Was ist ein Isotopenverhältnis -Massenspektrometer?
Ein Isotopenverhältnis -Massenspektrometer (IRMS) ist ein Instrument, das die Verhältnisse verschiedener Isotope bestimmter Elemente misst.Alle Elemente haben Isotope, die sich nur in der Anzahl der Neutronen im Kern voneinander unterscheiden, was ihnen unterschiedliche Atomgewichte verleiht.Das Prinzip hinter dem Massenspektrometer des Isotopenverhältnisses besteht darin, die Isotope anhand ihrer verschiedenen Massen zu differenzieren und die Verhältnisse zwischen Isotopenpaaren zu bestimmen.Dieses Gerät kann wichtige Informationen über das Alter und den Ursprung einer Materialprobe liefern.Das Isotopenverhältnis -Massenspektrometer verfügt über Anwendungen in vielen Bereichen, einschließlich Geologie, Biologie und forensischer Wissenschaft.
Das Design von Isotopenverhältnis -Massenspektrometern kann variieren, aber im Allgemeinen folgen sie den gleichen Grundprinzipien.Es wird ein Einlass geben, in dem die Probe eingeführt wird, was zu einer Verbrennungskammer führt, in der das Material in ein Gas umgewandelt wird, möglicherweise mit einigen Mitteln zur Trennung verschiedener Gase, die erzeugt werden können.Diese Stufe wandelt auch komplexe biologische Materialien in die für die Analyse erforderlichen einfachen Verbindungen um, wie z. B. Kohlendioxid (Co 2 ), Wasser (H 2 O) und Stickstoff (n 2 ).Das resultierende Gas wird in eine Ionisationskammer eingespeist, in der es durch einen Elektronenstrahl ionisiert wird.Das ionisierte Gas wird dann als Strahl in einen Massentrennbereich fokussiert, in dem ein Elektromagnet die Ionen ablenktSammler, die elektrische Signale erzeugen, proportional zur Anzahl der erkannten Ionen.Ionen der leichteren Isotope werden vom Magnetfeld mehr abgelenkt als die schwereren, sodass die Sammler entsprechend positioniert werden.Somit können die relativen Anteile verschiedener Isotope berechnet werden.
Die Proben müssen vor der Einführung in das Isotopenverhältnis -Massenspektrometer hergestellt werden.Bei biologischen Substanzen können beispielsweise die Proben in Form von Blättern, Boden oder anderen nicht-homogenen Materialien vorliegen.Festes Material wird im Allgemeinen getrocknet und zu einem feinen Pulver gemahlen.Flüssige Proben werden entweder getrocknet oder auf poröses festes Material absorbiert.Vor der Durchführung einer Isotopenverhältnisanalyse werden in der Regel eine Kalibrierung unter Verwendung von Materialien mit bekannter Element- und Isotopenverhältnissen durchgeführt.
Die Gesamtverhältnisse stabiler Isotope eines bestimmten Elements auf der Erde wurden zum Zeitpunkt der Bildung des Planeten festgelegt.Obwohl verschiedene Isotope eines Elements die gleichen chemischen Eigenschaften aufweisen, werden andere Faktoren wie Mobilität und Volatilität durch die Massen der Isotope beeinflusst.Aufgrund dieser Unterschiede können verschiedene geochemische und biochemische Prozesse bestimmte Isotope relativ zu ihren Hintergrundwerten konzentrieren oder abbauen, ein Phänomen, das als Isotopenfraktionierung bezeichnet wird.Beispielsweise führt die Photosynthese zu einer kleinen, aber signifikanten Verschaffung des Isotopen-Kohlenstoff-13-13-Isotopen-Carbon-13 in Bezug auf die Atmosphäre.einer Probe.Mit einem Isotopenverhältnis -Massenspektrometer ist es möglich, zu bestimmen, ob ein Material organischer Herkunft ist, und in einigen Fällen sogar den geografischen Bereich, in dem es entstanden ist, festzustellen.Dies kann in der forensischen Wissenschaft von Nutzen sein.Zum Beispiel können Proben illegaler Drogen auf ihre Ursprünge zurückgeführt werden und Bodenproben, die eines Verdächtigen entnommen wurden, können isotopisch mit denen eines Tatorts verglichen werden.das Klima der Erde in vergangenen Zeiten zu untersuchen.Die Raten der Aufnahme und Ablagerung von Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopen durch schalenbildende Meeresorganismen variieren je nach Klima.Isotopenverhältnisse von fossilisierten Verhältnissen verbleibenS dieser Organismen können daher verwendet werden, um Informationen über die klimatischen Bedingungen zu erhalten, wenn sie am Leben waren.Die Isotopenverhältnisse bestimmter metallischer Elemente können verwendet werden, um das Alter einer Gesteinsprobe zu bestimmen.Wenn Rock gebildet wird, enthält er einige radioaktive Isotope.Diese Verfall in andere Isotope, entweder desselben Elements oder, häufiger ein anderes Element, mit einer bekannten Geschwindigkeit.Das Verhältnis des Originals Mdash;oder "Eltern" mdash;Isotop zum Zerfallsprodukt Mdash;oder "Tochter" mdash;Isotop kann daher verwendet werden, um das Alter des Gesteins zu bestimmen.