สเปคโตรมิเตอร์มวลไอโซโทปของไอโซโทปคืออะไร?

สเปคโตรมิเตอร์มวลไอโซโทป (IRMS) เป็นเครื่องมือที่วัดอัตราส่วนของไอโซโทปที่แตกต่างกันขององค์ประกอบเฉพาะองค์ประกอบทั้งหมดมีไอโซโทปที่แตกต่างจากกันเฉพาะในจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสทำให้พวกเขามีน้ำหนักอะตอมที่แตกต่างกันหลักการที่อยู่เบื้องหลังสเปคโตรมิเตอร์มวลไอโซโทปของไอโซโทปคือการแยกไอโซโทปออกจากมวลที่แตกต่างกันและกำหนดอัตราส่วนระหว่างคู่ของไอโซโทปอุปกรณ์นี้สามารถให้ข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับอายุและที่มาของตัวอย่างวัสดุสเปคโตรมิเตอร์มวลไอโซโทปอัตราส่วนมีการใช้งานในหลายพื้นที่รวมถึงธรณีวิทยาชีววิทยาและวิทยาศาสตร์นิติวิทยาศาสตร์

การออกแบบสเปกโตรมิเตอร์มวลไอโซโทปอาจแตกต่างกันไป แต่โดยทั่วไปแล้วพวกเขาปฏิบัติตามหลักการพื้นฐานเดียวกันจะมีทางเข้าที่มีการแนะนำตัวอย่างนำไปสู่ห้องเผาไหม้ที่วัสดุถูกแปลงเป็นก๊าซซึ่งอาจเป็นวิธีการแยกก๊าซต่าง ๆ ที่อาจเกิดขึ้นขั้นตอนนี้ยังแปลงวัสดุชีวภาพที่ซับซ้อนเป็นสารประกอบง่าย ๆ ที่จำเป็นสำหรับการวิเคราะห์เช่นคาร์บอนไดออกไซด์ (CO ₂ ) น้ำ (H ₂ O) และไนโตรเจน (N ₂ )ก๊าซที่เกิดขึ้นจะถูกป้อนเข้าไปในห้องไอออนไนซ์ซึ่งเป็นไอออนของอิเล็กตรอนจากนั้นก๊าซที่แตกตัวเป็นไอออนจะถูกโฟกัสเป็นลำแสงเข้าไปในพื้นที่แยกมวลซึ่งมีการใช้แม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อเบี่ยงเบนไอออนเช่นไอโซโทปที่แตกต่างกันจะถูกแยกออกจากมวล

หลังจากผ่านพื้นที่แยกมวลไอออนจะเข้าถึงไอออนนักสะสมที่สร้างสัญญาณไฟฟ้าตามสัดส่วนกับจำนวนไอออนที่ตรวจพบไอออนของไอโซโทปที่เบากว่าจะได้รับการเบี่ยงเบนไปจากสนามแม่เหล็กมากกว่าสนามแม่เหล็กที่หนักกว่าดังนั้นนักสะสมจะได้รับการจัดตำแหน่งตามนั้นดังนั้นสัดส่วนสัมพัทธ์ของไอโซโทปที่แตกต่างกันสามารถคำนวณได้

ตัวอย่างจะต้องเตรียมก่อนที่จะถูกนำเข้าสู่สเปกโตรมิเตอร์มวลไอโซโทปในกรณีของสารชีวภาพตัวอย่างเช่นตัวอย่างอาจอยู่ในรูปของใบดินหรือวัสดุที่ไม่ใช่โฮโมเจนอื่น ๆโดยทั่วไปวัสดุที่เป็นของแข็งจะแห้งและบดเป็นผงละเอียดตัวอย่างของเหลวจะถูกทำให้แห้งหรือดูดซึมลงบนวัสดุที่เป็นของแข็งที่มีรูพรุนก่อนที่จะทำการวิเคราะห์อัตราส่วนไอโซโทปการสอบเทียบโดยใช้วัสดุที่เป็นที่รู้จักและอัตราส่วนไอโซโทปมักจะดำเนินการ

อัตราส่วนโดยรวมของไอโซโทปที่เสถียรขององค์ประกอบใด ๆ ที่กำหนดบนโลกได้รับการแก้ไขในช่วงเวลาของการก่อตัวของดาวเคราะห์แม้ว่าไอโซโทปที่แตกต่างกันขององค์ประกอบมีคุณสมบัติทางเคมีเท่ากัน แต่ปัจจัยอื่น ๆ เช่นการเคลื่อนย้ายและความผันผวนได้รับอิทธิพลจากมวลไอโซโทปของไอโซโทปเนื่องจากความแตกต่างเหล่านี้กระบวนการทางธรณีวิทยาและชีวเคมีต่าง ๆ สามารถมีสมาธิหรือทำให้เกิดไอโซโทปโดยเฉพาะเมื่อเทียบกับค่าพื้นหลังซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการแยกส่วนไอโซโทปตัวอย่างเช่นการสังเคราะห์ด้วยแสงส่งผลให้เกิดการลดลงเล็กน้อย แต่มีนัยสำคัญของไอโซโทปคาร์บอน -13 ที่สัมพันธ์กับบรรยากาศ

ความแตกต่างในอัตราส่วนของไอโซโทปขององค์ประกอบเช่นคาร์บอนออกซิเจนไนโตรเจนและอื่น ๆ สามารถให้ข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับต้นกำเนิดและประวัติศาสตร์ของตัวอย่างเป็นไปได้โดยใช้สเปคโตรมิเตอร์มวลไอโซโทปเพื่อตรวจสอบว่าวัสดุเป็นแหล่งกำเนิดอินทรีย์และแม้กระทั่งในบางกรณีเพื่อระบุพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่เกิดขึ้นสิ่งนี้สามารถใช้ในวิทยาศาสตร์นิติวิทยาศาสตร์ตัวอย่างเช่นตัวอย่างของยาเสพติดที่ผิดกฎหมายสามารถย้อนกลับไปยังต้นกำเนิดและตัวอย่างดินที่นำมาจากผู้ต้องสงสัยสามารถเปรียบเทียบไอโซโทปกับที่เกิดขึ้นได้จากที่เกิดเหตุเพื่อตรวจสอบสภาพภูมิอากาศของโลกในช่วงเวลาที่ผ่านมาอัตราการดูดซึมและการสะสมของไอโซโทปคาร์บอนและออกซิเจนโดยสิ่งมีชีวิตในทะเลที่ก่อตัวเป็นเปลือกแตกต่างกันไปตามสภาพอากาศอัตราส่วนไอโซโทปของฟอสซิลยังคงอยู่ดังนั้นสิ่งมีชีวิตเหล่านี้จึงสามารถนำมาใช้เพื่อรับข้อมูลเกี่ยวกับสภาพภูมิอากาศเมื่อพวกมันยังมีชีวิตอยู่

ในธรณีวิทยาการออกเดทแบบเรดิโอเมทริกเป็นแอปพลิเคชันที่สำคัญสำหรับสเปกโตรมิเตอร์มวลไอโซโทปอัตราส่วนไอโซโทปขององค์ประกอบโลหะบางอย่างสามารถใช้เพื่อกำหนดอายุของตัวอย่างหินเมื่อหินถูกสร้างขึ้นมันจะมีไอโซโทปกัมมันตรังสีบางอย่างการสลายตัวเหล่านี้เป็นไอโซโทปอื่น ๆ ทั้งองค์ประกอบเดียวกันหรือโดยทั่วไปคือองค์ประกอบที่แตกต่างกันในอัตราที่ทราบอัตราส่วนของต้นฉบับ mdash;หรือ“ ผู้ปกครอง” mdash;ไอโซโทปกับผลิตภัณฑ์สลายตัว mdash;หรือ“ ลูกสาว” mdash;ไอโซโทปสามารถใช้เพื่อกำหนดอายุของหิน