Che cos'è uno spettrometro di massa con acceleratore?
Uno spettrometro di massa dell'acceleratore è un dispositivo di laboratorio che utilizza una combinazione di magnetismo e alta tensione per misurare elementi radioattivi. Sebbene sia stato dimostrato per la prima volta negli anni '30, l'uso degli acceleratori combinato con la spettrometria di massa non è diventato un luogo comune fino agli anni '70. La spettrometria di massa è la misura di una molecola o della massa dell'atomo separando atomi diversi dal loro peso o massa usando campi magnetici.
L'archeologia, lo studio delle antiche civiltà, ha utilizzato la presenza di materiali radioattivi, principalmente il carbonio, sin dall'inizio del XX secolo. Uno scienziato potrebbe prelevare un campione da un sito archeologico, misurare la quantità di carbonio radioattivo 14 presente nel campione e stimare l'età del campione o del manufatto. Prima dell'uso di uno spettrometro di massa con acceleratore, la misurazione del carbonio-14 richiedeva tempo e richiedeva una grande quantità di materiale. La scienza dell'utilizzo del carbonio radioattivo per determinare l'età dei manufatti antichi è nota come "datazione al carbonio".
Esistono diverse sezioni in uno spettrometro di massa dell'acceleratore, ma l'attrezzatura primaria è un separatore magnetico e un acceleratore tandem. La prima parte dell'unità utilizza un separatore magnetico a bassa potenza per rimuovere particelle o molecole indesiderate dal flusso del campione. Quindi il campione entra nell'acceleratore tandem, che accelera prima le particelle attirando la particella caricata negativamente con una carica elettrica positiva ad alta energia, superiore a milioni di volt.
Le particelle accelerate passano quindi attraverso uno stripper di elettroni, che è uno strato molto sottile di carbonio o un gas specifico. Gli elettroni vengono rimossi dalla particella, causando uno ione carico positivamente. Gli ioni ora sono nuovamente accelerati, perché respinti dall'elevata carica positiva dell'acceleratore. Questo è il motivo per cui questa parte del dispositivo è chiamata acceleratore in tandem, perché colpisce due volte gli ioni usando gli effetti di attrazione e repulsione dovuti alla carica elettrica.
Una volta che gli ioni ad alta velocità lasciano la sezione in tandem, il resto dello spettrometro di massa dell'acceleratore sono magneti aggiuntivi che possono dirigere il flusso di campionamento verso un rivelatore che conta il numero di particelle che lo raggiungono. Ogni sezione dello spettrometro è collegata a computer in grado di regolare la forza elettrica e magnetica per controllare il flusso del prodotto. I rilevatori sono estremamente sensibili e possono rilevare uno ione radioattivo in molti milioni di quelli non radioattivi.
Insieme al suo uso in archeologia e geologia, uno spettrometro di massa acceleratore può essere utilizzato nei test diagnostici medici. Un elemento radioattivo, chiamato tracciante, può essere iniettato in un paziente o incluso in piccole quantità in un farmaco assunto dal paziente. Mentre il corpo assorbe il farmaco, l'elemento tracciante può essere visto usando campioni introdotti in uno spettrometro di massa dell'acceleratore. La capacità dello spettrometro di vedere quantità molto ridotte di un elemento radioattivo rende preziosa la tecnica, poiché il paziente vede livelli di radioattività molto bassi che non si ritiene possano causare problemi di salute.