Największe znaczenie mają badania stosunków izotopowych pierwiastków lekkich:

wodór H – frakcjonowanie do 70%, węgiel C – frakcjonowanie do 12%

Tlen O – frakcjonowanie do 10%, siarka S – frakcjonowanie do 15%

Frakcjonowanie – największa różnica ilościowa pomiędzy najlżejszym, a najcięższym izotopem.

Dokładność badań do kilku setnych części promila.

Do pomiaru stosunków izotopowych używamy spektrometru masowego.

Spektrometry gazowe badają pierwiastków w gazowym stanie skupienia. Do tego trzeba wprowadzić

próbkę w stanie gazowym. Najlepsza (najłatwiejsza) metoda dla lekkich pierwiastków.

Gazem może być także związek posiadający ów pierwiastek np. CO2.

Istnieją także spektrometry pracujące na stałych ciałach.

Najważniejsze elementy spektrometru mas:

1) komora jonizacyjna

2) elektrody: ogniskująca i kolimujące

3) (elektro)magnes

4) kolektor

Próbkę się jonizuje. Wystarczy w kilku procentach, np. poprzez podgrzanie, czy zbombardowanie

elektronami z żarzącego się włókna metalowego (np. wolfram na 2000oC).

Pole to ukierunkowujemy w polu magnetycznym. Ważne są warunki próżniowe rzędu 107

108

Tora.

Za pomocą elektrod ukierunkowujemy w żądany pierwiastek.

Następnie w emagnesie

następuje rozdzielenie na strumienie jonów o różnych masach i ładunkach.

Im mniejszy ładunek tym strumień mniej jest odchylony. Jeśli brak ładunku, to i brak odchylenia.

mV

=M2⋅R2

2u m – masa ładunku, M – magnes, R – promień krzywizny, u – napięcie przysp.

Prąd jonowy jest zbierany przez kolektor „kubek – kondensator Faradaya” i mierzony dzięki

sygnałowi analitycznemu. Zazwyczaj spektometry mas są 2kolektowore

, z dwoma możliwymi ich

położeniami w związku z dużą ilością izotopów tworzących różne wiązki.

Czasem różne stosunki izotopowe dają ten sam wynik, jako liczbę masową np. 13C16O17O i 12C16O18O.

Taka sytuacja utrudnia oczywiście badanie składu izotopowego, ponieważ ich wiązki są tożsame.

Sposoby wyrażania stosunków izotopowych:

1) Sposób bezwzględny R = izotop rzadszy

izotop częstszy

2) Sposób względny (literaturowy), gdzie R=izotop cięższy

izotop lżejszy

próbki=

Rpróbki−Rwzorca

Rwzrorca

∗1000[] np.próbki=

18O

16O próbki− 18O

16O wzorca

18O

16O wzorca

∗1000[]

Wartość względem wzoru jest na plus, kiedy jest wzbogacona w cięższy izotop.

współczynnik frakcjonowania A−B=

RA

RB

AB=

1A /1000

1B /1000=

1000A

1000B

∇A−B=A − B≈103 ∗ ln A−B

Wzorce izotopowe:

1) Węgiel PDB – stosunek izotopowy rostrów Belemnitella Americana z Kalifornii

2) Tlen SMOW (woda oceaniczna), PDB, SLAP (woda z lodowców antarktycznych)

3) Wodór SMOW SLAB

4) Siarka CDT z

kanionu Diablo w Kalifornii

 OSMOW

18 =1,03086 OSLAD

18 30,86

Wzor nie powinien mieć przybliżone wartości izotopowe w stosunku do próbki.

Każde Laboratorium ma swój wzorzec do badań. Zazwyczaj jest to wzorzec zastępczy skorelowany

z międzynarodowym zgodnie z wzorem, gdzie A – wzorzec międzynarodowy, Bnasz

wzorzec:

X−A=X−BB−A10−3∗X −B∗B−A