Cos'è uno spettrometro di massa del rapporto isotopico?

Uno spettrometro di massa del rapporto isotopico (IRMS) è uno strumento che misura i rapporti di diversi isotopi di elementi particolari.Tutti gli elementi hanno isotopi che differiscono l'uno dall'altro solo nel numero di neutroni nel nucleo, dando loro diversi pesi atomici.Il principio dietro lo spettrometro di massa del rapporto isotopico è quello di differenziare gli isotopi sulla base delle loro diverse masse e determinare i rapporti tra coppie di isotopi.Questo dispositivo può fornire informazioni vitali sull'età e l'origine di un campione di materiale.Lo spettrometro di massa del rapporto isotopico ha applicazioni in molte aree, tra cui geologia, biologia e scienze forensi.

La progettazione degli spettrometri di massa del rapporto isotopico può variare, ma in generale seguono gli stessi principi di base.Ci sarà un ingresso in cui viene introdotto il campione, portando a una camera di combustione in cui il materiale viene convertito in un gas, possibilmente con alcuni mezzi per separare i gas diversi che possono essere prodotti.Questa fase converte anche materiali biologici complessi nei composti semplici richiesti per l'analisi, come l'anidride carbonica (CO ₂ ), l'acqua (H ₂ O) e l'azoto (N ₂ ).Il gas risultante viene immesso in una camera di ionizzazione in cui è ionizzato da un raggio di elettroni.Il gas ionizzato viene quindi focalizzato come un raggio in un'area di separazione di massa, in cui un elettromagnete viene utilizzato per deviare gli ioni, in modo tale che diversi isotopi saranno separati in base alle loro masse.

dopo aver attraversato l'area di separazione di massa, gli ioni raggiungonoCollezionisti che generano segnali elettrici proporzionali al numero di ioni rilevati.Gli ioni degli isotopi più leggeri saranno stati deviati più dal campo magnetico rispetto a quelli più pesanti, quindi i collezionisti saranno posizionati di conseguenza.Pertanto, è possibile calcolare le proporzioni relative di diversi isotopi.

I campioni devono essere preparati prima di essere introdotti nello spettrometro di massa del rapporto isotopico.Nel caso di sostanze biologiche, ad esempio, i campioni possono essere sotto forma di foglie, suolo o altro materiale non omogeneo.Il materiale solido verrà generalmente essiccato e macinato in una polvere fine.I campioni liquidi verranno essiccati o assorbiti su materiale solido poroso.Prima di eseguire un'analisi del rapporto di isotopi, la calibrazione utilizzando materiali di elementi noti e rapporti di isotopi verrà solitamente eseguita.

I rapporti complessivi degli isotopi stabili di un dato elemento sulla terra sono stati fissati al momento della formazione del pianeta.Sebbene gli isotopi diversi di un elemento abbiano le stesse proprietà chimiche, altri fattori come la mobilità e la volatilità sono influenzati dalle masse degli isotopi.A causa di queste differenze, vari processi geochimici e biochimici possono concentrare o esaurire particolari isotopi rispetto ai loro valori di fondo, un fenomeno noto come frazionamento isotopico.Ad esempio, la fotosintesi si traduce in una piccola ma significativa deplezione dell'isotopo carbonio-13 rispetto all'atmosfera.

Le differenze nei rapporti di isotopi di elementi come carbonio, ossigeno, azoto e altri possono fornire importanti informazioni sull'origine e sulla storiadi un campione.È possibile utilizzando uno spettrometro di massa del rapporto isotopico per determinare se un materiale è di origine organica e persino, in alcuni casi, per individuare l'area geografica in cui ha avuto origine.Questo può essere utile nella scienza forense.Ad esempio, i campioni di droghe illegali possono essere fatti risalire alle loro origini e i campioni di terreno prelevati da un sospetto possono essere confrontati isotopicamente con quelli di una scena del crimine.

poiché la temperatura e la precipitazione possono influenzare il frazionamento isotopico, la spettrometria di massa del rapporto isotopico può essere utilizzataPer indagare sul clima terrestre nei tempi passati.I tassi di assorbimento e deposizione di isotopi di carbonio e ossigeno da parte degli organismi marini che formano conchiglie variano in base al clima.I rapporti isotopici di fossilizzati rimangonoS di questi organismi possono quindi essere usati per ottenere informazioni sulle condizioni climatiche quando erano vivi.

In geologia, la datazione radiometrica è un'applicazione importante per lo spettrometro di massa del rapporto isotopico.I rapporti di isotopi di alcuni elementi metallici possono essere utilizzati per determinare l'età di un campione di roccia.Quando si forma la roccia, conterrà alcuni isotopi radioattivi.Questi decadono in altri isotopi, né dello stesso elemento o, più comunemente, un elemento diverso, a una velocità nota.Il rapporto tra originale mdash;o "genitore" mdash;isotopo al prodotto di decadimento mdash;o "figlia" mdash;L'isotopo può quindi essere usato per determinare l'età della roccia.