Ускорительная масс-спектрометрия
Ускорительная масс-спектрометрия ( AMS ) — это форма масс-спектрометрии , которая ускоряет ионы до чрезвычайно высоких кинетических энергий перед масс-анализом. Особой силой AMS среди масс-спектрометрических методов является его способность отделять редкий изотоп от многочисленной соседней массы («чувствительность к содержанию», например, 14 C из 12 C ). [1] Метод полностью подавляет молекулярные изобары и во многих случаях может разделять атомные изобары (например, 14 N от 14С) также. Это делает возможным обнаружение встречающихся в природе долгоживущих радиоизотопов , таких как 10 Be , 36 Cl , 26 Al и 14 C. Их типичное содержание изотопов колеблется от 10 -12 до 10 -18 . AMS может превзойти конкурирующий метод подсчета распадов для всех изотопов, у которых период полураспада достаточно велик. [2] К другим преимуществам AMS относятся короткое время измерения, а также способность обнаруживать атомы в очень малых образцах. [3]
Как правило, отрицательные ионы создаются (атомы ионизируются ) в источнике ионов . В удачных случаях это уже позволяет подавить нежелательную изобару, которая не образует отрицательных ионов (как 14 N в случае измерений 14 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.работающий от 0,2 до многих миллионов вольт с двумя каскадами, работающими в тандеме для ускорения частиц. В точке соединения двух стадий ионы меняют заряд с отрицательного на положительный, проходя через тонкий слой вещества («зачистку», либо газ, либо тонкую углеродную фольгу). Молекулы будут распадаться на этой стадии зачистки. [4] [5] Полное подавление молекулярных изобар (например, 13 CH - в случае 14C) является одной из причин исключительной чувствительности AMS к содержанию. Кроме того, удар отрывает несколько электронов иона, превращая его в положительно заряженный ион. Во второй половине ускорителя теперь положительно заряженный ион ускоряется от сильно положительного центра электростатического ускорителя, который ранее притягивал отрицательный ион. Когда ионы покидают ускоритель, они заряжены 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 селекторов скорости , в которых используются как электрические поля, так имагнитные поля . После этой стадии фон не остается, если только не существует стабильная (атомарная) изобара, образующая отрицательные ионы (например, 36 S при измерении 36 Cl), которая вообще не подавляется описанной до сих пор установкой. Благодаря высокой энергии ионов их можно разделить методами, заимствованными из ядерной физики, такими как разлагающая фольга и магниты, заполненные газом. Наконец, отдельные ионы обнаруживаются путем 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 по определению заряда ядра.
Вышеприведенное является лишь одним примером. Существуют и другие способы достижения AMS; однако все они работают на основе улучшения масс-селективности и специфичности за счет создания высоких кинетических энергий перед разрушением молекул путем отщепления с последующим подсчетом отдельных ионов.
