consecutive analysis between two gas samples (sample and standard gas) within a couple of seconds. The two gases are fed from reservoirs by cap- illaries of around 0.1 mm in diameter and about 1 m in length. While one gas flows to the ion source, the other flows to a waste pump so that flow through the capillaries remains uninterrupted. To avoid a mass discrimination, isotope abundance measurements of gaseous substances are carried out utilizing viscous gas flow. During viscous gas flow, the free path length of molecules is small, molecule collisions are frequent (causing the gas to be well mixed), and no mass separation takes place. At the end of the viscous-flow inlet system, there is a
leak, a constriction in the flow line. The smallest amount of sample that can be analyzed with high precision using the dual inlet system is limited by the main- tenance of viscous-flow conditions. This is generally in the order of 15–20 mbar (Brand 2002). When trying to reduce sample size, it is necessary to concentrate the gas into a small volume in front of the capillary.
2. The ion sourceis that part of the mass spectrometer, where ions are formed, accelerated, and focused into a narrow beam. In the ion source, the gas flow is al- ways molecular. Ions of gaseous samples are most reliably produced by electron
Entrada'de'gas' muestra' Entrada'de'gas' referencia' ' Sistema'Inlet' Fuente'de'iones' Campo' magné8co' Detector'de' iones' Amplificador' Conver8dor'de'voltaje' a'frecuencia' Computadora' Tiempo'(s)'
estándar Alícuotas de muestra
In te nsi da d (mV ) Pro po rci ón 4 5/ 44 estándar (1) (2) (3) (4) (5) Espectrómetro de masas Espectro resultante
Los valores de δ!" C!"# promedio obtenidos para los patrones internacionales durante el
periodo de análisis de las muestras obtenidas en XIXIMI-II fueron los siguientes.
-Patrón internacional NBS-19: δ!" C!"# = 1.96 ± 0.06‰ (n=45), valores muy cercanos al
valor certificado de 1.93‰.
-Patrón internacional para LSVEC: -46.62± 0.08‰ (n=49), valores muy cercanos al valor certificado de -46.63‰.
-También se realizó una segunda calibración con una referencia de agua de mar para determinaciones de CID y alcalinidad preparada por el laboratorio del Dr. Dickson Batch 100 (Bottled on November 13, 2009) para la que obtuvimos una desviación de ±0.065 del valor nominal para el δ!" C!"# a lo largo del período de los análisis. A partir de las
estandarizaciones realizadas se obtuvieron los datos de δ!" C!"# con una precisión
externa de ±0.07%.
A las muestras que mostraron valores δ!" C!"# anómalamente ligeros o anómalamente
pesados se les realizó una segunda y a veces hasta tercera determinación, para asegurar que no había sido por un error durante la manipulación durante su determinación isotópica en el laboratorio. Si después de esto los valores seguían siendo anómalos se consideró que la anomalía se atribuía a un error durante la colecta de la muestra. Existen dos fuentes posibles de contaminación durante la colecta de la muestra, (1) por la entrada de CO2 atmosférico a las botellas serum antes de sellarlas,
lo que hace que los valores δ!" C!"# de la muestra sean más ligeros, (2) por un envenenamiento de la insuficiente de la muestra, lo que permite que siguiera habiendo actividad biológica que pudiera modificar los valores δ!" C!"# de la muestra.
En total, se analizaron 446 muestras de agua en las que se determinó la composición isotópica del CID de las aguas colectadas a diferentes profundidades del total de 40 estaciones visitadas durante la campaña XIXIMI-II. Solo , 38 de estas muestras tuvieron valores considerados anómalos por estar ±3 o más desviaciones estándar alejados de la media de la masa de agua en la que se muestrearon.
Otros datos utilizados
Adicionalmente se recolectó agua para medir la concentración de oxígeno disuelto (O2
[µmol/kg]) utilizando el método MicroWinkler. A partir de las concentraciones obtenidas de dicha manera se calibraron los valores de oxígeno disuelto obtenidos de manera continua con el CTD (Herguera et al. 2012).
Las determinaciones de la concentración de carbono inorgánico disuelto (CID [µmol/kg]) y de alcalinidad total (AT [µmol/kg]) en las muestras de agua se realizaron a cargo del Dr. Martín Hernández Ayón en el Instituto de Investigaciones Oceanológicas de la Universidad Autonoma de Baja California siguiendo la técnica descrita por DOE 1994 (Hernández-Ayón et al. 2012).
Las determinaciones de la concentración de fosfatos (PO4 [µmol/kg]) se realizaron a
cargo del Dr. Víctor Camacho Ibar en el Instituto de Investigaciones Oceanológicas de la Universidad Autonoma de Baja California utilizando un analizador de nutrientes de flujo segmentado marca Skalar, modelo San-Plus (Camacho et al. 2012).