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同位素比值质谱仪（IRMS）是一种测量特定元素不同同位素比值的仪器。所有元素的同位素都不同，只是原子核中的中子数不同，提供不同的原子量。同位素比率质谱仪的原理是根据不同的质量来区分同位素，并确定两对同位素之间的比率。这个装置可以提供有关物质样本的年龄和来源的重要信息。同位素比率质量光谱仪在许多领域都有应用，包括地质学、生物学和法医学。手放在臀部的妇女同位素比率质谱仪的设计可能会有所不同，但一般来说，它们遵循相同的基本原理。在引入样品的地方会有一个入口，通向燃烧室物质被转化成气体，可能通过一些方法分离可能产生的不同气体。这一阶段还将复杂的生物材料转化为分析所需的简单化合物，如二氧化碳（CO2），水（H2O）和氮气（N2）。产生的气体被送入电离室，在那里它被电子束电离。电离后的气体被聚焦成束流进入质量分离区，在那里用电磁铁使离子偏转，这样，不同的同位素就可以根据它们的质量进行分离。在经过质量分离区后，离子到达收集器，产生与检测到的离子数量成比例的电信号。较轻同位素的离子比重同位素的离子更容易受到磁场的偏转，因此，收集器将被相应地定位，从而可以计算出不同同位素的相对比例样品必须在被引入同位素比值质谱仪之前制备。例如，对于生物物质，样品可以是叶子的形式，土壤或其他非均质材料。固体材料通常会被干燥并磨成细粉。液体样品将被干燥或吸附在多孔固体材料上。在进行同位素比率分析之前，通常会使用已知元素和同位素比率的材料进行校准。总体比率地球上任何一种元素的稳定同位素在地球形成时都是固定的。尽管一种元素的不同同位素具有相同的化学性质，但其他因素，如流动性和挥发性，都会受到同位素质量的影响。由于这些差异，不同的地球化学和生物化学过程可以浓缩或消耗特定的同位素相对于其背景值，这种现象被称为同位素分馏。例如，光合作用导致碳13同位素相对于大气的消耗量很小，但却很明显，氮和其他物质可以提供有关样品来源和历史的重要信息。使用同位素比值质谱仪可以确定一种物质是否为有机物来源，甚至在某些情况下，还可以确定其来源的地理区域。这可以在法医学中使用。例如，非法毒品的样本可以追溯到它们的来源，从嫌疑人身上采集的土壤样本可以与犯罪现场的样本进行同位素比较。由于温度和降水会影响同位素分馏，同位素比值质谱法可以用来调查地球过去的气候成壳海洋生物对碳和氧同位素的吸收和沉积速率随气候的变化而变化。因此，利用这些生物化石的同位素比值可以获得有关它们活着时的气候条件的信息，放射性定年是同位素比值质谱仪的一个重要应用。某些金属元素的同位素比值可以用来确定岩石样品的年龄。当岩石形成时，它会含有一些放射性同位素。这些同位素会衰变成其他同位素，或者是同一个元素，或者更常见的是，一种不同的元素，以已知的速率。原始或"母"同位素与衰变产物或"子"同位素的比值可以用来确定岩石的年龄。

发表于 2020-09-18 07:05
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分类：科学教育

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