Qu'est-ce qu'un spectromètre de masse du rapport isotope?

Un spectromètre de masse du rapport isotope (IRMS) est un instrument qui mesure les rapports de différents isotopes d'éléments particuliers.Tous les éléments ont des isotopes qui diffèrent les uns des autres uniquement dans le nombre de neutrons dans le noyau, ce qui leur donne des poids atomiques différents.Le principe derrière le spectromètre de masse du rapport isotope est de différencier les isotopes sur la base de leurs différentes masses et de déterminer les rapports entre les paires d'isotopes.Cet appareil peut fournir des informations vitales sur l'âge et l'origine d'un échantillon de matériel.Le spectromètre de masse du rapport isotopique a des applications dans de nombreux domaines, notamment la géologie, la biologie et la science légale.

La conception des spectromètres de masse du rapport isotopique peut varier, mais généralement, ils suivent les mêmes principes de base.Il y aura une entrée où l'échantillon sera introduit, conduisant à une chambre de combustion où le matériau est converti en gaz, éventuellement avec certains moyens de séparer différents gaz qui peuvent être produits.Cette étape convertit également les matériaux biologiques complexes en composés simples requis pour l'analyse, tels que le dioxyde de carbone (CO ₂ ), l'eau (H ₂ O) et l'azote (n ₂ ).Le gaz résultant est introduit dans une chambre d'ionisation où il est ionisé par un faisceau d'électrons.Le gaz ionisé est ensuite focalisé comme un faisceau dans une zone de séparation de masse, où un électro-aimant est utilisé pour dévier les ions, de sorte que différents isotopes seront séparés en fonction de leurs masses.

après avoir traversé la zone de séparation de masse, les ions atteignent la portéeLes collectionneurs qui génèrent des signaux électriques proportionnels au nombre d'ions détectés.Les ions des isotopes plus légers auront été plus déviés par le champ magnétique que les plus lourds, de sorte que les collectionneurs seront positionnés en conséquence.Ainsi, les proportions relatives de différents isotopes peuvent être calculées.

Les échantillons doivent être préparés avant d'être introduits dans le spectromètre de masse du rapport isotopique.Dans le cas de substances biologiques, par exemple, les échantillons peuvent se présenter sous forme de feuilles, de sol ou d'autres matières non homogènes.Le matériau solide sera généralement séché et mis à la terre en une fine poudre.Les échantillons liquides seront séchés ou absorbés sur un matériau solide poreux.Avant d'effectuer une analyse du rapport isotopique, l'étalonnage en utilisant des matériaux d'élément connu et des rapports isotopiques sera généralement effectué.

Les rapports globaux des isotopes stables de tout élément donné sur la Terre ont été fixés au moment de la formation de la planète.Bien que différents isotopes d'un élément aient les mêmes propriétés chimiques, d'autres facteurs tels que la mobilité et la volatilité sont influencés par les masses des isotopes.En raison de ces différences, divers processus géochimiques et biochimiques peuvent se concentrer ou épuiser des isotopes particuliers par rapport à leurs valeurs de fond, un phénomène appelé fractionnement isotopique.Par exemple, la photosynthèse entraîne une déplétion faible mais significative de l'isotope carbone-13 par rapport à l'atmosphère.

Les différences dans les rapports des isotopes d'éléments tels que le carbone, l'oxygène, l'azote et d'autres peuvent fournir des informations importantes sur l'origine et l'histoired'un échantillon.Il est possible d'utiliser un spectromètre de masse de rapport isotope pour déterminer si un matériau est d'origine organique et même, dans certains cas, pour identifier la zone géographique d'où elle est originaire.Cela peut être utile en science légale.pour enquêter sur le climat de la Terre dans les temps passés.Les taux d'absorption et de dépôt d'isotopes de carbone et d'oxygène par les organismes marins formant des coquilles varient selon le climat.Les ratios isotopiques des restes fossilisésS de ces organismes peuvent ainsi être utilisés pour obtenir des informations sur les conditions climatiques lorsqu'elles étaient vivantes.

en géologie, la datation radiométrique est une application importante pour le spectromètre de masse du rapport isotopique.Les rapports isotopiques de certains éléments métalliques peuvent être utilisés pour déterminer l'âge d'un échantillon de roche.Lorsque la roche est formée, il contiendra des isotopes radioactifs.Ces décroissances dans d'autres isotopes, soit du même élément, soit, plus souvent, un élément différent, à un rythme connu.Le rapport de l'original mdash;ou «parent» mdash;Isotope au produit de désintégration mdash;ou «fille» mdash;L'isotope peut ainsi être utilisé pour déterminer l'âge de la roche.