Spectrometrie de masă cu accelerator

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Spectrometru de masă accelerator la Laboratorul Național Lawrence Livermore

Spectrometria de masă a acceleratorului (AMS Accelerator Mass Spectrometry sau în limba engleză) diferă de alte forme de spectrometrie de masă în accelerația la energii cinetice foarte mari ale probei înainte de analiza sa. Puterea acestor tehnici de spectrometrie este capacitatea sa de a separa un izotop rar de cele mult mai abundente din eșantion (de exemplu, 14 C de la 12 C) [1] .

Tehnologia utilizată permite eliminarea completă a moleculelor izobare și, în multe cazuri, separarea nucleilor izobari (de exemplu, 14 N de la 14 C), făcând posibilă detectarea radioizotopilor naturali cu durată de viață extinsă, cum ar fi 10 Be, 36 Cl, 26 Al și 14 C. Abundența lor tipică de izotop variază între 10 −12 și 10 −18 . Tehnica spectrometrică de accelerație depășește toate celelalte tehnologii de măsurare a izotopilor cu o durată medie de viață extinsă [2] .

Metodologie

Iată un exemplu al diferitelor tehnici de construire a unui AMS, ale cărui baze (ioni cu energie cinetică ridicată și detectarea unui singur ion) sunt întotdeauna aceleași.

Ionii negativi sunt creați într-o sursă de ioni . În cazuri norocoase, acest lucru este suficient pentru a suprima izobarele nedorite, care nu formează ioni negativi (cum ar fi 14 N în cazul măsurătorilor de 14 C). Ionii preaccelerați sunt separați în mod normal printr-un prim spectrometru de masă pe câmp sectorial și intră într-un accelerator bazat pe principiul generatorului Van de Graaff la tensiuni foarte mari, cu două etape care funcționează în tandem pentru a accelera particulele. În punctul conexiunilor dintre etape, ionii schimbă sarcina, devenind pozitivi prin trecerea unui strat subțire de materie (gazos sau o foaie de carbon). Moleculele eșantionului sunt descompuse în etapa [3] [4] . Eliminarea completă a moleculelor izobarice, cum ar fi 13 CH - pentru măsurători de 14 C, este unul dintre motivele sensibilității excepționale la concentrație a tehnologiei AMS.

În a doua parte a acceleratorului, ionii încărcați sunt accelerați în direcția opusă centrului electrostatic al acceleratorului, care este foarte pozitiv și care anterior atrăgea ioni negativi. Când ionii părăsesc acceleratorul, aceștia sunt încărcați pozitiv și se mișcă cu o fracțiune mare din viteza luminii. În a doua fază a spectrografiei de masă, fragmentele moleculelor sunt separate de ionii de interes, folosind spectrometre de câmp magnetic și electric. După această ultimă etapă, nu rămâne nici un zgomot de fond, cu excepția cazului în care există un atom izobar stabil, care induce formarea ionilor negativi (de exemplu 36 S dacă măsurați 36 Cl), care nu pot fi eliminați până acum din configurația ilustrată. Datorită energiei cinetice ridicate a ionilor, este posibil să se utilizeze soluții dezvoltate pentru fizica nucleară, cum ar fi membranele degradante și magneții cu gaz. Ionii individuali sunt detectați în cele din urmă de un senzor format din bariere de suprafață din siliciu, camere de ionizare și telescoape de timp de zbor.

Istorie

Americanii LW Alvarez și Robert Cornog au fost primii care au folosit un accelerator ca spectrometru de masă: în 1939 au folosit un ciclotron pentru a demonstra că 3 El este stabil; din această observație au ajuns imediat la concluzia că celălalt izotop al masei atomice 3 ( tritiu ) este radioactiv. În 1977, inspirat de această lucrare timpurie, Richard A. Muller de la Laboratorul Național Lawrence Berkeley a teorizat că acceleratoarele moderne ar putea accelera particulele radioactive la un nivel suficient de energie încât să poată separa fundalul radiației folosind tehnici de identificare a particulelor. El a publicat articolul original în Science [5] , arătând modul în care acceleratoarele (atât ciclotroni, cât și acceleratoare liniare ) ar putea fi utilizate pentru detectarea tritiului, radiocarbonului ( 14 C) și a multor alți izotopi de interes științific, inclusiv 10 Be; el a raportat, de asemenea, un succes timpuriu în întâlnirile radioizotopice folosind tritiu. Articolul său a fost o inspirație directă pentru alte grupuri care au folosit ciclotroni (G. Raisbeck și F. Yiou, în Franța) sau acceleratori lineari tandem (D. Nelson, R. Korteling, W. Stott la Universitatea McMaster ). Grupul K. Purser a publicat, de asemenea, detectarea radiocarbonului cu acceleratorul lor tandem în Rochester. La scurt timp după ce grupurile franceze și Berkley au raportat succesul în detectarea 10 Be, un izotop utilizat pe scară largă în geologie. Curând, tehnica de accelerație a înlocuit tehnica mai veche de „numărare a dezintegrării” pentru acești radioizotopi, fiind mai sensibilă cu aproximativ un factor de 1000.

Aplicații

Aplicațiile sunt multiple. AMS este adesea folosit pentru a determina concentrația de 14 C, pentru datarea cu carbon în arheologie . Tehnica acceleratorului este necesară pentru sensibilitatea redusă a celorlalte tehnici și pentru capacitatea de a distinge între radiocarbon și stabil 14 N. De exemplu, tehnica de numărare a dezintegrării ar necesita eșantioane mai mari, datorită duratei medii de viață a radiocarbonului.

Izotopii 10 Be, 26 Al și 36 Cl sunt utilizați pentru datarea radiometrică în geologie ; izotopii 3 H, 14 C, 36 Cl și 129 I sunt utilizați ca trasori hidrologici.

Această spectroscopie de masă este utilizată pe scară largă în cercetarea biomedicală [6] [7] [8] .

Notă

  1. ^ sensibilitate la abundență (în spectrometrie de masă) , în IUPAC Compendium of Chemical Terminology , International Union of Pure and Applied Chemistry.
  2. ^ Budzikiewicz H, Grigsby RD, Spectrometrie de masă și izotopi: un secol de cercetare și discuție , în recenzii despre spectrometrie de masă , vol. 25, nr. 1, 2006, pp. 146–57, DOI : 10.1002 / mas . 20061 , PMID 16134128 .
  3. ^ Litherland, AE, Spectrometrie de masă ultrasonită cu acceleratori , în Revista anuală a științei nucleare și a particulelor , vol. 30, 1980, pp. 437–473, DOI : 10.1146 / annurev.ns.30.120180.002253 .
  4. ^ R. d. L. John, <97 :: AID-MAS2> 3.0.CO; 2-J Spectrometrie de masă și geocronologie , în Mass Spectrometry Reviews , voi. 17, n. 2, 1998, pp. 97–125, DOI : 10.1002 / (SICI) 1098-2787 (1998) 17: 2 <97 :: AID-MAS2> 3.0.CO; 2-J .
  5. ^ Știință , vol. 196, pp. 489-494, 1977
  6. ^ Brown K, Dingley KH, Turteltaub KW, Accelerator spectrometry de masă pentru cercetare biomedicală , în Meth. Enzimol. , vol. 402, 2005, pp. 423–43, DOI : 10.1016 / S0076-6879 (05) 02014-8 , PMID 16401518 .
  7. ^ Vogel JS, Spectrometrie de masă accelerator pentru urmărirea cantitativă in vivo , în BioTechniques , Suppl, 2005, pp. 25-9, PMID 16528913 .
  8. ^ Palmblad M, Buchholz BA, Hillegonds DJ, Vogel JS, Neuroscience and accelerator mass spectrometry , în Jurnalul de spectrometrie de masă: JMS , vol. 40, nr. 2, 2005, pp. 154-9, DOI : 10.1002 / jms.734 , PMID 15706618 .

Bibliografie

Elemente conexe

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Spectrometrie de masă_cu_accelerator & oldid = 119239750 ”