Войти
| Ускорительный масс-спектрометр в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса | |
| Акроним | AMS |
|---|---|
| Классификация | Масс-спектрометрия |
| Аналиты | Органические молекулы. Биомолекулы |
| Другие методы | |
| Связанные | Ускоритель частиц |
Ускорительная масс-спектрометрия(AMS) - это разновидность масс-спектрометрии который ускоряет ионы до чрезвычайно высоких кинетических энергий перед массовым анализом. Особая сила AMS среди масс-спектрометрических методов заключается в его способности отделять редкий изотоп от обильной соседней массы («чувствительность к изобилию», например, C от C). Этот метод полностью подавляет молекулярные изобары и во многих случаях может также разделять атомарные изобары (например, N и C). Это делает возможным обнаружение встречающихся в природе долгоживущих радиоизотопов, таких как Be, Cl, Al и C. Их типичное изотопное содержание колеблется от 10 до 10. AMS может превзойти конкурирующие методы подсчета распадов для всех изотопов с достаточно большим периодом полураспада.
Обычно отрицательные ионы создаются (атомы ионизируются ) в источнике ионов. В удачных случаях это уже позволяет подавить нежелательную изобару, которая не образует отрицательные ионы (как N в случае измерений C). Предварительно ускоренные ионы обычно разделяются первым масс-спектрометром секторного типа и поступают в электростатический «тандемный ускоритель». Это большой ускоритель ядерных частиц, основанный на принципе тандемного ускорителя Ван де Граафа, работающего от 0,2 до многих миллионов вольт, с двумя ступенями, работающими в тандеме для ускорения частиц. В точке соединения между двумя ступенями ионы меняют заряд с отрицательного на положительный, проходя через тонкий слой материи («зачищая» газ или тонкую углеродную фольгу). На этой стадии очистки молекулы распадутся. Полное подавление молекулярных изобар (например, CH в случае измерений C) является одной из причин исключительной чувствительности AMS. Кроме того, удар срывает несколько электронов иона, превращая его в положительно заряженный ион. Во второй половине ускорителя теперь положительно заряженный ион ускоряется от высоко положительного центра электростатического ускорителя, который ранее притягивал отрицательный ион. Когда ионы покидают ускоритель, они заряжаются положительно и движутся со скоростью в несколько процентов от скорости света. На втором этапе масс-спектрометра фрагменты молекул отделяются от интересующих ионов. Этот спектрометр может состоять из магнитных или электрических секторов и так называемых переключателей скорости, которые используют как электрические поля, так и магнитные поля. После этого этапа не остается фона, если только не существует стабильная (атомарная) изобара, образующая отрицательные ионы (например, S при измерении Cl), которая вообще не подавляется описанной до сих пор установкой. Благодаря высокой энергии ионов их можно разделить методами, заимствованными из ядерной физики, такими как фольга для разложения и газовые магниты. В конечном итоге отдельные ионы обнаруживаются с помощью подсчета одиночных ионов (с помощью кремниевых детекторов с поверхностным барьером, ионизационных камер и / или времяпролетных телескопов). Благодаря высокой энергии ионов эти детекторы могут обеспечить дополнительную идентификацию фоновых изобар путем определения заряда ядра.
Выше приведен лишь один пример. Есть и другие способы достижения AMS; однако все они работают на улучшении массовой селективности и специфичности за счет создания высоких кинетических энергий перед разрушением молекулы путем удаления с последующим подсчетом одиночных ионов.
L.W. Альварес и Роберт Корног из США впервые использовали ускоритель в качестве масс-спектрометра в 1939 году, когда они применили циклотрон, чтобы продемонстрировать, что He стабилен. ; Из этого наблюдения они немедленно и правильно пришли к выводу, что другой изотоп с массой 3, тритий (H), был радиоактивным. В 1977 году, вдохновленный этой ранней работой, Ричард А. Мюллер из Лаборатории Лоуренса в Беркли понял, что современные ускорители могут ускорять радиоактивные частицы до такой энергии, при которой фоновые помехи могут быть отделены с помощью частиц. методы идентификации. Он опубликовал основополагающую статью в Science, показывающую, как ускорители (циклотроны и линейные) могут быть использованы для обнаружения трития, радиоуглерода (C ) и нескольких других изотопов, представляющих научный интерес, включая Быть ; он также сообщил о первой успешной дате радиоизотопа, экспериментально полученной с использованием трития. Его статья послужила прямым источником вдохновения для других групп, использующих циклотроны (Дж. Райсбек и Ф. Йоу, Франция) и тандемные линейные ускорители (Д. Нельсон, Р. Кортелинг, У. Стотт из «Макмастера»). К. Персер и его коллеги также опубликовали успешное обнаружение радиоуглерода с помощью своего тандема в Рочестере. Вскоре после этого команды из Беркли и Франции сообщили об успешном обнаружении Be, изотопа, широко используемого в геологии. Вскоре ускорительная техника, будучи более чувствительной примерно в 1000 раз, практически вытеснила старые методы «подсчета распадов» для этих и других радиоизотопов.
Применений много. AMS чаще всего используется для определения концентрации C, например археологами для радиоуглеродного датирования. Масс-спектрометр с ускорителем требуется по сравнению с другими формами масс-спектрометрии из-за их недостаточного подавления молекулярных изобар для разделения CH и CH 2 из радиоуглерода. Из-за длительного периода полураспада для подсчета распада C требуются образцы значительно большего размера. Be, Al и Cl используются для датирования воздействия на поверхность в геологии. H, C, Cl и I используются в качестве гидрологических индикаторов.
Ускорительная масс-спектрометрия широко используется в биомедицинских исследованиях. В частности, кальций использовался для измерения резорбции костной ткани у женщин в постменопаузе.
