Hva er en Isotop Ratio Mass Spectrometer?

April 6  by Eliza

En isotop-forhold massespektrometer (IRMS) er et instrument som måler prosenter av forskjellige isotoper av bestemte elementer. Alle elementer har isotoper som skiller seg fra hverandre bare i antall nøytroner i kjernen, noe som gir dem forskjellige atomvekter. Prinsippet bak isotopforholdet massespektrometer er å skille isotoper på grunnlag av deres forskjellige masser og bestemme forholdene mellom par av isotoper. Denne enheten kan gi viktig informasjon om alder og opprinnelse av en prøve av materialet. Isotopforholdet massespektrometer har programmer i mange områder, blant annet geologi, biologi og rettsmedisin.

Utformingen av isotopforholdet massespektrometre kan variere, men generelt, følger de samme grunnleggende prinsipper. Det vil være et innløp hvor prøven blir innført, som fører til et forbrenningskammer hvor materialet omdannes til en gass, eventuelt med noen midler for å separere forskjellige gasser som kan produseres. Dette trinn omdanner også komplekse biologiske materialer i de enkle forbindelser som er nødvendige for analyse, slik som karbondioksyd (CO 2), vann (H2O) og nitrogen (N2). Den resulterende gass mates inn i et ioniseringskammer, hvor den er ionisert av en stråle av elektroner. Den ionisert gass blir så fokusert som en stråle inn i en masseseparasjonsområde, hvor en elektromagnet benyttes for å avbøye de ioner, slik at forskjellige isotoper vil bli separert i henhold til deres masser.

Etter å ha passert gjennom massen separasjonsområdet, ionene kommer samlere som genererer elektriske signaler som er proporsjonale med antallet ioner detektert. Ioner av de lettere isotoper vil ha blitt avbøyd mer av det magnetiske felt enn de tyngre de, slik at samlere vil være plassert tilsvarende. Således kan de relative andeler av forskjellige isotoper beregnes.

Prøvene må fremstilles før den innføres i isotopforholdet massespektrometer. I tilfelle av biologiske substanser, for eksempel, kan prøvene være i form av blader, jord eller annet ikke-homogent materiale. Fast materiale vil vanligvis bli tørket og malt til et fint pulver. Væskeprøver vil enten bli tørket eller absorbert i porøst solid materiale. Før du utfører en isotop ratio analyse, vil kalibrering ved hjelp av materialer av kjente element og isotopratene vanligvis utføres.

De generelle forhold av stabile isotoper av et gitt element på Jorden ble fiksert ved jordens formasjon. Selv om forskjellige isotoper av et grunnstoff har samme kjemiske egenskaper, er andre faktorer som mobilitet og flyktighet påvirket av isotoper 'massene. På grunn av disse forskjellene, kan ulike geokjemiske og biokjemiske prosesser konsentrere eller utarme spesielle isotoper i forhold til deres bakgrunnsverdier, et fenomen som kalles isotop fraksjonering. For eksempel fotosyntese resulterer i en liten, men signifikant reduksjon av isotopen karbon-13 i forhold til atmosfæren.

Forskjeller i prosenter av isotoper av elementer som karbon, oksygen, nitrogen og andre kan gi viktig informasjon om opprinnelsen og historien til en prøve. Det er mulig ved hjelp av et isotop-forhold massespektrometer for å bestemme om et materiale er av organisk opprinnelse, og til og med, i noen tilfeller, for å lokalisere det geografiske område hvor det stammer fra. Dette kan være til nytte i rettsmedisin. For eksempel kan prøver av ulovlige rusmidler spores tilbake til sin opprinnelse og jordprøver tatt fra en mistenkt kan sammenlignes isotopically med de fra et åsted.

Som temperatur og nedbør kan påvirke isotoper fraksjonering, kan isotopforholdet massespektrometri brukes til å undersøke jordas klima i tidligere tider. Satsene for opptak og deponering av karbon og oksygenisotoper av Shell dannende marine organismer varierer i henhold til klima. Isotopratene for fossile restene av disse organismene kan dermed brukes til å få informasjon om de klimatiske forholdene når de var i live.

I geologi, er radiometrisk datering et viktig program for isotopforholdet massespektrometer. De isotopforhold av visse metalliske elementer kan brukes til å bestemme en alder av en stenprøve. Når stein blir dannet, vil det inneholde noen radioaktive isotoper. Disse nedbrytning til andre isotoper, enten av det samme element eller, mer vanlig, et annet element, ved en kjent hastighet. Forholdet mellom den opprinnelige - eller "foreldre" - isotop til forråtnelse produkt - eller "datter" - isotop kan således anvendes for å bestemme alder av bergarten.