Wat is een isotoopverhouding massaspectrometer?

Een isotoopverhouding massaspectrometer (IRMS) is een instrument dat de verhoudingen van verschillende isotopen van bepaalde elementen meet. Alle elementen hebben isotopen die alleen van elkaar verschillen in het aantal neutronen in de kern, waardoor ze verschillende atoomgewichten hebben. Het principe achter de massaspectrometer van de isotoopverhouding is om de isotopen te onderscheiden op basis van hun verschillende massa's en de verhoudingen tussen paren van isotopen te bepalen. Dit apparaat kan essentiële informatie bieden over de leeftijd en de oorsprong van een materiaalmonster. De massaspectrometer van de isotoopverhouding heeft toepassingen op veel gebieden, waaronder geologie, biologie en forensische wetenschap.

Het ontwerp van de isotoopverhouding massaspectrometers kan variëren, maar over het algemeen volgen ze dezelfde basisprincipes. Er zal een inlaat zijn waar het monster wordt geïntroduceerd, wat leidt tot een verbrandingskamer waar het materiaal wordt omgezet in een gas, mogelijk met een manier om verschillende gassen te scheiden die kunnen worden geproduceerd. Deze fase AlDus zet complexe biologische materialen om in de eenvoudige verbindingen die nodig zijn voor analyse, zoals koolstofdioxide (CO ₂ ), water (H ₂ O) en stikstof (N ₂ ). Het resulterende gas wordt ingevoerd in een ionisatiekamer waar het wordt geïoniseerd door een bundel elektronen. Het geïoniseerde gas wordt vervolgens gefocust als een straal in een massa scheidingsgebied, waarbij een elektromagneet wordt gebruikt om de ionen af ​​te buigen, zodat verschillende isotopen zullen worden gescheiden volgens hun massa.

Na het passeren van het massa -scheidingsgebied bereiken de ionen verzamelaars die elektrische signalen genereren die evenredig zijn aan het aantal gedetecteerde ionen. Ionen van de lichtere isotopen zullen meer zijn afgebogen door het magnetische veld dan de zwaardere, dus de verzamelaars zullen dienovereenkomstig worden geplaatst. Aldus kunnen de relatieve verhoudingen van verschillende isotopen worden berekend.

De monsters moeten worden bereid voorafgaand aan beinG geïntroduceerd in de isotoopverhouding massaspectrometer. In het geval van biologische stoffen kunnen de monsters bijvoorbeeld in de vorm van bladeren, bodem of ander niet-homogeen materiaal zijn. Vast materiaal zal over het algemeen worden gedroogd en gemalen in een fijn poeder. Vloeibare monsters worden gedroogd of geabsorbeerd op poreus vast materiaal. Voordat een isotoopverhoudinganalyse wordt uitgevoerd, worden kalibratie met behulp van materialen van bekend element- en isotoopverhoudingen meestal uitgevoerd.

De algemene verhoudingen van stabiele isotopen van een bepaald element op de aarde werden gefixeerd ten tijde van de formatie van de planeet. Hoewel verschillende isotopen van een element dezelfde chemische eigenschappen hebben, worden andere factoren zoals mobiliteit en volatiliteit beïnvloed door de massa's van de isotopen. Vanwege deze verschillen kunnen verschillende geochemische en biochemische processen zich concentreren op bepaalde isotopen ten opzichte van hun achtergrondwaarden, een fenomeen dat bekend staat als isotopische fractionering. Bijvoorbeeld, fotosynthese resultaats in een kleine maar significante uitputting van de isotoop koolstof-13 ten opzichte van de atmosfeer.

Verschillen in de verhoudingen van isotopen van elementen zoals koolstof, zuurstof, stikstof en anderen kunnen belangrijke informatie geven over de oorsprong en geschiedenis van een monster. Het is mogelijk met behulp van een isotoopverhouding massaspectrometer om te bepalen of een materiaal van organische oorsprong is en zelfs in sommige gevallen het geografische gebied waar het ontstond. Dit kan van nut worden in forensische wetenschap. Monsters van illegale drugs kunnen bijvoorbeeld worden herleid tot hun oorsprong en bodemmonsters die van een verdachte worden genomen, kunnen isotopisch worden vergeleken met die van een plaats delict.

Omdat temperatuur en neerslag isotopische fractionering kunnen beïnvloeden, kan de isotoopverhouding massaspectrometrie worden gebruikt om het klimaat van de aarde in het verleden te onderzoeken. De snelheden van opname en afzetting van koolstof- en zuurstofisotopen door schaalvormende mariene organismen variëren afhankelijk van het klimaat. Isotoopverhoudingen van fossGeïliseerde overblijfselen van deze organismen kunnen dus worden gebruikt om informatie te verkrijgen over de klimatologische omstandigheden toen ze leefden.

In de geologie is radiometrische datering een belangrijke toepassing voor de massaspectrometer van de isotoopverhouding. De isotoopverhoudingen van bepaalde metalen elementen kunnen worden gebruikt om de leeftijd van een rotsmonster te bepalen. Wanneer rots wordt gevormd, bevat het enkele radioactieve isotopen. Dit verval in andere isotopen, hetzij van hetzelfde element of, vaker, een ander element, in een bekende snelheid. De verhouding van het origineel - of "ouder" - isotoop tot het vervalproduct - of "dochter" - isotoop kan dus worden gebruikt om de leeftijd van de rots te bepalen.