Hvad er et isotopforhold massespektrometer?
Et isotopforhold massespektrometer (IRMS) er et instrument, der måler forholdet mellem forskellige isotoper af bestemte elementer. Alle elementer har isotoper, der adskiller sig fra hinanden kun i antallet af neutroner i kernen, hvilket giver dem forskellige atomvægte. Princippet bag isotopforholdet massespektrometer er at differentiere isotoperne på basis af deres forskellige masser og bestemme forholdet mellem parisotoper. Denne enhed kan give vigtige oplysninger om alderen og oprindelsen af en prøve af materiale. Massespektrometeret i isotopforholdet har anvendelser på mange områder, herunder geologi, biologi og retsmedicinsk videnskab.
Designet af isotopforholdsmassespektrometre kan variere, men generelt følger de de samme grundlæggende principper. Der vil være et indløb, hvor prøven introduceres, hvilket fører til et forbrændingskammer, hvor materialet omdannes til en gas, muligvis med nogle midler til at adskille forskellige gasser, der kan produceres. Dette trin AlSå konverterer komplekse biologiske materialer til de enkle forbindelser, der kræves til analyse, såsom kuldioxid (CO 2 ), vand (H 2 O) og nitrogen (N 2 ). Den resulterende gas føres ind i et ioniseringskammer, hvor det ioniseres af en stråle af elektroner. Den ioniserede gas fokuseres derefter som en stråle i et masseseparationsområde, hvor en elektromagnet bruges til at aflede ionerne, så forskellige isotoper vil blive adskilt i henhold til deres masser.
Efter at have passeret gennem masseseparationsområdet når ionerne samlere, der genererer elektriske signaler, der er proportional med antallet af detekterede ioner. Ioner af de lettere isotoper vil være blevet afbøjet mere af magnetfeltet end de tungere, så samlerne vil blive placeret i overensstemmelse hermed. Således kan de relative andele af forskellige isotoper beregnes.
Prøverne skal være forberedt inden BeinG introduceret i isotopforholdet massespektrometer. I tilfælde af biologiske stoffer, for eksempel, kan prøverne være i form af blade, jord eller andet ikke-homogent materiale. Fast materiale vil generelt tørres og formales i et fint pulver. Flydende prøver vil enten blive tørret eller absorberet på porøst fast materiale. Før man udfører en isotopforholdsanalyse, udføres kalibrering ved hjælp af materialer med kendte element og isotopforhold normalt.
De samlede forhold mellem stabile isotoper af ethvert givet element på jorden blev fikseret på tidspunktet for planetens dannelse. Selvom forskellige isotoper af et element har de samme kemiske egenskaber, påvirkes andre faktorer, såsom mobilitet og volatilitet, af isotopernes masser. På grund af disse forskelle kan forskellige geokemiske og biokemiske processer koncentrere eller udtømme særlige isotoper i forhold til deres baggrundsværdier, et fænomen kendt som isotopisk fraktionering. F.eks. Resultat af fotosyntese resulterers i en lille, men betydelig udtømning af isotopen carbon-13 i forhold til atmosfæren.
Forskelle i forholdet mellem isotoper af elementer såsom kulstof, ilt, nitrogen og andre kan give vigtige oplysninger om en prøveens oprindelse og historie. Det er muligt at bruge et isotopforhold massespektrometer til at bestemme, om et materiale er af organisk oprindelse, og endda i nogle tilfælde at præcisere det geografiske område, hvor det stammer fra. Dette kan være til brug i retsmedicinsk videnskab. For eksempel kan prøver af ulovlige stoffer spores tilbage til deres oprindelse, og jordprøver taget fra en mistænkt kan sammenlignes isotopisk med dem fra en kriminel scene.
Da temperatur og nedbør kan påvirke isotopisk fraktionering, kan isotopforholdsmassespektrometri bruges til at undersøge jordens klima i tidligere tider. Hastighederne for optagelse og afsætning af kulstof- og iltisotoper ved skaldannende marine organismer varierer afhængigt af klimaet. Isotopforhold mellem FOSSIliserede rester af disse organismer kan således bruges til at få information om de klimatiske forhold, når de var i live.
I geologi er radiometrisk datering en vigtig anvendelse for isotopforholdsmassespektrometeret. Isotopforholdene for visse metalliske elementer kan bruges til at bestemme alderen på en stenprøve. Når der dannes sten, vil den indeholde nogle radioaktive isotoper. Disse forfald til andre isotoper, enten af det samme element eller, mere almindeligt, et andet element, med en kendt hastighed. Forholdet mellem originalen - eller "forælder" - isotop og forfaldsproduktet - eller "datter" - kan således bruges til at bestemme klippens alder.