Isotope ratio - Mass spectrometry

This article summarizes the configurations involving isotope ratio mass spectrometry (IRMS) technology available at the CCiTUB and the wide range of possible applications. Some examples of these applications are shown.

Reduction of the bull: cow ratio in the Brazilian Pantanal

This work was conducted to study alternatives for reduction of the bull:cow ratio in the Brazilian lowland and, therefore, lower the production costs for the local beef cattle industry. The ratios 1:10, 1:25, and 1:40 were used in native pastures with a mean stocking rate of 0.27 mature animal unit per hectare over two consecutive breeding seasons. Statistical analysis did not show any effect (P>0.05) of year (P = 0.2097), animal category (P = 0.0773), bull:cow ratio (0.8134) on reproductive performance. However, the pregnancy rate in a multiple bull system was higher (P = 0.0228) than in the individual bull system. An evaluation of the economic impact of this management system in the extensive Lowland herds showed that at the ratio of 1:10 the bulls were sub utilized.

The data treatment dependent variability of U-Pb zircon ages obtained using mono-collector, sector field, laser ablation ICP-MS

U-Pb dating of zircons by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICPMS) is a widely used analytical technique in Earth Sciences. For U-Pb ages below 1 billion years (1 Ga), Pb-206/U-238 dates are usually used, showing the least bias by external parameters such as the presence of initial lead and its isotopic composition in the analysed mineral. Precision and accuracy of the Pb/U ratio are thus of highest importance in LA-ICPMS geochronology. We consider the evaluation of the statistical distribution of the sweep intensities based on goodness-of-fit tests in order to find a model probability distribution fitting the data to apply an appropriate formulation for the standard deviation. We then discuss three main methods to calculate the Pb/U intensity ratio and its uncertainty in the LA-ICPMS: (1) ratio-of-the-mean intensities method, (2) mean-of-the-intensity-ratios method and (3) intercept method. These methods apply different functions to the same raw intensity vs. time data to calculate the mean Pb/U intensity ratio. Thus, the calculated intensity ratio and its uncertainty depend on the method applied. We demonstrate that the accuracy and, conditionally, the precision of the ratio-of-the-mean intensities method are invariant to the intensity fluctuations and averaging related to the dwell time selection and off-line data transformation (averaging of several sweeps); we present a statistical approach how to calculate the uncertainty of this method for transient signals. We also show that the accuracy of methods (2) and (3) is influenced by the intensity fluctuations and averaging, and the extent of this influence can amount to tens of percentage points; we show that the uncertainty of these methods also depends on how the signal is averaged. Each of the above methods imposes requirements to the instrumentation. The ratio-of-the-mean intensities method is sufficiently accurate provided the laser induced fractionation between the beginning and the end of the signal is kept low and linear. We show, based on a comprehensive series of analyses with different ablation pit sizes, energy densities and repetition rates for a 193 nm ns-ablation system that such a fractionation behaviour requires using a low ablation speed (low energy density and low repetition rate). Overall, we conclude that the ratio-of-the-mean intensities method combined with low sampling rates is the most mathematically accurate among the existing data treatment methods for U-Pb zircon dating by sensitive sector field ICPMS.

Environmental changes in the aftermath of Neoproterozoic glaciations: a biogeochemical study of sediments from SW-Gondwana

Abstract The late Neoproterozoic or Ediacaran period, (635 to -543 Ma) is a primordial time in the Earth history corresponding to the beginning of animal life and the most extreme ice ages on Earth. In this dissertation, palaeoenvironmental conditions were reconstructed for Ediacaran, post-Gaskiers shelf deposits in SW- Gondwana and their changes were evaluated according to the diversity of organisms. The present study addresses the question of interactions between biodiversity and environmental change by using the elemental and isotopic geochemistry of sedimentary rocks and associated organic matter, as well as the distribution of hydrocarbon biomarkers. The studied sedimentary sequences are from a large basin extended from the Paraguay belt to the Rio de la Plata craton, including the Corumbâ Group in SW-Brazil (Paraguay belt), the Arroyo del Soldado Group in Uruguay and the Sierras Bayas Group in Argentina (both in the Rio de la Plata craton). Several geochemical signatures of the sediments from Corumbâ and Sierras Bayas groups provides evidence for an euxinic setting in the Ediacaran Ocean: 1) The occurrence of syngenetic pyrite in the Corumbâ Group together with hydrocarbon biomarkers of an anoxic microbial consortium including traces of gammacerane, a distribution of hopanes with maxima at C29 as well as a low pristane/phytane (Pr/Ph) ratio; 2) the occurrence of 34S enrichments within sulfides of the Sierras Bayas Group exceeding the sulfur isotopic composition of coeval carbonate-associated sulfate. In the Arroyo del Soldado Group, an event of reducing conditions was revealed by higher concentrations of redox-sensitive trace elements and negative 513Ccar shifts in all sections. This event is extended to the whole unit in the deepest section and is restricted to tempestites in the two other shallow sections. The persistent negative. ôl3Ccar values recorded at the basinal setting implies strong isotopic gradient between shallow and deep water environments and therefore, a locus of deposition below the redox chemocline. In all studied sections, the excursions, the strong enrichment of authigenic trace-elements, the occurrence of longer chain «-alkanes, gammacerane and low Pr/Ph and Ph/>;-C]a ratios, combined with the previous sedimentological and paleontological observations indicate that the chemistry of the ocean was strongly controlled by the oxygen availability; waters being moderately oxic at the surface and anoxic at depth for much of the Neoproterozoic. This water column stratification was favourable to the storage of large amounts of nutrients in the deep ocean. During upwelling periods, the export of these nutrient-rich waters may have triggered an important bioproductivity in surface waters. Drops in Al3Cc,,.](Cr and positive ôl3Ccllr excursions highlight the increase in primary productivity. Preservation of organic carbon was ensured by reducing conditions at the bottom. The Al3ccar.kcr excursions could also reflect changes in the composition of the primary biomass. New geochemical evidence from SW-Gondwana sections supports a stratified Ediacaran ocean, outside restricted or hypersaline environments, in the aftermath of glaciations. The association of ocean stratification and the appearance of metazoans support the model that the evolution of eukaryotic life was related to the increase of oxygen levels in surface environments due to an efficient recycling of nutrients in the anoxic deep ocean. Résumé Le Néoprotérozoïque terminal, ou Édiacarien (635 à -543 Ma), est un période de première importance dans l'histoire de la Terre, car elle correspond a l'apparition des métazoaires pendant un intervalle de glaciations extrêmes. Le présent mémoire se propose de reconstituer les conditions paléoenvironnementales des dépôts de plateforme mis en place durant l'Édiacarien, au sud-ouest du Gondwana. Les interactions entre changements environnementaux et biodiversité sont évaluées en s'appuyant d'une part sur la composition élémentaire et isotopique des roches sédimentaires et de leur matière organique, et d'autre part sur la distribution moléculaire de biomarqueurs hydrocarbonés. Les séquences sédimentaires étudiées proviennent d'un grand bassin qui s'étend de la chaîne du Paraguay jusqu'au craton du Rio de la Plata. La séquence du Groupe Corumbâ au Sud Ouest du Brésil se situe dans la chaîne du Paraguay, tandis que le Groupe Arroyo del Soldado en Uruguay et le Groupe Sierras Bayas en Argentine sont situés sur le craton du Rio de la Plata. L'étude géochimique des sédiments des groupes Corumbâ et Sierras Bayas révèle de façon claire des conditions euxiniques dans l'océan édiacarien. On trouve ainsi, dans le Groupe Corumbâ, les biomarqueurs d'un cortège microbien anoxique et sulfurique comprenant des bactéries sulfato-réductrices, et dans les sulfures du Groupe Sierras Bayas, des enrichissements en Î4S excédant les rapports isotopiques du soufre dans le sulfate cogénétique associé aux carbonates. Dans la séquence de l'Arroyo del Soldado, un événement réducteur est mis en évidence par des teneurs plus élevées en éléments traces sensibles aux conditions redox et par des excursions négatives du 613Ccardans toutes les coupes. Cet événement affecte la totalité de la section la plus profonde et n'apparaît que dans les tempestites dans les sections les moins profondes. La persistance de valeurs négatives du ô13Ccarau large implique un gradient isotopique prononcé entre les environnements superficiels et profonds, et donc, ta présence d'une chémocline redox. Les excursions du. ôBCcar, l'enrichissement authigène en éléments traces, la présence de gammacérane et de rt-alcanes à longue chaîne, ainsi que de faibles rapports Pr/Ph et Ph/«-Cl8, viennent s'ajouter aux observations préliminaires sur la sédimentologie et la paléontologie pour indiquer que la chimie de l'océan était fortement contrôlée par la disponibilité d'oxygène, les eaux étant modérément oxiques à la surface et anoxiques en profondeur pendant la plus grande partie du Néoprotérozoïque. La stratification de la colonne d'eau était favorable au stockage de grandes quantités de nutriments dans l'océan profond. Dans les zones d'upwelling, la migration d'eaux profondes riches en nutriment vers la surface a pu provoquer une bioproductivité prononcée dans les eaux de surface. La conservation du carbone organique était assurée par les conditions anoxiques prévalant au fond. Les excursions du A13Ccar.kt.r pourraient aussi refléter des changements dans la biomasse primaire. Le présent travail apporte donc de nouvelles preuves qu'un océan stratifié s'est maintenu à la suite des glaciations néoprotérozoïques dans le Sud Ouest du Gondwana. L'association d'un océan stratifié et de l'apparition de la vie animale est en accord avec le modèle stipulant que l'évolution de la vie est associée à une meilleure oxygénation des environnements de surface. Résumé pour le grand public La période Ediacarienne (635 à -543 Ma) à la fin du Précambrien est l'une de plus énigmatiques dans l'histoire de la Terre, car elle est caractérisée par la diversification de la vie multicellulaire (eucaryote) pendant un intervalle de glaciations extrêmes. Dans ce travail de thèse, nous cherchons à déceler l'existence éventuelle d'un lien entre ces changements environnementaux et l'évolution de la vie eucaryote à travers une étude biogéochimique. La biogéochimie est l'étude des activités biologiques dans la géosphère, telles que celles intervenant dans les cycles des éléments chimiques (y compris les isotopes stables) et celles de production de composés carbonés caractérisant certains groups d'organismes ou taxons. La recherche des signatures paléoenvironnementales dans les roches précambriennes a été fortement facilitée par l'utilisation des biomarqueurs ou fossiles moléculaires. Ces composés, provenant des lipides biologiques (molécules avec des fonctions spécifiques dans les organismes), peuvent être reliés à des taxons spécifiques ou à des voies métaboliques. La transformation d'un biolipide en fossile moléculaire intervient lorsque des restes organiques déposés dans un substrat subissent un enfouissement et une augmentation de la pression (diagenèse). Ce processus mène à la formation de kérogène, un grand agrégat chimique de matière organique insoluble dans des solvants organiques, et de bitume ou fraction soluble (extractible) de la matière organique. L'analyse intégrée du kérogène et du bitume fournit des indications précieuses pour les reconstitutions paléoenvironnementales. Des conditions paléoenvironnementales ont ainsi été déterminées pour une plateforme marine Ediacarienne située dans la partie sud-américaine du bloc occidental du paléocontinent Gondwana. Les séquences sédimentaires étudiées appartiennent au même bassin qui s'étend de la ceinture du Paraguay (Groupe Corumbâ, Brésil) au craton du Rio de la Plata (Groupes Arroyo del Soldado, Uruguay et Sierras Bayas, Argentina). Nous nous sommes intéressés aux isotopes stables de carbonates et de la matière organique associée (kérogène et bitume), aux éléments majeurs et traces, ainsi qu'aux biomarqueurs caractérisant ces roches. Les résultats de cette dissertation suggèrent qu'au cours de l'Édiacarien, suite aux glaciations néoprotérozoïques dans le bloc occidental du Gondwana, l'océan était stratifié en zones spécifiques d'eaux riches en sulfures et dépourvues d'oxygène (euxiniques). L'association d'un océan stratifié et de l'apparition de la vie animale est en accord avec le modèle stipulant que l'évolution de la vie est associée à une meilleure oxygénation des environnements de surface. Les excursions isotopiques (tendance à des valeurs positives ou négatives) en constante fluctuation pour le carbone et très positives pour le soufre des sulfures, l'enrichissement en éléments trace et la présence de certains composés (e.g. gammacerane; Pr/Ph et Ph/«-Ci8 en basse proportion) conjugués aux observations sédimentologiques et paléontologiques des différents profils étudiés indiquent que la chimie de l'océan était fortement contrôlée par la disponibilité d'oxygène, avec des eaux modérément oxygénées en surface et euxiniques en profondeur pour la plupart du Néoprotérozoïque.

Different likelihood ratio approaches to evaluate the strength of evidence of MDMA tablet comparisons

Two likelihood ratio (LR) approaches are presented to evaluate the strength of evidence of MDMA tablet comparisons. The first one is based on a more 'traditional' comparison of MDMA tablets by using distance measures (e.g., Pearson correlation distance or a Euclidean distance). In this approach, LRs are calculated using the distribution of distances between tablets of the same-batch and that of different-batches. The second approach is based on methods used in some other fields of forensic comparison. Here LRs are calculated based on the distribution of values of MDMA tablet characteristics within a specific batch and from all batches. The data used in this paper must be seen as examples to illustrate both methods. In future research the methods can be applied to other and more complex data. In this paper, the methods and their results are discussed, considering their performance in evidence evaluation and several practical aspects. With respect to evidence in favor of the correct hypothesis, the second method proved to be better than the first one. It is shown that the LRs in same-batch comparisons are generally higher compared to the first method and the LRs in different-batch comparisons are generally lower. On the other hand, for operational purposes (where quick information is needed), the first method may be preferred, because it is less time consuming. With this method a model has to be estimated only once in a while, which means that only a few measurements have to be done, while with the second method more measurements are needed because each time a new model has to be estimated.

Characterization of rapeseed (Brassica napus) oils by bulk C, O, H, and fatty acid C stable isotope analyses

Rapeseed (Brassica napus) oils differing in cultivar, sites of growth, and harvest year were characterized by fatty acid concentrations and carbon, hydrogen, and oxygen stable isotope analyses of bulk oils (delta(13)C(bulk), delta(2)H(bulk), delta(18)O(bulk) values) and individual fatty acids (delta(13)C(FA)). The delta(13)C(bulk), delta(2)H(bulk), and delta(18)O(bulk) values were determined by continuous flow combustion and high-temperature conversion elemental analyzer isotope ratio mass spectrometry (EA/IRMS, TC-EA/IRMS). The delta(13)C(FA) values were determined using gas chromatography-combustion isotope ratio mass spectrometry (GC/C/IRMS). For comparison, other C(3) vegetable oils rich in linolenic acid (flax and false flax oils) and rich in linoleic acid (poppy, sunflower, and safflower oils) were submitted to the same chemical and isotopic analyses. The bulk and molecular delta(13)C values were typical for C(3) plants. The delta(13)C value of palmitic acid (delta(13)C(16:0)) and n-3 alpha-linolenic acid (delta(13)C(18:3n-3)) differed (p < 0.001) between rape, flax, and poppy oils. Also within species, significant differences of delta(13)C(FA) were observed (p < 0.01). The hydrogen and oxygen isotope compositions of rape oil differed between cultivars (p < 0.05). Major differences in the individual delta(13)C(FA) values were found. A plant-specific carbon isotope fractionation occurs during the biosynthesis of the fatty acids and particularly during desaturation of C(18) acids in rape and flax. Bulk oil and specific fatty acid stable isotope analysis might be useful in tracing dietary lipids differing in their origin.

1.° Hilperici tractatus de arte calculatoria : praemittitur calendarium ad usum Cisterciensium. — 2.° Ratio Gaii Caesaris de ordine anni per duodecim menses. — 3.° Bedae opusculum de loquela digitorum. — 4.° Expositio tabulae de luna quotidiè per rationem epactarum invenienda. — 5.° Excerptum ex etymologiis Isidori, de coelo ejusque luminaribus. — 6.° Carmen de temporibus anni. — 7.° Ratio epactarum. — 8.° Anonymi expositio super tabulam Dionysii Exigui, Abbatis. — 9.° Fragmentum Macrobii de mensura terrae. — 10.° Anonymi figurata expositio duodecim signorum zodiaci. — 11.° Scholium de temporibus et aetatibus mundi. — 12.° Alcuini opusculum de vita Antichristi. — 13.° Hieronymus de quindecim signis praecedentibus diem judicii. — 14.° Beda de die judicii. — 15.° Anonymi chronicon in epitomen contractum, et à mundi creatione ad Leonis III. imperium productum. — 16.° Provincialis Romanae Ecclesiae fragmentum.

Colbertinus