Vad är en isotopförhållande masspektrometer?

Ett isotopförhållande masspektrometer (IRMS) är ett instrument som mäter förhållandena mellan olika isotoper av vissa element.Alla element har isotoper som skiljer sig från varandra endast i antalet neutroner i kärnan, vilket ger dem olika atomvikter.Principen bakom isotopförhållandet masspektrometer är att differentiera isotoperna på grundval av deras olika massor och bestämma förhållandena mellan par av isotoper.Denna enhet kan ge viktig information om åldern och ursprunget till ett urval av material.Isotopförhållandet massspektrometer har tillämpningar inom många områden, inklusive geologi, biologi och kriminalteknisk vetenskap.

Utformningen av isotopförhållandet masspektrometrar kan variera, men i allmänhet följer de samma grundprinciper.Det kommer att finnas ett inlopp där provet införs, vilket leder till en förbränningskammare där materialet omvandlas till en gas, eventuellt med några sätt att separera olika gaser som kan produceras.Detta steg omvandlar också komplexa biologiska material till de enkla föreningarna som krävs för analys, såsom koldioxid (CO ₂ ), vatten (H ₂ O) och kväve (n ₂ ).Den resulterande gasen matas in i en joniseringskammare där den är joniserad av en strålstråle.Den joniserade gasen fokuseras sedan som en balk in i ett massavskiljningsområde, där en elektromagnet används för att avleda jonerna, så att olika isotoper kommer att separeras enligt deras massor.

efter passering genom massaseparationsområdet når jonerna nåsamlare som genererar elektriska signaler proportionella mot antalet joner som detekteras.Joner av de lättare isotoperna kommer att ha avböjts mer av magnetfältet än de tyngre, så att samlarna kommer att placeras i enlighet därmed.Således kan de relativa andelarna av olika isotoper beräknas.

Proverna måste framställas innan de införas i isotopförhållandet masspektrometer.När det gäller biologiska ämnen, till exempel, kan proverna vara i form av blad, jord eller annat icke-homogent material.Fast material kommer i allmänhet att torkas och markas i ett fint pulver.Flytande prover kommer antingen att torkas eller absorberas på poröst fast material.Innan du utför en isotopförhållande analys kommer kalibrering med användning av material med kända element och isotopförhållanden vanligtvis att utföras.

De totala förhållandena för stabila isotoper för ett givet element på jorden fixerades vid planetens bildning.Även om olika isotoper av ett element har samma kemiska egenskaper påverkas andra faktorer som rörlighet och volatilitet av isotopmassorna.På grund av dessa skillnader kan olika geokemiska och biokemiska processer koncentrera eller tappa särskilda isotoper relativt deras bakgrundsvärden, ett fenomen som kallas isotopfraktionering.Till exempel resulterar fotosyntes i en liten men betydande utarmning av isotopen kol-13 relativt atmosfären.

Skillnader i förhållandena mellan isotoper av element som kol, syre, kväve och andra kan ge viktig information om ursprunget och historienav ett prov.Det är möjligt att använda en isotopförhållande masspektrometer för att bestämma om ett material är av organiskt ursprung och till och med, i vissa fall, för att fastställa det geografiska området där det har sitt ursprung.Detta kan vara till nytta i kriminalteknisk vetenskap.Till exempel kan prover av olagliga droger spåras tillbaka till deras ursprung och markprover tagna från en misstänkt kan jämföras isotopiskt med dem från en brottsplats.

att temperatur och nederbörd.För att undersöka jordens klimat under tidigare tider.Hastigheterna för upptag och avsättning av kol- och syreisotoper genom skalbildande marina organismer varierar beroende på klimatet.Isotopförhållanden av fossiliserad återstårS av dessa organismer kan således användas för att få information om klimatförhållandena när de levde.

I geologi är radiometrisk datering en viktig tillämpning för isotopförhållandet masspektrometer.Isotopförhållandena för vissa metalliska element kan användas för att bestämma åldern på ett bergprov.När berg bildas kommer den att innehålla några radioaktiva isotoper.Dessa förfaller till andra isotoper, antingen av samma element eller, oftare, ett annat element, i en känd takt.Förhållandet mellan original mdash;eller "förälder" mdash;isotop till förfallsprodukten mdash;eller "dotter" mdash;Isotop kan således användas för att bestämma bergens ålder.