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同位素比值質譜儀（IRMS）是一種測量特定元素不同同位素比值的儀器。所有元素的同位素都不同，只是原子核中的中子數不同，提供不同的原子量。同位素比率質譜儀的原理是根據不同的質量來區分同位素，并確定兩對同位素之間的比率。這個裝置可以提供有關物質樣本的年齡和來源的重要信息。同位素比率質量光譜儀在許多領域都有應用，包括地質學、生物學和法醫學。手放在臀部的婦女同位素比率質譜儀的設計可能會有所不同，但一般來說，它們遵循相同的基本原理。在引入樣品的地方會有一個入口，通向燃燒室物質被轉化成氣體，可能通過一些方法分離可能產生的不同氣體。這一階段還將復雜的生物材料轉化為分析所需的簡單化合物，如二氧化碳（CO2），水（H2O）和氮氣（N2）。產生的氣體被送入電離室，在那里它被電子束電離。電離后的氣體被聚焦成束流進入質量分離區，在那里用電磁鐵使離子偏轉，這樣，不同的同位素就可以根據它們的質量進行分離。在經過質量分離區后，離子到達收集器，產生與檢測到的離子數量成比例的電信號。較輕同位素的離子比重同位素的離子更容易受到磁場的偏轉，因此，收集器將被相應地定位，從而可以計算出不同同位素的相對比例樣品必須在被引入同位素比值質譜儀之前制備。例如，對于生物物質，樣品可以是葉子的形式，土壤或其他非均質材料。固體材料通常會被干燥并磨成細粉。液體樣品將被干燥或吸附在多孔固體材料上。在進行同位素比率分析之前，通常會使用已知元素和同位素比率的材料進行校準。總體比率地球上任何一種元素的穩定同位素在地球形成時都是固定的。盡管一種元素的不同同位素具有相同的化學性質，但其他因素，如流動性和揮發性，都會受到同位素質量的影響。由于這些差異，不同的地球化學和生物化學過程可以濃縮或消耗特定的同位素相對于其背景值，這種現象被稱為同位素分餾。例如，光合作用導致碳13同位素相對于大氣的消耗量很小，但卻很明顯，氮和其他物質可以提供有關樣品來源和歷史的重要信息。使用同位素比值質譜儀可以確定一種物質是否為有機物來源，甚至在某些情況下，還可以確定其來源的地理區域。這可以在法醫學中使用。例如，非法毒品的樣本可以追溯到它們的來源，從嫌疑人身上采集的土壤樣本可以與犯罪現場的樣本進行同位素比較。由于溫度和降水會影響同位素分餾，同位素比值質譜法可以用來調查地球過去的氣候成殼海洋生物對碳和氧同位素的吸收和沉積速率隨氣候的變化而變化。因此，利用這些生物化石的同位素比值可以獲得有關它們活著時的氣候條件的信息，放射性定年是同位素比值質譜儀的一個重要應用。某些金屬元素的同位素比值可以用來確定巖石樣品的年齡。當巖石形成時，它會含有一些放射性同位素。這些同位素會衰變成其他同位素，或者是同一個元素，或者更常見的是，一種不同的元素，以已知的速率。原始或"母"同位素與衰變產物或"子"同位素的比值可以用來確定巖石的年齡。

發表于 2020-09-18 07:05
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分類：科學教育

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