Oddelenie špeciálnych laboratórií

História oddelenia:

Po II. svetovej vojne sa izotopové metódy, vďaka prudkému vývoju technológií, začali vo svetovej geológii uplatňovať v čoraz širšom rozsahu. Začalo sa tiež chápať, že kľúčom k dôkladnému poznaniu geologických procesov nie je len možnosť datovania hornín na základe rádioaktívneho rozpadu prvkov, ale aj štúdium pomerov rôznych stabilných izotopov v rozličných typoch geologických vzoriek. Stav vtedajších technológií (nároky na technické vybavenie, príprava vzoriek na izotopové merania a i.) veľmi obmedzoval rozšírenie týchto techník ako bežnej analytickej metódy. Preto laboratórií, ktorých činnosť sa sústreďovala na izotopové analýzy a ich interpretáciu, v tom čase nebolo veľa.
Ing. Dr. Ján Kantor, CSc., mimoriadne erudovaný geochemik a geológ, pochopil obrovské možnosti, ktoré ponúkajú izotopové metódy v geológii. Začiatkom 50-tych rokov začal systémovo meniť zameranie geochemického oddelenia na GÚDŠ na izotopové výskumy a datovanie hornín. V tom čase tak vzniklo jediné pracovisko tohto druhu v bývalom Československu, ale aj jedno z mála v tej časti Európy, ktorú vtedajší politicky rozdelený svet nazýval východnou. Preto Ing. Dr. Jána Kantora, CSc. považujeme za priekopníka a zakladateľa izotopových a geochronologických výskumov na Slovensku. Ťažiskovým zameraním oddelenia bolo určovanie veku hornín a minerálov K-Ar metódou a výskumy distribúcie stabilných izotopov v rôznych typoch geologických vzoriek.

Ing. Dr. Ján Kantor, CSc. v kruhu svojich spolupracovníkov
koncom sedemdesiatych rokov

Súčasný stav

Oddelenie izotopovej geológie (traja pracovníci) v súčasnosti zabezpečuje spektrum izotopových analýz potrebných pri riešení úloh ŠGÚDŠ a na objednávky pre iné organizácie

a)  Analytické zariadenia.

Základným analytickým zariadením na oddelení izotopovej geológie je:
– hmotnostný spektrometer MAT-250 používaný na meranie izotopového zloženia H, C, O a S v rôznych typoch geologických vzoriek.

b)  Preparačné techniky

Hmotnostný spektrometer uvedený v predchádzajúcom bode umožňuje merania izotopového zloženia rôznych stabilných prvkov. Príprava vzoriek na merania je iná pre každý prvok i druh vzorky. V súčasnosti sa štandardne používajú tieto preparačné postupy:
– chemická príprava karbonátov na meranie izotopového zloženia C, O a Sr,
– chemická príprava sulfidov a sulfátov na meranie izotopového zloženia S,
– príprava vzoriek vôd na meranie izotopového zloženia H, O a Sr,
– separácia uhličitanov a meranie izotopového pomeru C z vôd (DIC),
– príprava kremeňa na meranie izotopového zloženia O,
– chemická príprava vzoriek na Rb/Sr datovania a na analýzu izotopového zloženia Sr, Nd a Pb.

Izotopové zloženie H, O, C a S z karbonátov, sírnikov a vôd sa meria na hmotnostnom spektrometri Finnigan MAT – 250.

Mgr. P. Čech pri izotopovej analýze 18O/16O na hmotnostnom spektrometri Finnigan MAT – 250

Oddelenie izotopovej geológie má fungujúce laboratórium aj na prípravu vzoriek pre izotopové analýzy Sr, Nd a Pb z geologických vzoriek, v ktorom sa chemickými metódami separujú jednotlivé prvky pred samotnou izotopovou analýzou, a ktorá je zabezpečovaná externe na inom type hmotnostného spektrometra.

Separačné kolóny na chemickú separáciu Sr a Nd z geologických vzoriek

Separačné kolóny na chemickú separáciu Pb z geologických vzoriek

Praktické využitie izotopového zloženia stroncia prítomného v pôdnom substráte na určenie pôvodu vína

Produkcia vína a jeho predaj má veľký a stále vzrastajúci ekonomický význam pre mnoho štátov. Tak, ako sa zvyšuje produkcia rastie i počet pokusov o zvyšovanie produkcie vín rôznymi nelegálnymi spôsobmi. Preto záruka, že importované, či exportované víno pochádza z deklarovanej oblasti a že napr. nie je zmesou menej kvalitných vín z rôznych oblastí má veľký ekonomický význam. Doteraz používané analytické metódy na kontrolu pôvodu vína (napr. koncentrácie stopových prvkov) nie sú dostatočne citlivé a často nie sú schopné poskytnúť jednoznačné výsledky. Nevýhodou merania pomerov stabilných izotopov kyslíka, uhlíka a vodíka je hlavne ich hmotnostná frakcionácia v geologickom a biologickom cykle, ako aj vysoká cena analýz. Preto sa hľadali ďalšie metódy schopné určiť pôvod vína jednoznačnejšie. Od roku 1992 sa začali rozpracovávať metodiky založené na meraní izotopového zloženia stroncia, ktoré sa ako stopový prvok vo vínach nachádza. Ukazuje sa, že je to metóda veľmi citlivá, potenciálne zaručujúca jednoznačnú odpoveď.

Princíp metódy:

Prírodné stroncium je zmesou štyroch izotopov o atómových hmotnostiach 84, 86, 87, 88. Pokiaľ množstvo atómov izotopov 84,86,88 je v horninách konštantné, počet atómov izotopu 87 v priebehu času neustále rastie, pretože tento izotop v prírode vzniká rádioaktívnou premenou izotopu rubídia o hmotnosti 87. Rádioaktívny rozpad je veľmi pomalý – 48.8 miliárd rokov. Horniny rôzneho veku, s rozdielnymi koncentráciami rubídia a stroncia budú mať dnešné izotopové pomery 87Sr/86Sr rozdielne. Vinohrady v rozdielnych oblastiach sú založené na rôznych druhoch pôd, ktoré vznikli zvetrávaním pôvodných hornín rôzneho veku: žúl, metamorfitov, vápencov, vulkanitov, sedimentov. Preto tieto horniny majú charakteristické geochemické rozdiely a veľké rozdiely i v spomínanom izotopovom zložení stroncia. Pritom prestup výživných látok z pôdy do koreňov vínnej révy a do plodov pôvodné izotopové zloženie Sr v pôdach nemení. To znamená, že izotopové zloženie stroncia v konečnom produkte – víne, jednoznačne indikuje oblasť, z ktorej pochádza. Izotopové pomery stroncia vo vínach z rôznych oblastí môžu byť veľmi presne definované, pretože očakávané rozdiely sú omnoho väčšie než presnosť izotopových meraní.

Technické zabezpečenie:

Vzhľadom ku veľmi nízkym obsahom stroncia vo vínach (známe publikované údaje z literatúry uvádzajú hodnoty od 57 ppb do 7 ppm), musia sa vzorky vína na izotopové analýzy pripravovať v „čistom“ laboratóriu (filtrovaný vzduch a pretlak) a navyše všetky chemikálie pri príprave vzorky musia byť ultračisté, aby sa vylúčila kontaminácia vzoriek iným stronciom. Príprava pozostáva z odparenia dostatočného množstva vzorky tak, aby v odparku bolo potrebné množstvo stroncia na izotopovú analýzu (1 až 2 mikrogramy). Procesom eluentnej chromatografie sa vzorka vyčistí od iných chemických prvkov a interferujúcich izobarov. Izotopové zloženie stroncia sa merá na hmotnostnom spektrometri s termálnou ionizáciou VG Sector 54E v dynamickom multikolektorovom režime (na Slovensku nie je tento prístroj inštalovaný, využívame možnosti zabezpečené bilaterálnou dohodou medzi GS SR a Ústavom Geologických Vied Poľskej akadémie vied vo Varšave). Celkový čas analýzy jednej vzorky, na dostačujúcu presnosť izotopového zloženia (0.0015%) je cca 2 hodiny, 18 bezproblémových vzoriek (+dva štandardy) možno zmerať za 50 hodín.

Hmotnostný spektometer VG Sector 54E

Možnosti využitia:

– Každá vinárska oblasť môže byť definovaná charakteristickým pomerom izotopov 87Sr/86Sr.
– Certifikácia vína izotopovým zložením.
– Pri opakovaných dodávkach importovaných vín z deklarovanej oblasti, izotopové zloženie stroncia kontroluje identický pôvod vína.
– Izotopové zloženie môže pomôcť pri riešení sporných otázok týkajúcich sa pôvodu vína.