Los isótopos son átomos de un mismo elemento cuyo núcleo contiene el mismo número de protones (Z), pero distinto número de neutrones (N) y, en consecuencia, distinta masa. El hidrógeno, el primer y más abundante elemento del universo, del que se formaron los demás, tiene tres isótopos, el Hidrógeno, también llamado protio, cuyo núcleo está formado por un solo protón, el Deuterio, que tiene un núcleo formado por un protón y un neutrón. y tritio, que tiene dos neutrones y un protón en su núcleo.
La masa atómica dada en la tabla periódica es el promedio ponderado de la masa de ese elemento, teniendo en cuenta la abundancia natural de sus isótopos. La mayoría de los elementos tienen uno o más, hasta 10 para el estaño (Sn), isótopos estables con proporciones naturales conocidas (abundancias). La siguiente tabla presenta ejemplos de isótopos estables de elementos, sus respectivas masas y abundancias naturales. Pequeñas variaciones en estas proporciones permiten la caracterización de diferentes materiales.
Las variaciones isotópicas naturales se dan con respecto a patrones definidos para cada elemento y su notación se hace en δ‰ para expresar de manera más conveniente y legible las variaciones de las proporciones isotópicas que normalmente están en el tercer al quinto decimal.
Los estándares utilizados internacionalmente para la determinación de las variaciones isotópicas de los elementos ligeros más utilizados así como sus respectivos ratios (R) se pueden ver en la siguiente tabla.
Estas variaciones se dan debido al fenómeno llamado Fraccionamiento Isotópico, el cual ocurre en procesos físicos como el cambio de estado, procesos químicos como la precipitación y procesos biológicos como la fotosíntesis.
Las variaciones en las concentraciones de especies isotópicas, bajo diferentes condiciones o fases en un sistema físico, sujeto a un determinado proceso, son las que determinan diferentes firmas isotópicas de los materiales o sustancias sujetas a análisis. Las firmas isotópicas con respecto a δ13C‰ de diferentes materiales se presentan a continuación.
Firmas isotópicas con respecto a δ13C‰ de diferentes materiales (Wagner T., Magill CR, Herrle JO, 2018)
