Hızlandırıcı kütle spektrometresi - Accelerator mass spectrometry

Hızlandırıcı kütle spektrometresi
1 MV hızlandırıcı kütle spectrometer.jpg
Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'nda hızlandırıcı kütle spektrometresi
Kısaltma AMS
Sınıflandırma Kütle spektrometrisi
Analitler Organik moleküller
Biyomoleküller
Diğer teknikler
İlişkili Parçacık hızlandırıcı

Hızlandırıcı kütle spektrometresi ( AMS ), kütle analizinden önce iyonları olağanüstü yüksek kinetik enerjilere hızlandıran bir kütle spektrometresi biçimidir . Kütle spektrometrik yöntemler arasında AMS özel kuvveti (örneğin, "bolluk duyarlılık" bol bir komşu kütlesinden nadir izotop ayrılması için gücünü 14 , Cı 12 ° C). Yöntem moleküler izobarları tamamen bastırır ve birçok durumda atomik izobarları da ayırabilir (örneğin 14 C'den 14 N ). Bu, 10 Be, 36 Cl, 26 Al ve 14 C gibi doğal olarak oluşan, uzun ömürlü radyo izotoplarının tespitini mümkün kılar . Tipik izotopik bollukları 10 −12 ila 10 −18 arasında değişir . AMS, yarı ömrün yeterince uzun olduğu tüm izotoplar için rakip bozunma sayma tekniğinden daha iyi performans gösterebilir. AMS'nin diğer avantajları arasında kısa ölçüm süresinin yanı sıra çok küçük numunelerde atomları tespit etme yeteneği bulunmaktadır.

Yöntem

Genellikle, bir iyon kaynağında negatif iyonlar oluşturulur (atomlar iyonize edilir ) . Şanslı durumlarda, bu zaten negatif iyon oluşturmayan istenmeyen bir izobarın bastırılmasına izin verir ( 14 C ölçümlerinde 14 N gibi ). Önceden hızlandırılmış iyonlar genellikle sektör-alan tipi bir ilk kütle spektrometresi ile ayrılır ve bir elektrostatik "tandem hızlandırıcıya" girer. Bu, parçacıkları hızlandırmak için iki aşama birlikte çalışan 0,2 ila çok milyon voltta çalışan Tandem van de Graaff Hızlandırıcı prensibine dayanan büyük bir nükleer parçacık hızlandırıcıdır . İki aşama arasındaki bağlantı noktasında iyonlar, ince bir madde tabakasından geçerek ("sıyırma", gaz veya ince bir karbon folyo) yükü negatiften pozitife değiştirir. Bu sıyırma aşamasında moleküller parçalanacaktır. Moleküler izobarların tamamen bastırılması (örneğin , 14 C ölçümlerinde 13 CH - ) AMS'nin olağanüstü bolluk duyarlılığının bir nedenidir. Ek olarak, darbe iyonun elektronlarından birkaçını çıkararak onu pozitif yüklü bir iyona dönüştürür. Hızlandırıcının ikinci yarısında, şimdi pozitif yüklü iyon, daha önce negatif iyonu çeken elektrostatik hızlandırıcının yüksek pozitif merkezinden uzağa doğru hızlandırılır. İyonlar hızlandırıcıdan ayrıldıklarında pozitif olarak yüklenirler ve ışık hızının yüzde birkaç oranında hareket ederler. Kütle spektrometresinin ikinci aşamasında, moleküllerin fragmanları ilgili iyonlardan ayrılır. Bu spektrometre, manyetik veya elektrik oluşabilmektedir sektörler ve sözde hız seçiciler hem kullanmaktadır, elektrik alanları ve manyetik alanlar . Bu aşamadan sonra, negatif iyonlar oluşturan kararlı (atomik) bir izobar olmadığı sürece (örneğin , 36 Cl ölçülüyorsa 36 S ), ki bu şimdiye kadar açıklanan kurulum tarafından hiç bastırılmamıştır. İyonların yüksek enerjisi sayesinde, bunlar, indirgeyici folyolar ve gazla doldurulmuş mıknatıslar gibi nükleer fizikten ödünç alınan yöntemlerle ayrılabilir. Tek tek iyonlar nihayet tek iyon sayımı ile tespit edilir (silikon yüzey bariyeri dedektörleri, iyonizasyon odaları ve / veya uçuş süresi teleskopları ile). İyonların yüksek enerjisi sayesinde, bu dedektörler nükleer yük tespiti ile arka plan izobarlarının ek tanımlanmasını sağlayabilir.

Genellemeler

Bir hızlandırıcı kütle spektrometresinin şeması

Yukarıdakiler sadece bir örnektir. AMS'ye ulaşmanın başka yolları da vardır; bununla birlikte, hepsi soyma ve ardından tek iyon sayımı ile molekül yok edilmesinden önce yüksek kinetik enerjiler oluşturarak kütle seçiciliğini ve özgüllüğünü geliştirmeye dayalı olarak çalışır.

Tarih

Amerika Birleşik Devletleri'nden LW Alvarez ve Robert Cornog , kütle spektrometresi olarak bir hızlandırıcıyı ilk kez 1939'da , 3 He'nin kararlı olduğunu göstermek için bir siklotron kullandıklarında kullandılar ; Bu gözlemden, hemen ve doğru bir şekilde diğer kütle-3 izotopunun, trityumun ( 3 H) radyoaktif olduğu sonucuna vardılar . 1977'de, bu erken çalışmadan esinlenerek , Lawrence Berkeley Laboratuvarı'ndan Richard A. Muller , modern hızlandırıcıların radyoaktif parçacıkları, arka plandaki girişimlerin parçacık tanımlama teknikleri kullanılarak ayrılabileceği bir enerjiye hızlandırabileceğini fark etti. Hızlandırıcıların (siklotronlar ve lineer) trityum, radyokarbon ( 14 C ) ve 10 Be dahil olmak üzere bilimsel ilgi çekici diğer bazı izotopların tespitinde nasıl kullanılabileceğini gösteren ufuk açıcı makaleyi Science dergisinde yayınladı ; ayrıca trityum kullanılarak deneysel olarak elde edilen ilk başarılı radyoizotop tarihini bildirdi . Makalesi, siklotronlar (Fransa'da G. Raisbeck ve F. Yiou) ve tandem doğrusal hızlandırıcılar (D. Nelson, R. Korteling, McMaster'dan W. Stott) kullanan diğer gruplar için doğrudan ilham kaynağıydı. K. Purser ve meslektaşları ayrıca Rochester'da tandemlerini kullanarak başarılı bir şekilde radyokarbon tespitini yayınladılar. Kısa süre sonra Berkeley ve Fransız ekipleri , jeolojide yaygın olarak kullanılan bir izotop olan 10 Be'nin başarılı bir şekilde tespit edildiğini bildirdi . Yakında, hızlandırıcı tekniği, yaklaşık 1.000 kat daha hassas olduğu için, bunlar ve diğer radyoizotoplar için daha eski "bozunma sayma" yöntemlerinin yerini aldı.

Başvurular

Uygulamalar çoktur. AMS en çok 14 C konsantrasyonunu belirlemek için kullanılır , örneğin arkeologlar tarafından radyokarbon tarihleme için . Hızlandırıcı kütle spektrometresi çözmek nedeniyle molekül izobarlar bunların yetersiz bastırılması kütle spektrometresi diğer formları üzerinde gerekli olan 13 -H ve 12 CH 2 radyo karbon den. 14 C bozulma sayımının uzun yarı ömrü nedeniyle önemli ölçüde daha büyük numuneler gerekir. Jeolojide yüzey maruziyet tarihlemesi için 10 Be, 26 Al ve 36 Cl kullanılmıştır . Hidrolojik izleyiciler olarak 3 H, 14 C, 36 Cl ve 129 I kullanılır.

Hızlandırıcı kütle spektrometrisi biyomedikal araştırmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle menopoz sonrası kadınlarda kemik erimesini ölçmek için 41 Ca kullanılmıştır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Kaynakça