Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Ускорительная масс-спектрометрия
Ускоритель масс-спектрометр на 1 МВ.
Ускорительный масс-спектрометр в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса
АкронимAMS
КлассификацияМасс-спектрометрии
АналитыОрганические молекулы
Биомолекулы
Другие техники
СвязанныйУскоритель частиц

Ускорительная масс-спектрометрия ( AMS ) - это форма масс-спектрометрии, которая ускоряет ионы до чрезвычайно высоких кинетических энергий перед масс-анализом. Особой сильной стороной AMS среди масс-спектрометрических методов является его способность отделять редкий изотоп от обильной соседней массы («чувствительность к изобилию», например, 14 C от 12 C). [1] Этот метод полностью подавляет молекулярные изобары и во многих случаях может также разделять атомные изобары (например, 14 N от 14 C). Это делает возможным обнаружение встречающихся в природе долгоживущих радиоизотопов, таких как 10 Be,36 Cl, 26 Al и 14 C. Их типичное изотопное содержание колеблется от 10 -12 до 10 -18 . AMS может превзойти конкурирующую технику подсчета распадов для всех изотопов, у которых период полураспада достаточно велик. [2]

Метод [ править ]

Обычно отрицательные ионы создаются (атомы ионизируются ) в ионном источнике . В удачных случаях это уже позволяет подавить нежелательную изобару, которая не образует отрицательные ионы (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.работает 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 вещества («зачищая» газ или тонкую углеродную фольгу). На этой стадии очистки молекулы распадутся. [3] [4] Полное подавление молекулярных изобар (например, 13 CH - в случае 14C измерения) является одной из причин исключительной чувствительности AMS к численности. 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 селекторов скорости , в которых используются как электрические поля, так имагнитные поля . После этого этапа не остается фона, 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 фольга для разложения и газонаполненные 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.

Обобщения [ править ]

Схема ускорительного масс-спектрометра [5]

Выше приведен лишь один пример. Есть и другие способы достижения AMS; однако все они работают на основе повышения массовой селективности и специфичности за счет создания высоких кинетических энергий перед разрушением молекулы путем удаления с последующим подсчетом единичных ионов.

История [ править ]

LW Alvarez и Роберт Корног из США впервые использовали ускоритель в качестве масс-спектрометра в 1939 году, когда они применили циклотрон, чтобы продемонстрировать стабильность 3 He ; Из этого наблюдения они немедленно и правильно пришли к выводу, что другой изотоп с массой-3, тритий ( 3 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 методов идентификации частиц. Он опубликовал основополагающую статью в журнале Science.[6], показывающий, как ускорители (циклотроны и линейные) могут быть использованы для обнаружения трития, радиоуглерода ( 14 C ) и ряда других изотопов, представляющих научный интерес, включая 10 Be ; он также сообщил о первом успешном радиоизотопном датировании, экспериментально полученном с использованием трития. Его статья была прямым источником вдохновения для других групп, использующих циклотроны (Дж. Райсбек и Ф. Йиу, Франция) и тандемные линейные ускорители (Д. Нельсон, Р. Кортелинг, У. Стотт из McMaster). 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 10Be, изотоп, широко используемый в геологии. Вскоре ускорительная техника, будучи более чувствительной примерно в 1000 раз, фактически вытеснила старые методы «подсчета распадов» для этих и других радиоизотопов.

Приложения [ править ]

Приложений много. AMS чаще всего используется для определения концентрации 14 C , например, археологами для радиоуглеродного датирования . Масс-спектрометр с ускорителем требуется по сравнению с другими формами масс-спектрометрии из-за недостаточного подавления молекулярных изобар для разделения 13 CH и 12 CH 2 из радиоуглерода. Из-за длительного периода полураспада 14 C для подсчета распадов требуются образцы значительно большего размера. 10 Be, 26 Al и 36 Cl используются для датирования поверхности в геологии. 3 H,14 C, 36 Cl и 129 I используются в качестве гидрологических индикаторов.

Ускорительная масс-спектрометрия широко используется в биомедицинских исследованиях. [7] [8] [9] В частности, 41 Ca использовался для измерения резорбции костной ткани у женщин в постменопаузе.

См. Также [ править ]

  • Перечень средств масс-спектрометрии на ускорителе
  • Аризонская ускорительная масс-спектрометрическая лаборатория

Ссылки [ править ]

  1. ^ McNaught, AD; Уилкинсон, А., ред. (1997). «Чувствительность по количеству (в масс-спектрометрии)» . Сборник химической терминологии (2-е изд.). ИЮПАК . ISBN 978-0-86542-684-9.[ мертвая ссылка ]
  2. ^ Budzikiewicz, H .; Григсби, RD (2006). «Масс-спектрометрия и изотопы: век исследований и дискуссий». Обзоры масс-спектрометрии . 25 (1): 146–157. Bibcode : 2006MSRv ... 25..146B . DOI : 10.1002 / mas.20061 . PMID 16134128 . 
  3. ^ Litherland, AE (1980). «Сверхчувствительная масс-спектрометрия с ускорителями» . Ежегодный обзор ядерной науки и физики элементарных частиц . 30 : 437–473. Bibcode : 1980ARNPS..30..437L . DOI : 10.1146 / annurev.ns.30.120180.002253 .
  4. ^ Де Laeter, JR (1998). «Масс-спектрометрия и геохронология». Обзоры масс-спектрометрии . 17 (2): 97–125. Bibcode : 1998MSRv ... 17 ... 97D . DOI : 10.1002 / (SICI) 1098-2787 (1998) 17: 2 <97 :: AID-MAS2> 3.0.CO; 2-J .
  5. ^ Хах, Sang (2009). «Последние достижения в биомедицинских приложениях ускорительной масс-спектрометрии» . Журнал биомедицинских наук . 16 (1): 54. DOI : 10,1186 / 1423-0127-16-54 . ISSN 1423-0127 . PMC 2712465 . PMID 19534792 .   
  6. Перейти ↑ Muller, RA (1977). «Радиоизотопное датирование с помощью циклотрона». Наука . 196 (4289): 489–494. Bibcode : 1977Sci ... 196..489M . DOI : 10.1126 / science.196.4289.489 . PMID 17837065 . 
  7. ^ Браун, К .; Дингли, KH; Turteltaub, KW (2005). Ускорительная масс-спектрометрия для биомедицинских исследований . Методы в энзимологии. 402 . С. 423–443. DOI : 10.1016 / S0076-6879 (05) 02014-8 . ISBN 9780121828073. PMID  16401518 .
  8. Перейти ↑ Vogel, JS (2005). «Ускорительная масс-спектрометрия для количественного отслеживания in vivo» . Биотехнологии . 38 (S6): S25 – S29. DOI : 10.2144 / 05386SU04 . PMID 16528913 . 
  9. ^ Palmblad, M .; Бухгольц, BA; Хиллегондс, диджей; Фогель, Дж. С. (2005). «Неврология и ускорительная масс-спектрометрия» . Журнал масс-спектрометрии . 40 (2): 154–159. Bibcode : 2005JMSp ... 40..154P . DOI : 10.1002 / jms.734 . PMID 15706618 . 

Библиография [ править ]

  • Gowlett, JAJ; Hedges, REM, ред. (1986). Археологические результаты датирования с помощью ускорителя . Комитет по археологии Оксфордского университета . ISBN 978-0-947816-11-7.
  • Гоув, HE (1999). От Хиросимы до Iceman . Институт физики . ISBN 978-0-7503-0557-0.
  • Тунис, К. (1998). Ускорительная масс-спектрометрия . CRC Press . ISBN 978-0-8493-4538-8.