เครื่องวัดอัตราส่วนมวลสารไอโซโทป (IRMS) เป็นเครื่องมือที่ใช้วัดอัตราส่วนของไอโซโทปที่แตกต่างกันขององค์ประกอบเฉพาะ องค์ประกอบทั้งหมดมีไอโซโทปที่แตกต่างจากกันเพียงในจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียสทำให้พวกเขามีน้ำหนักอะตอมที่แตกต่างกัน หลักการเบื้องหลังสเปคโตรมิเตอร์มวลอัตราส่วนไอโซโทปคือการแยกไอโซโทปบนพื้นฐานของมวลที่แตกต่างกันของพวกเขาและกำหนดอัตราส่วนระหว่างคู่ของไอโซโทป อุปกรณ์นี้สามารถให้ข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับอายุและที่มาของตัวอย่างวัสดุ สเปกโตรมิเตอร์มวลไอโซโทปมีการใช้งานในหลายพื้นที่รวมถึงธรณีวิทยาชีววิทยาและวิทยาศาสตร์นิติเวช
การออกแบบสเป็คโตรมิเตอร์มวลไอโซโทปสามารถแตกต่างกันไป แต่โดยทั่วไปพวกเขาปฏิบัติตามหลักการพื้นฐานเดียวกัน จะมีทางเข้าที่นำตัวอย่างไปสู่ห้องเผาไหม้ที่ซึ่งวัสดุถูกเปลี่ยนเป็นก๊าซอาจมีวิธีแยกก๊าซที่แตกต่างกันออกไป ขั้นตอนนี้ยังแปลงวัสดุชีวภาพที่ซับซ้อนเป็นสารประกอบง่าย ๆ ที่จำเป็นสำหรับการวิเคราะห์เช่นคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2 ) น้ำ (H 2 O) และไนโตรเจน (N 2 ) ก๊าซที่เกิดขึ้นจะถูกป้อนเข้าสู่ห้องไอออไนเซชันโดยจะถูกอิออนด้วยลำแสงอิเล็กตรอน จากนั้นก๊าซไอออไนซ์จะถูกโฟกัสเป็นลำแสงในพื้นที่แยกมวลซึ่งแม่เหล็กไฟฟ้าถูกใช้เพื่อเบี่ยงเบนไอออนเช่นไอโซโทปที่แตกต่างกันจะถูกแยกออกไปตามมวลของมัน
หลังจากผ่านบริเวณแยกมวลแล้วไอออนจะไปถึงตัวสะสมที่สร้างสัญญาณไฟฟ้าตามสัดส่วนของจำนวนไอออนที่ตรวจพบ ไอออนของไอโซโทปที่เบากว่าจะถูกเบี่ยงเบนไปจากสนามแม่เหล็กมากกว่าไอออนที่หนักกว่าดังนั้นนักสะสมจะถูกจัดวางตามลำดับ ดังนั้นสามารถคำนวณอัตราส่วนสัมพัทธ์ของไอโซโทปที่แตกต่างกันได้
ตัวอย่างจะต้องเตรียมก่อนที่จะถูกนำเข้าสู่สเปกโตรมิเตอร์มวลไอโซโทป ในกรณีของสารชีวภาพตัวอย่างอาจอยู่ในรูปของใบดินหรือวัสดุอื่น ๆ ที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน โดยทั่วไปวัสดุที่เป็นของแข็งจะถูกทำให้แห้งและบดเป็นผงละเอียด ตัวอย่างของเหลวจะถูกทำให้แห้งหรือดูดซับลงบนวัสดุที่เป็นรูพรุน ก่อนดำเนินการวิเคราะห์อัตราส่วนไอโซโทปการสอบเทียบโดยใช้วัสดุขององค์ประกอบที่รู้จักและอัตราส่วนไอโซโทปมักจะดำเนินการ
อัตราส่วนโดยรวมของไอโซโทปเสถียรขององค์ประกอบใด ๆ บนโลกได้รับการแก้ไขในช่วงเวลาของการก่อตัวของดาวเคราะห์ ถึงแม้ว่าไอโซโทปที่แตกต่างกันขององค์ประกอบจะมีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนกัน แต่ปัจจัยอื่น ๆ เช่นความคล่องตัวและความผันผวนได้รับอิทธิพลจากมวลของไอโซโทป เนื่องจากความแตกต่างเหล่านี้กระบวนการธรณีเคมีและชีวเคมีต่าง ๆ สามารถมีสมาธิหรือทำให้หมดสิ้นลงโดยเฉพาะไอโซโทปที่สัมพันธ์กับค่าพื้นหลังปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการแยกไอโซโทป ยกตัวอย่างเช่นการสังเคราะห์ด้วยแสงส่งผลให้ไอโซโทปคาร์บอน -13 ลดลงเล็กน้อย แต่มีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับชั้นบรรยากาศ
ความแตกต่างในอัตราส่วนของไอโซโทปขององค์ประกอบเช่นคาร์บอนออกซิเจนไนโตรเจนและอื่น ๆ สามารถให้ข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับที่มาและประวัติของตัวอย่าง มันเป็นไปได้ที่จะใช้เครื่องวัดมวลไอโซโทปอัตราส่วนมวลสารเพื่อตรวจสอบว่าวัสดุที่เป็นแหล่งกำเนิดอินทรีย์และแม้กระทั่งในบางกรณีเพื่อระบุพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่มันมา สิ่งนี้สามารถนำไปใช้ในงานนิติวิทยาศาสตร์ได้ ตัวอย่างเช่นตัวอย่างของยาเสพติดที่ผิดกฎหมายสามารถย้อนกลับไปที่จุดกำเนิดของพวกเขาและตัวอย่างดินที่นำมาจากผู้ต้องสงสัยสามารถเปรียบเทียบไอโซโทปกับผู้ที่มาจากที่เกิดเหตุ
เมื่ออุณหภูมิและการตกตะกอนสามารถส่งผลต่อการแยกไอโซโทปไอโซโทปอัตราส่วนมวลสารสามารถนำมาใช้เพื่อตรวจสอบสภาพภูมิอากาศของโลกในอดีต อัตราการดูดซับและการทับถมของไอโซโทปคาร์บอนและออกซิเจนโดยสิ่งมีชีวิตในทะเลที่ก่อตัวเป็นเปลือกแตกต่างกันไปตามสภาพอากาศ อัตราส่วนไอโซโทปของซากฟอสซิลของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้สามารถใช้เพื่อรับข้อมูลเกี่ยวกับสภาพภูมิอากาศเมื่อพวกเขายังมีชีวิตอยู่
ในทางธรณีวิทยาการหาคู่ด้วยคลื่นวิทยุเป็นแอพพลิเคชั่นที่สำคัญสำหรับไอโซโทปมวลสาร อัตราส่วนไอโซโทปของธาตุโลหะบางชนิดสามารถใช้เพื่อกำหนดอายุของตัวอย่างหิน เมื่อหินก่อตัวขึ้นมันจะมีไอโซโทปกัมมันตรังสีบางส่วน การสลายตัวเหล่านี้ไปยังไอโซโทปอื่น ๆ ไม่ว่าจะเป็นธาตุเดียวกันหรือธาตุอื่นที่แตกต่างกันในอัตราที่ทราบกันโดยทั่วไป อัตราส่วนของไอโซโทปดั้งเดิม - หรือ "ผู้ปกครอง" - ไอโซโทปต่อการสลายตัว - หรือ "ลูกสาว" - ไอโซโทปสามารถนำมาใช้เพื่อกำหนดอายุของหิน
