طیف‌سنجی جرمی شتاب‌دهنده (AMS): روشی برای اندازه‌گیری نسبت ایزوتوپ‌ها

طیف‌سنجی جرمی شتاب‌دهنده (AMS) – Accelerator mass spectrometry یک تکنیک آنالیز بسیار حساس است که برای اندازه‌گیری نسبت ایزوتوپ‌ها به کار می‌رود. این روش با شتاب دادن یون‌ها به انرژی‌های جنبشی بالا و سپس جداسازی و اندازه‌گیری آنها بر اساس نسبت جرم به بارشان عمل می‌کند.

در طیف‌سنجی جرمی شتاب‌دهنده (AMS)، نمونه ابتدا به مولکول‌های کوچک‌تر، مانند مولکول‌های کربن تبدیل می‌شود. سپس این مولکول‌ها یونیزه شده و با استفاده از یک میدان الکتریکی شتاب داده می‌شوند. یون‌ها بر اساس نسبت جرم به بارشان منحرف می‌شوند و با یک آشکارساز برخورد می‌کنند. تعداد یون‌های هر نسبت جرم به بار اندازه‌گیری می‌شود و برای تعیین نسبت ایزوتوپ‌ها در نمونه استفاده می‌شود.

نحوه کارکرد دستگاه فارینوگراف

AMS به طور خاص برای اندازه‌گیری ایزوتوپ‌های کمیاب که با روش‌های طیف‌سنجی جرمی معمولی قابل تشخیص نیستند، مفید است. این امر به دلیل حساسیت بالا و توانایی آن در غلبه بر تداخلات موجود در نمونه‌های کوچک است.

روش کاری طیف سنجی جرمی شتابنده AMS :

مراحل اصلی AMS عبارتند از:

1. آماده‌سازی نمونه: نمونه ابتدا باید به شکل مناسب برای تجزیه و تحلیل AMS آماده شود. این ممکن است شامل تمیز کردن، خرد کردن و آسیاب کردن نمونه و تبدیل آن به یک ترکیب شیمیایی مناسب باشد.
2. ایجاد یون: سپس نمونه یونیزه می‌شود، به این معنی که اتم‌ها یا مولکول‌های آن الکترون‌های خود را از دست می‌دهند و باردار می‌شوند. روش‌های مختلفی برای یونیزاسیون وجود دارد، اما رایج‌ترین روش در AMS استفاده از بمباران با ذرات است.
3. شتاب اولیه: یون‌های ایجاد شده سپس با استفاده از یک میدان الکتریکی شتاب داده می‌شوند. این امر به آنها انرژی جنبشی لازم برای عبور از مراحل بعدی فرآیند AMS را می‌دهد.
4. انتخاب ایزوتوپ: یون‌های شتاب‌دهنده سپس از طریق یک آنالایزر جرم عبور می‌کنند که آنها را بر اساس نسبت جرم به بارشان جدا می‌کند. فقط یون‌هایی که نسبت جرم به بار صحیحی دارند اجازه عبور به مرحله بعدی را دارند.
5. شتاب نهایی: یون‌های انتخاب شده سپس با استفاده از یک شتاب‌دهنده بزرگتر بیشتر شتاب می‌گیرند. این امر برای اطمینان از اینکه آنها انرژی کافی برای عبور از آشکارساز را دارند، ضروری است.
6. تشخیص: یون‌های شتاب‌دهنده نهایی با یک آشکارساز برخورد می‌کنند که نوع و تعداد آنها را ثبت می‌کند.
7. تجزیه و تحلیل داده‌ها: داده‌های جمع‌آوری شده توسط آشکارساز سپس برای تعیین نسبت ایزوتوپ‌ها در نمونه استفاده می‌شود.

طیف‌سنجی جرمی تخلیه تابش (GDMS): تکنیک قدرتمند تجزیه و تحلیل مواد

کاربردهای AMS:

طیف‌سنجی جرمی شتاب‌دهنده (AMS) به دلیل طیف گسترده‌ای از مزایای آن، از جمله حساسیت بالا، دقت و اختصاصی بودن، در صنایع مختلف کاربرد دارد. برخی از صنایعی که از AMS به طور مؤثر استفاده می‌کنند عبارتند از:

1. علوم زمین و محیط زیست:

• تاریخ‌گذاری: AMS برای تعیین سن مواد آلی با استفاده از رادیوکربن (14C) و سایر ایزوتوپ‌های رادیواکتیو ایده‌آل است. این امر برای مطالعه آب و هوا، زمین‌شناسی و تکامل انسان بسیار مهم است.
• ردیابی آلاینده‌ها: AMS برای ردیابی منبع و انتشار آلاینده‌ها در محیط، مانند فلزات سنگین، مواد شیمیایی آلی و ذرات هسته‌ای استفاده می‌شود.
• چرخه‌های بیوشیمیایی: AMS برای مطالعه چرخه‌های عناصر مانند کربن، نیتروژن و فسفر در محیط زیست استفاده می‌شود.

2. باستان‌شناسی و علوم انسانی:

• تاریخ‌گذاری: AMS برای تاریخ‌گذاری مصنوعات و بقایای باستانی با استفاده از رادیوکربن و سایر ایزوتوپ‌های رادیواکتیو استفاده می‌شود.
• رژیم غذایی: AMS برای مطالعه رژیم غذایی مردمان باستان با تجزیه و تحلیل استخوان‌ها و دندان‌ها برای ایزوتوپ‌های پایدار کربن و نیتروژن استفاده می‌شود.
• مهاجرت: AMS برای مطالعه الگوهای مهاجرت باستانی با تجزیه و تحلیل ایزوتوپ‌های پایدار در استخوان‌ها و دندان‌ها استفاده می‌شود.

3. علوم پزشکی:

• تشخیص: AMS برای تشخیص بیماری‌هایی مانند سرطان و بیماری‌های قلبی عروقی با استفاده از ایزوتوپ‌های رادیواکتیو به عنوان ردیاب استفاده می‌شود.
• درمان: AMS برای تولید رادیوایزوتوپ‌های مورد استفاده در درمان‌های پزشکی، مانند ید-131 برای درمان سرطان تیروئید استفاده می‌شود.
• تحقیقات پزشکی: AMS برای مطالعه فرآیندهای بیولوژیکی در سطح سلولی و مولکولی با استفاده از ایزوتوپ‌های پایدار استفاده می‌شود.

4. علوم هسته‌ای:

• امنیت هسته‌ای: AMS برای اندازه‌گیری غلظت پلوتونیوم و اورانیوم در مواد محیطی و همچنین برای تأیید مواد هسته‌ای استفاده می‌شود.
• پژوهش‌های هسته‌ای: AMS برای مطالعه واکنش‌های هسته‌ای و خواص مواد هسته‌ای استفاده می‌شود.
• کنترل تسلیحات هسته‌ای: AMS برای تأیید معاهدات منع اشاعه هسته‌ای و نظارت بر فعالیت‌های هسته‌ای استفاده می‌شود.

5. علوم صنعتی:

• کنترل کیفیت: AMS برای اطمینان از کیفیت مواد در صنایع مختلف مانند داروسازی، مواد غذایی و الکترونیک استفاده می‌شود.
• تحقیق و توسعه: AMS برای مطالعه خواص مواد و توسعه مواد جدید استفاده می‌شود.
• فناوری نانو: AMS برای ساخت و مشخصه یابی مواد نانومقیاس استفاده می‌شود.

مزایای AMS:

• حساسیت فوق‌العاده: AMS می‌تواند ایزوتوپ‌های کمیاب را در سطوح بسیار پایینی که با سایر روش‌های طیف‌سنجی جرمی قابل تشخیص نیست، شناسایی کند. این امر آن را به ابزاری ایده‌آل برای مطالعه مواد باقیمانده رادیواکتیو با نیمه‌عمر کوتاه، مانند 14C، که برای تاریخ‌گذاری مواد آلی استفاده می‌شود، تبدیل می‌کند.
• ·  دقت بالا: AMS نتایج بسیار دقیقی ارائه می‌دهد که آن را برای کاربردهای کمی ایده‌آل می‌کند.
• ·  اختصاصی بودن: AMS می‌تواند ایزوتوپ‌های خاص را از تداخلات جدا کند، که آن را برای مطالعه سیستم‌های پیچیده مفید می‌کند.
• ·  نیاز به نمونه کم: AMS می‌تواند با نمونه‌های بسیار کوچک کار کند، که برای مواردی که نمونه‌های کمیاب یا با ارزش هستند، مهم است.

LC-MS:ابزار قدرتمند برای آنالیز ترکیبات پیچیده

معایب AMS:

·  هزینه بالا: AMS یک تکنیک گران‌قیمت است که به دلیل تجهیزات تخصصی و پیچیده مورد نیاز برای انجام آن است.
·  دسترسی محدود: تعداد کمی از آزمایشگاه‌ها در سراسر جهان تجهیزات AMS دارند.
·  آماده‌سازی نمونه: آماده‌سازی نمونه برای AMS می‌تواند دشوار و وقت‌گیر باشد، به خصوص برای مواد آلی.

در کل، AMS یک ابزار قدرتمند برای اندازه‌گیری نسبت ایزوتوپ‌ها با طیف وسیعی از کاربردها در تحقیقات علمی و صنعتی است.

توضیحات دستگاه ICP یا پلاسمای جفت شده القایی