Co to jest spektrometr masowy stosunku izotopu?

Spektrometr masowy stosunku izotopowego (IRMS) jest przyrządem, który mierzy stosunki różnych izotopów poszczególnych elementów. Wszystkie elementy mają izotopy, które różnią się od siebie tylko liczbą neutronów w jądrze, nadając im różne ciężary atomowe. Zasadą spektrometru masowego stosunku izotopowego jest różnicowanie izotopów na podstawie ich różnych mas i określenie stosunków między parami izotopów. To urządzenie może dostarczyć istotnych informacji na temat wieku i pochodzenia próbki materiału. Spektrometr masowy współczynnika izotopowego ma zastosowania w wielu obszarach, w tym geologię, biologię i nauk sądowych.

Projektowanie spektrometrów masowych izotopowych może się zmieniać, ale ogólnie podążają za tymi samymi podstawowymi zasadami. Będzie wlot, w którym zostanie wprowadzona próbka, co prowadzi do komory spalania, w której materiał jest przekształcany w gaz, być może przy niektórych sposobach oddzielenia różnych gazów, które mogą być wytwarzane. Ten etap AlW związku z tym przekształca złożone materiały biologiczne w proste związki wymagane do analizy, takie jak dwutlenek węgla (CO 2 ), woda (H _{2 o) i azot (N 2 ). Powstały gaz jest podawany do komory jonizacji, w której jonizuje go wiązka elektronów. Jonizowany gaz jest następnie skupiony jako wiązka na obszar separacji masy, w którym elektromagnet jest używany do odchylenia jonów, tak że różne izotopy zostaną oddzielone zgodnie z ich masami.}

Po przejściu przez obszar separacji masy jony docierają do kolekcjonerów, które generują sygnały elektryczne proporcjonalne do liczby wykrytych jonów. Jony lżejszych izotopów zostaną odchylone bardziej przez pole magnetyczne niż cięższe, więc kolekcjonerzy zostaną odpowiednio ustawione. Zatem można obliczyć względne proporcje różnych izotopów.

Próbki należy przygotować przed BeinG Wprowadzony do spektrometru masowego stosunku izotopowego. Na przykład w przypadku substancji biologicznych próbki mogą mieć postać liści, gleby lub innego materiału niehomogennego. Stały materiał będzie ogólnie wysuszony i zmielony w drobny proszek. Próbki cieczy zostaną suszone lub wchłonięte na porowatym stałym materiale. Przed przeprowadzeniem analizy współczynnika izotopowego zwykle wykonywana jest kalibracja przy użyciu materiałów o znanym elemencie i stosunku izotopów.

Ogólne stosunki stabilnych izotopów dowolnego elementu na Ziemi zostały ustalone w momencie utworzenia planety. Chociaż różne izotopy pierwiastka mają te same właściwości chemiczne, masy izotopów wpływają inne czynniki, takie jak mobilność i zmienność. Z powodu tych różnic różne procesy geochemiczne i biochemiczne mogą koncentrować się lub wyczerpać poszczególne izotopy w stosunku do ich wartości tła, zjawisko znane jako frakcjonowanie izotopowe. Na przykład wynik fotosyntezys w niewielkim, ale znacznym wyczerpaniu izotopowego węgla-13 w stosunku do atmosfery.

Różnice w stosunku izotopów pierwiastków, takich jak węgiel, tlen, azot i inne, mogą dostarczyć ważnych informacji o pochodzeniu i historii próbki. Możliwe jest zastosowanie spektrometru masowego stosunku izotopowego w celu ustalenia, czy materiał jest pochodzenia organicznego, a nawet w niektórych przypadkach, aby wskazać obszar geograficzny, w którym się powstał. Może to być przydatne w nauce kryminalistycznej. Na przykład próbki nielegalnych narkotyków można prześledzić do ich pochodzenia, a próbki gleby pobrane z podejrzanego można porównać izotopowo z próbami z miejsca zbrodni.

Ponieważ temperatura i opady mogą wpływać na frakcjonowanie izotopowe, spektrometria masowa stosunku izotopów może być wykorzystana do zbadania klimatu Ziemi w przeszłości. Szybkość pobierania i odkładania izotopów węgla i tlenu przez organizmy morskie tworzące skorupy różnią się w zależności od klimatu. Współczynniki izotopów FossOżywione pozostałości tych organizmów można zatem wykorzystać do uzyskania informacji o warunkach klimatycznych, gdy żyły.

W geologii datowanie radiometryczne jest ważnym zastosowaniem spektrometru masowego stosunku izotopowego. Współczynniki izotopów niektórych elementów metali można zastosować do określenia wieku próbki skały. Po utworzeniu skały będzie zawierał niektóre radioaktywne izotopy. Te rozpadają się na inne izotopy, którykolwiek z tego samego elementu lub, częściej, inny element, ze znaną szybkością. Stosunek oryginalnego - lub „rodzica” - izotopu do produktu rozpadu - lub „córki” - w ten sposób można zastosować do ustalenia wieku skały.