IS

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ISÓTOPOS ESTÁVEIS ESPECTROMETRIA DE MASSAS
MÉTODO DO TRAÇADOR A DILUIÇÃO ISOTÓPICA

• Paulo Cesar O. Trivelin
• Professor Associado
• (E-mail pcotrive_at_cena.usp.br)

Paulo Cesar O. Trivelin Professor Associado
(E-mail pcotrive_at_cena.usp.br)
2
I N T R O D U Ç Ã O
3
Á T O M O
Z Número atômico A Número de massa A-Z
Número de nêutrons
4
N U C L Í D E O

• Elemento - X (N, P, K, S)
• Número de Massa - AX (14N, 31P, 39K)
• Número Atômico - AzX (147N, 3115P, 3919K)

5
ISÓTOPOS
6
ELEMENTO POTÁSSIO (K)
7
PESQUISAS COM ISÓTOPOS ESTÁVEIS - CENA/USP
8
ELEMENTOS DE INTERESSE
9
LABORATÓRIO DE ISÓTOPOS ESTÁVEIS
(LIE)ENRIQUECIMENTO ISOTÓPICO E SÍNTESE DE
COMPOSTOS MARCADOS COM 15N E 34S
10
Linhas de Enriquecimento de 15NH4 por
Cromatografia de Troca Catiônica
11
(No Transcript)
12
Linha de Enriquecimento de 34SO4 2- por
Cromatografia de Troca Aniônica
13
ESPECTROMETRIA DE MASSAS
14
ESPECTROMETRIA DE MASSAS (MS)

• determinações de massas atômicas
• análise elemental
• estrutura de compostos orgânicos
• composição de compostos orgânicos
• composição isotópica dos elementos MS com setor
  magnético para determinação de razão isotópica de
  elementos de baixo número atômico H, C, N, O e
  S (IRMS)

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UNIDADES BÁSICAS DE UM IRMS

• Unidade de Admissão ou de Entrada para Amostras
  Gasosas
• Fonte de Ionização
• Unidade Aceleradora de Íons,
• Analisador Magnético de Íons
• Detector

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Espectrômetro de massas analisador - setor
magnético (180o) (Fonte Willard et al., 1974).
17

• ANALISADOR MAGNÉTICO DE ÍONS

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DETERMINAÇÕES ISOTÓPICAS POR IRMS
19
B. Determinação de Variação Natural ? D o ?
13C o ? 15No ? 18Oo e ? 34S o
R amostra - R padrão ? (o)
________________________ . 103
R padrãoR I4/I2 ou I45/I44 ou I29/I28 ou
I46/I44 ou I50/I48
A. Determinação da abundância de 15N e 34S ( de
átomos) Análise de espectro ou de varredura de
massas, ou Análise da razão R I29/I28 ou
I66/I64 (I50/I48)
20
Espectrômetro de Massas com Analisador - CNS
21
(No Transcript)
22
Analisador ANCA-SL
Espectômetro de Massas
23
(No Transcript)
24
IRMS-ANCA (Automatic Nitrogen And Carbon
Analyser) SL 20/20 COM UM ANALISADOR ELEMENTAR -
EUROPA SCINTIFIC LDA.
25
O MÉTODO DO TRAÇADOR ISOTÓPICO A DILUIÇÃO
ISOTÓPICA
26
O MÉTODO DO TRAÇADOR ISOTÓPICO

• Para obter evidências da síntese (incorporação) e
  relações precursor - produto entre compostos
  conhecidos.
• Exemplo estudo da origem do oxigênio molecular
  na reação fotossintética
• luz
• n CO2 n H218O ? 18O2 (CH2O)n

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O MÉTODO DO TRAÇADOR ISOTÓPICO

• No isolamento, purificação e identificação de
  intermediários desconhecidos numa cadeia de
  reações.
• Exemplo Identificação dos compostos estáveis
  derivados da assimilação do 14CO2 na elucidação
  do ciclo da redução do carbono ciclo de
  Calvin-Benson.

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O MÉTODO DO TRAÇADOR ISOTÓPICO

• Como ferramenta analítica no acompanhamento de
  compostos conhecidos no curso de uma reação,
  qualitativa e quantitativa
• Aplicação Princípio da Diluição Isotópica

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O PRINCÍPIO DA DILUIÇÃO ISOTÓPICA
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O Principio da Diluição Isotópica com Uso de
Radionuclídeos Artificiais (ex. 32P, 35S, 45Ca
etc.)
Substrato natural (sA)
Substrato marcado (sB)
QIP (QIP)sB QIP quantidade do isótopo no
produto (QIP)sB quantidade do isótopo no
produto derivado do substrato B.
31
O Principio da Diluição Isotópica com Uso de
Radionuclídeos Artificiais (ex. 32P, 35S, 45Ca
etc.)
AE (QI) / (QN) AE atividade
específica QI quantidade do isótopo
artificial do nutriente na amostra QN
quantidade total do elemento na amostra.
32
O Principio da Diluição Isotópica com Uso de
Radionuclídeos Artificiais (ex. 32P, 35S, 45Ca
etc.)
(AE)P (QIP) / (QNP) (AE)sB
(QI)sB / (QN)sB (QIP)sB / (QNP)sB
QIPquantidade do isótopo no produto QNP
quantidade do elemento (nutriente) no produto
(Ql)sB quantidade do isótopo no substrato B
(QN)sB quantidade do elemento no substrato B
(QNP)sB- quantidade do nutriente no produto
derivado do substrato B (QIP)sB - quantidade de
isótopo no produto derivado do substrato B
33
O Principio da Diluição Isotópica com Uso de
Radionuclídeos Artificiais (ex. 32P, 35S, 45Ca
etc.)
QIP (QIP)sB (AE)P . QNP (AE)sB .
(QNP)sB (AE)P (QNP)sB
___________ . QNP (AE)sB
34
O Principio da Diluição Isotópica com Uso de
Radionuclídeos Artificiais (ex. 32P, 35S, 45Ca
etc.)
Pdff (AE)Planta / (AE)fertil. . (P-total
na planta) Sdff (AE)Planta / (AE)fertil.
. (S-total na planta) Pdff ou Ppdf
("phosphorus in the plant derived from
fertilizer" ou fósforo na planta derivado do
fertilizante respectivamente) e Sdff (sulfur in
the plant derived from fertilizer) avaliados com
os radioisótopos 32P e 35S respectivamente
35
O Principio da Diluição Isotópica com Uso de
Isótopos Estáveis (ex. 10B, 15N, 34S)
Substrato natural (sA)
Substrato marcado (sB)
QIP (QIP)sA (QIP)sB QIP quantidade
do isótopo no produto (QIP)sA ou sB quantid.
isótopo no produto derivado do substrato A ou B.
36
O Principio da Diluição Isotópica com Uso de
Isótopos Estáveis (ex. 10B, 15N, 34S)
Abundância Isotópica (Ab) fração ou de
átomos (Ab)P (QIP) / (QNP) (Ab)sA
(QI)sA / (QN)sA (QIP)sA / (QNP)sA (Ab)sB
(QI)sB / (QN)sB (QIP)sB / (QNP)sB
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O Principio da Diluição Isotópica com Uso de
Isótopos Estáveis (ex. 10B, 15N, 34S)
(Ab)P - (Ab)sA (QNP)sB
Nppf __________________________ . QNP

(Ab)sB - (Ab)sA) Nppf o nutriente (B, N ou
S) no produto derivado do substrato marcado (sB)
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O MÉTODO DO TRAÇADOR ISOTÓPICO PARA NITROGÊNIO
39
ISÓTOPOS DE NITROGÊNIO
40
DILUIÇÃO ISOTÓPICA APROVEITAMENTO PELA PLANTA DO
NITROGÊNIO DE FERTILIZANTE (15N) APLICADO AO SOLO
41
N-planta (c) 1,30 15N 98,70 14N
NTP
NPPF
NPPS
150 kg/ha 30 kg/ha 120 kg/ha
N-solo (s) 0,37 15N 99,63 14N
N-fertilizante (f) dose 60 kg/ha 5,00
15N 95,00 14N
NTP Nitrogênio Total na Planta
NPPF N na Planta Proveniente do Fertilizante
NPPS Nitrogênio na Planta Proveniente do Solo
42
N-planta (c) 1,30 15N 98,70 14N
NTP
NPPF
NPPS
150 kg/ha 30 kg/ha 120 kg/ha
N-solo (s) 0,37 15N 99,63 14N
N-fertilizante (f) dose 60 kg/ha 5,00
15N 99,50 14N
Nitrogênio na Planta Proveniente do
Fertilizante-15N (NPPF)
(1,30 - 0,37)
________________ 150 30 kg/ha ( 5,00
- 0,37)
( c - s )
NPPF ______________ NTP (
f - s )
c, f e s abundância de 15N na Planta, Fonte-15N
e Solo
43
N-planta (c) 1,30 15N 98,70 14N
NTP
NPPF
NPPS
150 kg/ha 30 kg/ha 120 kg/ha
N-solo (s) 0,37 15N 99,63 14N
N-fertilizante (f) dose 60 kg/ha 5,00
15N 99,50 14N
Nitrogênio na Planta Proveniente do Solo (NPPS)
NPPS NTP - NPPF
150 - 30 120 kg/ha
Recuperação na Planta do N-fertilizante
(30/60) . 100 50
R (NPPF/dose de N Fonte ). 100
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DILUIÇÃO ISOTÓPICA N DE FERTILIZANTE (15N)
RESIDUAL NO SOLO
45
Nts tt
Nspf tt
Nns tt
1500 kg/ha 20 kg/ha 1480 kg/ha
N-soloto(s) 0,37 15N 99,63 14N
N-fonteto (f) dose 60 kg/ha 5,00 15N 95,00
14N
N-solo tt (st) 0,43 15N
99,57 14N
Nts Nitrogênio total no solo no tempo tt
Nspf N na solo proveniente da fonte marcada
uréia-15N no tempo tt
Nsps Nitrogênio nativo do solo no tempo tt ou
t-o
46
Nts tt
Nspf tt
Nns tt
1500 kg/ha 20 kg/ha 1480 kg/ha
N-soloto(s) 0,37 15N 99,63 14N
N-fertilizanteto (f) dose 60 kg/ha 5,00
15N 95,00 14N
N-solo tt (st) 0,43 15N
99,57 14N
N residual no Solo do Fertilizante-15N (Nspf tt
)
( st - s ) Nspf
______________ Nts ( f -
s )
( 0,43 - 0,37)
________________
1500 20 kg/ha
( 5,00 - 0,37)
st, f e s abundância de 15N na solo tt,
fertil.-15Nt0 e solo to
47
Nts tt
Nspf tt
Nns tt
1500 kg/ha 20 kg/ha 1480 kg/ha
N-soloto(s) 0,37 15N 99,63 14N
N-fertilizanteto (f) dose 60 kg/ha 5,00
15N 95,00 14N
N-solo tt (st) 0,43 15N
99,57 14N
Recuperação do N do Fertilizante no Solo (tt)
(20/60) . 100 33,3
R (Nspf/dose de N Fonte ). 100
48
BALANÇO DO N DA URÉIA (15N) E DA PALHADA (15N)
NO SISTEMA SOLO-CANA-DE-AÇÚCAR (Gava eta l.,
2002)
49
TRATAMENTOS

• T1 - MISTURA VINHAÇA (100 m3 ha-1) E URÉIA (100
  kg ha-1 de N) APLICADA EM ÁREA TOTAL SOBRE O SOLO
  COBERTO COM PALHADA (SUBPARCELA COM PALHADA- 15N)
  
• T2 - MISTURA VINHAÇA (100 m3 ha-1) E URÉIA (100
  kg ha-1 de N) APLICADA EM ÁREA TOTAL SOBRE O SOLO
  COBERTO COM PALHADA (SUBPARCELA COM URÉIA - 15N)
• T3 - URÉIA (100 kg ha-1 de N) APLICADA EM FUNDO
  DE SULCO COM APLICAÇÃO PRÉVIA DE VINHAÇA (100 m3
  ha-1), EM SUPERFÍCIE, EM SOLO SEM COBERTURA DE
  PALHADA (SUBPARCELA COM URÉIA - 15N)

50
Colheita em 10/10/1997
51
PROCEDIMENTOS NA INSTALAÇÃO DO EXPERIMENTO
52
ENLEIRAMENTO DA PALHADA
53
PARCELAS SEM PALHA QUEIMA DA PALHADA
54
SUBPARCELA REMOÇÃO DA PALHADA ORIGINAL
55
SUBPARCELA REPOSIÇÃO DA PALHADA-15N
56
SUBPARCELA COM PALHADA-15N
57
SUBPARCELA APLICAÇÃO DE VINHAÇA E URÉIA-15N
58
SUBPARCELA COM URÉIA-15N COBERTA PARA APLICAÇÃO
DE VINHAÇA URÉIA NA PARCELA
59
PREPARO DA MISTURA URÉIA E VINHAÇA
60
APLICAÇÃO DA MISTURA VINHAÇA E URÉIA
61
APLICAÇÃO DA URÉIA EM SULCOS
62
SUBPARCELA APLICAÇÃO DA URÉIA-15N
63
COLHEITA FINAL NAS SUBPARCELAS AMOSTRAS
PONTEIRO, COLMO E FOLHAS SECAS
64
(No Transcript)
65
(No Transcript)
66
COLETA DA PALHADA RESIDUAL NA SUBPARCELA
67
Colheita em agosto/1998
68
TRINCHEIRA PARA AMOSTRAGEM DE SOLO E DE SISTEMA
RADICULAR NAS SUBPARCELAS
69
AMOSTRAS LEVADAS DO CAMPO AO LABORATÓRIO
70
NO LABORATÓRIO AMOSTRA TOTAL FOI TRITURADA,
SUBAMOSTRADA E SECA EM ESTUFA (60oC),
DETERMINANDO-SE A UMIDADE DA MATÉRIA SECA
71
R E S U L T A D O S
72
NPPF N na planta proveniente da fonte marcada
(15N) R recuperação do N da fonte marcada
(15N)
73
DISTRIBUIÇÃO DO N-URÉIA E DO N-PALHADA NA
CANA-DE-AÇÚCAR (Gava et al., 2002)
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RECUPERAÇÃO DO N-URÉIA (15N) E DO N-PALHADA (15N)
NO SOLO
Nspf N no solo proveniente da fonte marcada
(15N) R recuperação do N da fonte marcada
(15N)
75
BALANÇO DO N-URÉIA (15N) E N-PALHADA (15N) NO
SISTEMA SOLO-PLANTA (Gava et al., 2002)
76
OBRIGADO PELA ATENÇÃO
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