Co je hmotnostní spektrometr poměru izotopů?

Izotopový poměr hmotnostní spektrometr (IRMS) je nástroj, který měří poměry různých izotopů konkrétních prvků.Všechny prvky mají izotopy, které se od sebe liší pouze v počtu neutronů v jádru, což jim dává různé atomové hmotnosti.Princip hmotnostního spektrometru poměru izotopů je rozlišit izotopy na základě jejich různých hmot a určit poměry mezi páry izotopů.Toto zařízení může poskytnout životně důležité informace o věku a původu vzorku materiálu.Hmotný spektrometr poměru izotopů má aplikace v mnoha oblastech, včetně geologie, biologie a forenzní vědy.K dispozici bude vstup, kde je vzorek zaveden, což vede ke spalovací komoře, kde je materiál přeměněn na plyn, pravděpodobně s některými prostředky pro oddělení různých plynů, které mohou být vyrobeny.Tato fáze také přeměňuje komplexní biologické materiály na jednoduché sloučeniny potřebné pro analýzu, jako je oxid uhličitý (CO

2

), voda (H ₂ O) a dusík (N ₂ ).Výsledný plyn je přiváděn do ionizační komory, kde je ionizován paprskem elektronů.Ionizovaný plyn je poté zaměřen jako paprsek do oblasti separace hmoty, kde se k odklonění iontů používá elektromagnet, takže různé izotopy budou odděleny podle jejich mas.Sběratelé, kteří vytvářejí elektrické signály úměrné počtu detekovaných iontů.Ionty lehčích izotopů budou odkloněny více magnetickým polem než těžší, takže sběratelé budou odpovídajícím způsobem umístěni.Relativní proporce různých izotopů tedy lze vypočítat.Například v případě biologických látek mohou být vzorky ve formě listů, půdy nebo jiného nehomogenního materiálu.Pevný materiál bude obecně sušen a rozměněn na jemný prášek.Vzorky kapaliny budou buď sušeny nebo absorbovány na porézní pevný materiál.Před provedením analýzy poměru izotopů bude obvykle provedena kalibrace pomocí materiálů známého prvku a izotopových poměrů.Ačkoli různé izotopy prvku mají stejné chemické vlastnosti, další faktory, jako je mobilita a volatilita, jsou ovlivněny masy izotopů.Kvůli těmto rozdílům mohou různé geochemické a biochemické procesy soustředit nebo vyčerpávat konkrétní izotopy vzhledem k jejich hodnotám na pozadí, což je jev známý jako izotopová frakcionace.Například fotosyntéza vede k malému, ale významnému vyčerpání izotopu uhlíku-13 vzhledem k atmosféře.vzorku.Je možné pomocí hmotnostního spektrometru poměru izotopů k určení, zda je materiál organického původu a dokonce i v některých případech určí geografickou oblast, kde vznikl.To může být užitečné ve forenzní vědě.Například vzorky nelegálních drog lze vysledovat zpět k jejich původu a vzorky půdy odebrané z podezřelého lze porovnat izotopicky s vzorky z místa činu.

Prozkoumat klima Země v minulých dobách.Míra absorpce a depozice izotopů uhlíku a kyslíku pomocí mořských organismů vytvářejících skořápky se liší podle klimatu.Poměry izotopů z fosilizovaných zbytkůS těchto organismů lze tedy použít k získání informací o klimatických podmínkách, když byly naživu.

V geologii je radiometrická datování důležitou aplikací pro hmotnostní spektrometr poměru izotopů.Poměry izotopů určitých kovových prvků lze použít ke stanovení věku vzorku hornin.Když se vytvoří skála, bude obsahovat některé radioaktivní izotopy.Tyto rozpadu do jiných izotopů, buď ze stejného prvku, nebo častěji, jiným prvkem, známou rychlostí.Poměr původního mdash;nebo „rodič“ mdash;izotop k produktu Decay mdash;nebo „dcera“ mdash;Izotop tedy lze použít ke stanovení věku skály.