Τι είναι ένα φασματόμετρο μάζας ισοτοπίας;

Ένα φασματόμετρο μάζας ισοτόπων (IRMS) είναι ένα όργανο που μετρά τις αναλογίες διαφορετικών ισοτόπων συγκεκριμένων στοιχείων.Όλα τα στοιχεία έχουν ισότοπα που διαφέρουν μεταξύ τους μόνο στον αριθμό των νετρονίων στον πυρήνα, δίνοντάς τους διαφορετικά ατομικά βάρη.Η αρχή πίσω από το φασματόμετρο μάζας ισοτόπων είναι να διαφοροποιήσει τα ισότοπα με βάση τις διαφορετικές μάζες τους και να καθορίσουν τις αναλογίες μεταξύ ζευγών ισοτόπων.Αυτή η συσκευή μπορεί να παρέχει ζωτικές πληροφορίες σχετικά με την ηλικία και την προέλευση ενός δείγματος υλικού.Το φασματόμετρο μάζας ισοτόπων έχει εφαρμογές σε πολλές περιοχές, συμπεριλαμβανομένης της γεωλογίας, της βιολογίας και της εγκληματολογικής επιστήμης.

Ο σχεδιασμός των φασματόμετρα μάζας ισοτόπων μπορεί να ποικίλει, αλλά γενικά ακολουθούν τις ίδιες βασικές αρχές.Θα υπάρξει μια είσοδος όπου εισάγεται το δείγμα, οδηγώντας σε θάλαμο καύσης όπου το υλικό μετατρέπεται σε αέριο, ενδεχομένως με κάποια μέσα διαχωρισμού διαφορετικών αερίων που μπορεί να παραχθούν.Αυτό το στάδιο μετατρέπει επίσης σύνθετα βιολογικά υλικά στις απλές ενώσεις που απαιτούνται για ανάλυση, όπως το διοξείδιο του άνθρακα (CO ₂ ), το νερό (H ₂ O) και το άζωτο (N ₂ ).Το προκύπτον αέριο τροφοδοτείται σε θάλαμο ιονισμού όπου ιονίζεται από μια δέσμη ηλεκτρονίων.Το ιονισμένο αέριο στη συνέχεια επικεντρώνεται ως δέσμη σε μια περιοχή διαχωρισμού μάζας, όπου χρησιμοποιείται ηλεκτρομαγνήτης για την εκτροπή των ιόντων, έτσι ώστε διαφορετικά ισότοπα να διαχωριστούν σύμφωνα με τις μάζες τους.Οι συλλέκτες που παράγουν ηλεκτρικά σήματα ανάλογα με τον αριθμό των ιόντων που ανιχνεύονται.Τα ιόντα των ελαφρύτερων ισότοπων θα έχουν εκτραπεί περισσότερο από το μαγνητικό πεδίο από τα βαρύτερα, έτσι ώστε οι συλλέκτες να τοποθετηθούν ανάλογα.Έτσι, μπορούν να υπολογιστούν οι σχετικές αναλογίες διαφορετικών ισοτόπων.Στην περίπτωση βιολογικών ουσιών, για παράδειγμα, τα δείγματα μπορεί να έχουν τη μορφή φύλλων, εδάφους ή άλλου μη ομοιογενούς υλικού.Το συμπαγές υλικό θα στεγνώσει γενικά και θα αλεσθεί σε μια λεπτή σκόνη.Τα υγρά δείγματα είτε θα στεγνώσουν είτε θα απορροφηθούν σε πορώδες στερεό υλικό.Πριν από τη διεξαγωγή ανάλυσης ισοτοπικής αναλογίας, θα πραγματοποιηθούν συνήθως η βαθμονόμηση χρησιμοποιώντας υλικά γνωστού στοιχείου και ισοτόπων.

Οι συνολικές αναλογίες σταθερών ισοτόπων οποιουδήποτε δεδομένου στοιχείου στη γη σταθεροποιήθηκαν κατά τη στιγμή του σχηματισμού του πλανήτη.Αν και διαφορετικά ισότοπα ενός στοιχείου έχουν τις ίδιες χημικές ιδιότητες, άλλοι παράγοντες όπως η κινητικότητα και η αστάθεια επηρεάζονται από τις μάζες των ισοτόπων.Λόγω αυτών των διαφορών, διάφορες γεωχημικές και βιοχημικές διεργασίες μπορούν να συγκεντρωθούν ή να εξαντλήσουν συγκεκριμένα ισότοπα σε σχέση με τις τιμές του υποβάθρου τους, ένα φαινόμενο γνωστό ως ισοτοπική κλασμάτωση.Για παράδειγμα, η φωτοσύνθεση έχει ως αποτέλεσμα μια μικρή αλλά σημαντική εξάντληση του ισοτόπου άνθρακα-13 σε σχέση με την ατμόσφαιρα.δείγμα.Είναι δυνατόν να χρησιμοποιήσετε ένα φασματόμετρο μάζας ισοτόπων για να προσδιοριστεί εάν ένα υλικό είναι οργανικής προέλευσης και, σε ορισμένες περιπτώσεις, να εντοπίσει τη γεωγραφική περιοχή όπου προέρχεται.Αυτό μπορεί να είναι χρήσιμο στην εγκληματολογική επιστήμη.Για παράδειγμα, δείγματα παράνομων ναρκωτικών μπορούν να ανιχνευθούν πίσω στην προέλευσή τους και τα δείγματα εδάφους που λαμβάνονται από έναν ύποπτο μπορούν να συγκριθούν ισοτοπικά με εκείνα από μια σκηνή εγκλήματος.να διερευνήσει το κλίμα της Γης στις προηγούμενες στιγμές.Οι ρυθμοί πρόσληψης και εναπόθεσης ισότοπων άνθρακα και οξυγόνου από θαλάσσιους οργανισμούς που σχηματίζουν κέλυφος ποικίλλουν ανάλογα με το κλίμα.Παραμένουν οι αναλογίες των απολιθωμένωνs αυτών των οργανισμών μπορούν έτσι να χρησιμοποιηθούν για την απόκτηση πληροφοριών σχετικά με τις κλιματικές συνθήκες όταν ήταν ζωντανοί.Οι αναλογίες ισοτόπων ορισμένων μεταλλικών στοιχείων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της ηλικίας ενός δείγματος βράχου.Όταν σχηματίζεται το βράχο, θα περιέχει κάποια ραδιενεργά ισότοπα.Αυτές οι αποσύνσεις σε άλλα ισότοπα, είτε το ίδιο στοιχείο είτε, συχνότερα, ένα διαφορετικό στοιχείο, με γνωστό ρυθμό.Η αναλογία του αρχικού mdash;ή "γονέας" mdash;Isotope στο προϊόν αποσύνθεσης mdash;ή "κόρη" mdash;Το ισότοπο μπορεί έτσι να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της ηλικίας του βράχου.