Co je hmotnostní spektrometr poměru izotopů?
Hmotný spektrometr izotopů (IRMS) je nástroj, který měří poměry různých izotopů konkrétních prvků. Všechny prvky mají izotopy, které se od sebe liší pouze v počtu neutronů v jádru, což jim dává různé atomové hmotnosti. Princip hmotnostního spektrometru poměru izotopů je rozlišit izotopy na základě jejich různých hmot a určit poměry mezi páry izotopů. Toto zařízení může poskytnout životně důležité informace o věku a původu vzorku materiálu. Hmotný spektrometr poměru izotopů má aplikace v mnoha oblastech, včetně geologie, biologie a forenzní vědy. K dispozici bude vstup, kde je vzorek zaveden, což vede ke spalovací komoře, kde je materiál přeměněn na plyn, pravděpodobně s některými prostředky pro oddělení různých plynů, které mohou být vyrobeny. Tato fáze alTakže převádí komplexní biologické materiály na jednoduché sloučeniny potřebné pro analýzu, jako je oxid uhličitý (CO 2 ), Voda (H 2 O) a dusík (n ). Výsledný plyn je přiváděn do ionizační komory, kde je ionizován paprskem elektronů. Ionizovaný plyn je pak zaostřen jako paprsek do oblasti separace hmoty, kde se k odklonění iontů používá elektromagnet, takže různé izotopy budou odděleny podle jejich mas.
Po průchodu oblastí separace hmoty se ionty dosahují sběratelů, které generují elektrické signály úměrné počtu detekovaných iontů. Ionty lehčích izotopů budou odkloněny více magnetickým polem než těžší, takže sběratelé budou odpovídajícím způsobem umístěni. Relativní podíly různých izotopů tedy lze vypočítat.
Vzorky musí být připraveny před tím, než se staneG zavedena do hmotnostního spektrometru poměru izotopů. Například v případě biologických látek mohou být vzorky ve formě listů, půdy nebo jiného nehomogenního materiálu. Pevný materiál bude obecně sušen a rozměněn na jemný prášek. Vzorky kapaliny budou buď sušeny nebo absorbovány na porézní pevný materiál. Před provedením analýzy poměru izotopů bude obvykle provedena kalibrace pomocí materiálů známých prvků a izotopů.
Celkové poměry stabilních izotopů jakéhokoli daného prvku na Zemi byly stanoveny v době tvorby planety. Ačkoli různé izotopy prvku mají stejné chemické vlastnosti, další faktory, jako je mobilita a volatilita, jsou ovlivněny masy izotopů. Kvůli těmto rozdílům mohou různé geochemické a biochemické procesy soustředit nebo vyčerpávat konkrétní izotopy vzhledem k jejich hodnotám na pozadí, což je jev známý jako izotopová frakcionace. Například výsledek fotosyntézys v malém, ale významném vyčerpání izotopu uhlíku-13 vzhledem k atmosféře.
Rozdíly v poměrech izotopů prvků, jako je uhlík, kyslík, dusík a další, mohou poskytnout důležité informace o původu a historii vzorku. Je možné pomocí hmotnostního spektrometru poměru izotopů k určení, zda je materiál organického původu a dokonce i v některých případech určí geografickou oblast, kde vznikl. To může být užitečné ve forenzní vědě. Například vzorky nelegálních drog lze vysledovat zpět k jejich původu a vzorky půdy odebrané z podezřelého lze porovnat izotopicky s vzorky z místa činu.
Jako teplota a srážení mohou ovlivnit izotopovou frakcionaci, hmotnostní spektrometrie poměru izotopů může být použita ke zkoumání klimatu Země v minulých dobách. Míra absorpce a depozice izotopů uhlíku a kyslíku pomocí mořských organismů vytvářejících skořápky se liší podle klimatu. Poměry izotopů fossIlizované pozůstatky těchto organismů lze tedy použít k získání informací o klimatických podmínkách, když byly naživu.
V geologii je radiometrické datování důležitou aplikací pro hmotnostní spektrometr poměru izotopů. Poměry izotopů určitých kovových prvků lze použít ke stanovení věku vzorku hornin. Když se vytvoří skála, bude obsahovat některé radioaktivní izotopy. Tyto rozpadu do jiných izotopů, buď ze stejného prvku, nebo častěji, jiným prvkem, známou rychlostí. Poměr původního - nebo „rodičovského“ - izotopu k produktu rozpadu - nebo „dceři“ - izotopu lze tedy použít k určení věku skály.