Was ist ein Isotopenverhältnis -Massenspektrometer?
Ein Isotopenverhältnis -Massenspektrometer (IRMS) ist ein Instrument, das die Verhältnisse verschiedener Isotope bestimmter Elemente misst. Alle Elemente haben Isotope, die sich nur in der Anzahl der Neutronen im Kern voneinander unterscheiden, was ihnen unterschiedliche Atomgewichte verleiht. Das Prinzip hinter dem Massenspektrometer des Isotopenverhältnisses besteht darin, die Isotope anhand ihrer verschiedenen Massen zu differenzieren und die Verhältnisse zwischen Isotopenpaaren zu bestimmen. Dieses Gerät kann wichtige Informationen über das Alter und den Ursprung einer Materialprobe liefern. Das Isotopenverhältnis -Massenspektrometer verfügt über Anwendungen in vielen Bereichen, einschließlich Geologie, Biologie und forensischer Wissenschaft. Es wird einen Einlass geben, in dem die Probe eingeführt wird, was zu einer Verbrennungskammer führt, in der das Material in ein Gas umgewandelt wird, möglicherweise mit einigen Mitteln zur Trennung verschiedener Gase, die erzeugt werden können. Diese Phase alUmwandelt daher komplexe biologische Materialien in die für die Analyse erforderlichen einfachen Verbindungen, wie z. B. Kohlendioxid (CO 2 ), Wasser (H 2 o) und Stickstoff (n 2 ). Das resultierende Gas wird in eine Ionisationskammer eingespeist, in der es durch einen Elektronenstrahl ionisiert wird. Das ionisierte Gas wird dann als Strahl in einen Massentrennbereich fokussiert, in dem ein Elektromagnet verwendet wird, um die Ionen abzulenken, so dass verschiedene Isotope nach ihren Massen getrennt werden.
Nach dem Durchgang des Massentrennbereichs erreichen die Ionen Sammler, die elektrische Signale erzeugen, die proportional zur Anzahl der erkannten Ionen sind. Ionen der leichteren Isotope werden vom Magnetfeld mehr abgelenkt als die schwereren, sodass die Sammler entsprechend positioniert werden. Somit können die relativen Anteile verschiedener Isotope berechnet werden.
Die Proben müssen vor Bein hergestellt werdenG in das Isotopenverhältnis -Massenspektrometer eingeführt. Bei biologischen Substanzen können beispielsweise die Proben in Form von Blättern, Boden oder anderen nicht-homogenen Materialien vorliegen. Festes Material wird im Allgemeinen getrocknet und zu einem feinen Pulver gemahlen. Flüssige Proben werden entweder getrocknet oder auf poröses festes Material absorbiert. Vor der Durchführung einer Isotopenverhältnisanalyse wird in der Regel Kalibrierung unter Verwendung von Materialien mit bekannter Element- und Isotopenverhältnissen durchgeführt.
Die Gesamtverhältnisse stabiler Isotope eines bestimmten Elements auf der Erde wurden zum Zeitpunkt der Bildung des Planeten festgelegt. Obwohl verschiedene Isotope eines Elements die gleichen chemischen Eigenschaften aufweisen, werden andere Faktoren wie Mobilität und Volatilität durch die Massen der Isotope beeinflusst. Aufgrund dieser Unterschiede können verschiedene geochemische und biochemische Prozesse bestimmte Isotope relativ zu ihren Hintergrundwerten konzentrieren oder abbauen, ein Phänomen, das als Isotopenfraktionierung bekannt ist. Zum Beispiel Ergebnis der Photosyntheses in einer kleinen, aber signifikanten Erschöpfung des Isotopenkohlenstoff-13-Relativs in Bezug auf die Atmosphäre.
Differences in the ratios of isotopes of elements such as carbon, oxygen, nitrogen and others can provide important information about the origin and history of a sample. Mit einem Isotopenverhältnis -Massenspektrometer ist es möglich, zu bestimmen, ob ein Material organischer Herkunft ist, und in einigen Fällen sogar den geografischen Bereich, in dem es stammt. Dies kann in der forensischen Wissenschaft von Nutzen sein. Zum Beispiel können Proben illegaler Drogen auf ihre Ursprünge zurückgeführt werden und Bodenproben, die einem Verdächtigen entnommen wurden, können isotopisch mit denen eines Tatorts verglichen werden.
Da Temperatur und Niederschlag die Isotopenfraktionierung beeinflussen können, kann die Massenspektrometrie des Isotopenverhältnisses verwendet werden, um das Erdklima in früheren Zeiten zu untersuchen. Die Raten der Aufnahme und Ablagerung von Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopen durch schalenbildende marinen Organismen variieren je nach Klima. Isotopenverhältnisse von Fossilisierte Überreste dieser Organismen können daher verwendet werden, um Informationen über die klimatischen Bedingungen zu erhalten, wenn sie am Leben waren.
In der Geologie ist die radiometrische Datierung eine wichtige Anwendung für das Massenspektrometer des Isotopenverhältnisses. Die Isotopenverhältnisse bestimmter metallischer Elemente können verwendet werden, um das Alter einer Gesteinsprobe zu bestimmen. Wenn Rock gebildet wird, enthält er einige radioaktive Isotope. Diese Verfall in andere Isotope, entweder desselben Elements oder, häufiger ein anderes Element, mit einer bekannten Geschwindigkeit. Das Verhältnis des ursprünglichen - oder „Elternteils“ - Isotope zum Zerfallsprodukt - oder „Tochter“ - kann daher verwendet werden, um das Alter des Gesteins zu bestimmen.