동위 원소 비율 질량 분석기는 무엇입니까?
동위 원소 비율 질량 분석기 (IRMS)는 특정 원소의 다른 동위 원소의 비율을 측정하는 기기입니다. 모든 원소는 핵의 중성자 수만 서로 다른 동위 원소를 가지므로 원자 무게가 다릅니다. 동위 원소 비율 질량 분석기의 기본 원리는 서로 다른 질량을 기준으로 동위 원소를 구별하고 동위 원소 쌍 간의 비율을 결정하는 것입니다. 이 장치는 재료 샘플의 연령과 출처에 대한 중요한 정보를 제공 할 수 있습니다. 동위 원소 비율 질량 분석기는 지질학, 생물학 및 법의학 과학을 포함한 여러 분야에 적용됩니다.
동위 원소 비율 질량 분석기의 설계는 다양 할 수 있지만 일반적으로 동일한 기본 원리를 따릅니다. 샘플이 유입되는 유입구가있을 수 있으며, 그 결과 물질이 가스로 변환되는 연소실이 생길 수 있으며, 가능한 다른 가스를 분리 할 수있는 수단이있을 수 있습니다. 이 단계는 또한 복잡한 생물학적 물질을 이산화탄소 (CO 2 ), 물 (H 2 O) 및 질소 (N 2 )와 같은 분석에 필요한 간단한 화합물로 변환합니다. 생성 된 가스는 이온화 챔버로 공급되어 전자빔에 의해 이온화된다. 이온화 된 가스는 질량 분리 영역으로의 빔으로서 집속되며, 여기서 전자석은 이온을 편향시키기 위해 사용되어 질량에 따라 상이한 동위 원소가 분리된다.
질량 분리 영역을 통과 한 후 이온은 수집 된 이온 수에 비례하여 전기 신호를 생성하는 수집기에 도달합니다. 더 가벼운 동위 원소의 이온은 무거운 것보다 자기장에 의해 더 많이 편향되어 수집기가 그에 따라 배치됩니다. 따라서, 상이한 동위 원소의 상대적인 비율이 계산 될 수있다.
동위 원소 비율 질량 분석기에 주입하기 전에 샘플을 준비해야합니다. 생물학적 물질의 경우, 예를 들어, 샘플은 잎, 토양 또는 다른 비균질 물질의 형태 일 수있다. 고체 물질은 일반적으로 건조되고 미세 분말로 분쇄 될 것이다. 액체 샘플은 건조되거나 다공성 고체 물질 상에 흡수 될 것이다. 동위 원소 비율 분석을 수행하기 전에 알려진 원소와 동위 원소 비율의 재료를 사용한 교정이 일반적으로 수행됩니다.
지구상에 주어진 어떤 원소의 안정한 동위 원소의 전체 비율은 행성이 형성 될 때 고정되었습니다. 원소의 다른 동위 원소는 동일한 화학적 특성을 갖지만 이동성과 휘발성과 같은 다른 요소는 동위 원소 질량에 의해 영향을받습니다. 이러한 차이로 인해 다양한 지구 화학적 및 생화학 적 과정은 배경 값에 비해 특정 동위 원소를 집중 시키거나 고갈시킬 수 있는데, 이는 동위 원소 분획으로 알려진 현상입니다. 예를 들어, 광합성은 대기에 비해 동위 원소 탄소 -13의 작지만 상당한 고갈을 초래한다.
탄소, 산소, 질소 등과 같은 원소의 동위 원소 비율의 차이는 시료의 기원과 이력에 대한 중요한 정보를 제공 할 수 있습니다. 동위 원소 비율 질량 분석기를 사용하여 재료가 유기 기원인지 여부를 확인하고 경우에 따라 재료가 발생한 지리적 영역을 정확히 찾아 낼 수도 있습니다. 이것은 법의학에서 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 불법 약물 샘플은 원산지로 추적 될 수 있으며 용의자로부터 채취 한 토양 샘플은 범죄 현장의 샘플과 동위 원소로 비교 될 수 있습니다.
온도와 강수량은 동위 원소 분별에 영향을 줄 수 있으므로 동위 원소 비율 질량 분석법을 사용하여 과거의 지구 기후를 조사 할 수 있습니다. 껍질 형성 해양 유기체에 의한 탄소 및 산소 동위 원소의 흡수 및 증착 속도는 기후에 따라 달라집니다. 따라서 이들 유기체의 화석화 된 유물의 동위 원소 비율은 그들이 살아있을 때 기후 조건에 대한 정보를 얻는 데 사용될 수 있습니다.
지질학에서 방사성 연대 측정은 동위 원소 비율 질량 분석기의 중요한 응용 분야입니다. 특정 금속 원소의 동위 원소 비율을 사용하여 암석 샘플의 수명을 결정할 수 있습니다. 암석이 형성되면 일부 방사성 동위 원소가 포함됩니다. 이들은 알려진 비율로 동일한 원소 또는보다 일반적으로 다른 원소 중 하나 인 다른 동위 원소로 붕괴된다. 따라서 부패 생성물 (또는 "딸")에 대한 원래의 "부모"-동위 원소의 비율은 암석의 나이를 결정하는 데 사용될 수 있습니다.