त्वरक मास स्पेक्ट्रोमेट्री

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एक्सेलेरेटर मास स्पेक्ट्रोमेट्री
1 MV accelerator mass spectrometer.jpg
लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी में एक्सेलेरेटर मास स्पेक्ट्रोमीटर
Acronymएएमएस
Classificationमास स्पेक्ट्रोमेट्री
Analytesकार्बनिक अणुएस
बायोमोलेक्यूलएस
Other techniques
Relatedपार्टिकल एक्सेलेटर

एक्सेलेरेटर मास स्पेक्ट्रोमेट्री (एएमएस) मास स्पेक्ट्रोमेट्री का रूप है जो बड़े मापदंड पर विश्लेषण से पहले आयनों को असाधारण रूप से उच्च गतिज ऊर्जा में तेजी लाता है। मास स्पेक्ट्रोमेट्रिक विधियों के बीच एएमएस की विशेष शक्ति दुर्लभ आइसोटोप को प्रचुर निकटतम द्रव्यमान से अलग करने की शक्ति है (बहुलता संवेदनशीलता, उदाहरण के लिए 14C से 12C).[1] विधि आणविक आइसोबार को पूरी तरह से दबा देती है और कई स्थितियों में परमाणु आइसोबार (न्यूक्लाइड) को अलग कर सकती है (जैसे 14N से 14C) भी उपयोग किया जाता है। यह स्वाभाविक रूप से होने वाले, लंबे समय तक रहने वाले रेडियोन्यूक्लाइड या रेडियो-आइसोटोप जैसे बेरिलियम -10-12 से 10-18 तक का पता लगाना संभव बनाता है। 10Be, 36Cl, 26Al और 14C. उनकी विशिष्ट समस्थानिक बहुतायत 10 से होती है. एएमएस उन सभी समस्थानिकों के लिए रेडियोधर्मी क्षय गणना की प्रतिस्पर्धी विधि से उत्तम प्रदर्शन कर सकता है जहां आधा जीवन अधिक लंबा है।[2] एएमएस के अन्य लाभों में इसका कम मापने का समय और साथ ही अत्यंत छोटे प्रतिरूपों में परमाणुओं का पता लगाने की क्षमता सम्मिलित है।[3]

विधि

सामान्यतः, आयन स्रोत में नकारात्मक आयन बनाए जाते हैं (परमाणु आयनित होते हैं)। सही स्थितियों में, यह पहले से ही अवांछित आइसोबार के अवरोध की अनुमति देता है, जो नकारात्मक आयन नहीं बनाता है (जैसे 14N के स्थिति में 14C माप). पूर्व-त्वरित आयनों को सामान्यतः सेक्टर-फील्ड प्रकार के पहले द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर द्वारा अलग किया जाता है और इलेक्ट्रोस्टैटिक अग्रानुक्रम एक्सेलेरेटर अंकित किया जाता है। यह बड़ा परमाणु कण एक्सेलेरेटर है जो वान डी ग्राफ जनरेटर के सिद्धांत पर आधारित है जो कणों को गति देने के लिए दो चरणों में मिलकर 0.2 से कई मिलियन वोल्ट पर कार्य करता है। दो चरणों के बीच कनेक्टिंग पॉइंट पर, आयन पदार्थ की पतली परत (स्ट्रिपिंग, या तो गैस या पतली कार्बन पन्नी) के माध्यम से चार्ज को नकारात्मक से सकारात्मक में बदलते हैं। इस स्ट्रिपिंग चरण में अणु अलग हो जाते है।[4][5] आणविक आइसोबार का पूर्ण अवरोध (उदाहरण 13CH- के स्थिति में 14C माप) एएमएस की असाधारण बहुतायत संवेदनशीलता का कारण है। इसके अतिरिक्त, प्रभाव आयन के कई इलेक्ट्रॉनों को अलग कर देता है, इसे सकारात्मक रूप से आवेशित आयन में परिवर्तित कर देता है। एक्सेलेरेटर के दूसरे भाग में, अब सकारात्मक रूप से चार्ज किया गया आयन इलेक्ट्रोस्टैटिक एक्सेलेरेटर के अत्यधिक सकारात्मक केंद्र से दूर होता है जो पहले नकारात्मक आयन को आकर्षित करता था। जब आयन एक्सेलेरेटर छोड़ते हैं जिससे वे सकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं और प्रकाश की गति के कई प्रतिशत पर चलते हैं। मास स्पेक्ट्रोमीटर के दूसरे चरण में, अणुओं के अंशों को रुचि के आयनों से अलग किया जाता है। इस स्पेक्ट्रोमीटर में चुंबकीय या विद्युत क्षेत्र उपकरण और तथाकथित वेग चयनकर्ता सम्मिलित हो सकते हैं, जो विद्युत क्षेत्र और चुंबकीय क्षेत्र दोनों का उपयोग करते हैं। इस चरण के बाद, कोई पृष्ठभूमि नहीं बची है, जब तक कि नकारात्मक आयन बनाने वाला स्थिर न्यूक्लाइड (परमाणु) आइसोबार उपस्थित न हो (उदा. 36S यदि माप रहे 36Cl हैं), जो अब तक बताए गए सेटअप से पूर्ण रूप से भी दबा हुआ नहीं है। आयनों की उच्च ऊर्जा के लिए धन्यवाद, इन्हें परमाणु भौतिकी से उधार ली गई विधियों से अलग किया जा सकता है, जैसे कि डिग्रेडर फ़ॉइल और गैस से भरे मैग्नेट या एकल-आयन गणना (सिलिकॉन सतह-बाधा संसुचको, आयनीकरण कक्षों, और/या समय-की-उड़ान दूरबीनों के साथ) द्वारा व्यक्तिगत आयनों का अंततः पता लगाया जाता है। आयनों की उच्च ऊर्जा के लिए धन्यवाद, ये संसूचन परमाणु-आवेश निर्धारण द्वारा पृष्ठभूमि आइसोबार की अतिरिक्त पहचान प्रदान कर सकते हैं।

सामान्यीकरण

एक एक्सेलेरेटर मास स्पेक्ट्रोमीटर की योजनाबद्ध[6]

उपरोक्त केवल उदाहरण है। एएमएस प्राप्त करने के और भी विधि हैं; चूंकि, वे सभी स्ट्रिपिंग द्वारा अणु विनाश से पहले उच्च गतिज ऊर्जा बनाकर बड़े मापदंड पर चयनात्मकता और विशिष्टता में सुधार के आधार पर कार्य करते हैं, इसके बाद एकल-आयन गिनती होती है।

इतिहास

लुइस वाल्टर अल्वारेज़ या एल.डब्ल्यू. संयुक्त राज्य अमेरिका के अल्वारेज़ और रॉबर्ट कॉर्नोग ने पहली बार 1939 में द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर के रूप में एक्सेलेरेटर का उपयोग किया जब उन्होंने हीलियम-3 को प्रदर्शित करने के लिए साइक्लोट्रॉन का उपयोग किया गया था। वह स्थिर था; इस अवलोकन से, उन्होंने तुरंत और सही विधि से निष्कर्ष निकाला कि अन्य द्रव्यमान -3 समस्थानिक, ट्रिटियम (3एच), रेडियोधर्मी था। 1977 में, इस प्रारंभिक कार्य से प्रेरित होकर, लॉरेंस बर्कले प्रयोगशाला में रिचर्ड ए. मुलर ने माना कि आधुनिक एक्सेलेरेटर रेडियोधर्मी कणों को ऐसी ऊर्जा में त्वरित कर सकते हैं, जहां कण पहचान तकनीकों का उपयोग करके पृष्ठभूमि के हस्तक्षेप को अलग किया जा सकता है। उन्होंने विज्ञान (जर्नल) में सेमिनल पेपर प्रकाशित किया था [7] ट्रिटियम, रेडियोकार्बन (14C), और बेरिलियम-10 सहित वैज्ञानिक हित के कई अन्य समस्थानिक होना; उन्होंने ट्रिटियम का उपयोग करके प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त पहली सफल रेडियो आइसोटोप तिथि की भी सूचना दी थी। उनका पेपर अन्य समूहों के लिए प्रत्यक्ष प्रेरणा था जो साइक्लोट्रॉन (फ्रांस में जी. रईसबेक और एफ. यिउ) और अग्रानुक्रम रैखिक एक्सेलेरेटर (डी. नेल्सन, आर. कॉर्टेलिंग, डब्ल्यू. स्टॉट एट मैकमास्टर) का उपयोग करते हैं। के. पर्सर और उनके सहयोगियों ने रोचेस्टर में अपने अग्रानुक्रम का उपयोग करके रेडियोकार्बन का सफल पता लगाने को भी प्रकाशित किया था। इसके तुरंत बाद बर्कले और फ्रांसीसी टीमों ने सफलतापूर्वक पता लगाने की सूचना दी थी 10Be, भूविज्ञान में व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला आइसोटोप है। जल्द ही एक्सेलेरेटर विधि, चूंकि यह लगभग 1,000 के कारक द्वारा अधिक संवेदनशील थी, वस्तुतः इन और अन्य रेडियोआइसोटोपों के लिए पुराने क्षय गणना विधियों को प्रतिस्थापित कर दिया गया था। 1982 में, एएमएस प्रयोगशालाओं ने रेडियोकार्बन डेटिंग के लिए पुरातात्विक प्रतिरूपों का प्रसंस्करण प्रारंभिक किया गया था [8]

अनुप्रयोग

विभिन्न विषयों में एएमएस के लिए कई अनुप्रयोग हैं। कार्बन-14 की सांद्रता निर्धारित करने के लिए एएमएस का प्रयोग सबसे अधिक किया जाता है उदा. रेडियोकार्बन डेटिंग के लिए पुरातत्वविदों द्वारा अन्य रेडियोकार्बन डेटिंग विधियों की तुलना में, एएमएस को व्यापक कालक्रम प्रदान करते हुए छोटे प्रतिरूप आकार (लगभग 50 मिलीग्राम) की आवश्यकता होती है। एमएस विधि ने रेडियोकार्बन डेटिंग के सीमा का विस्तार किया है। इस प्रकार 50,000 वर्ष से लेकर 100 वर्ष पुराने तक के प्रतिरूपों को एएमएस का उपयोग करके सफलतापूर्वक दिनांकित किया जा सकता है।[9] हल करने के लिए आणविक आइसोबार के अपर्याप्त अवरोध के कारण द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमेट्री के अन्य रूपों पर एक्सेलेरेटर द्रव्यमान स्पेक्ट्रोमीटर की आवश्यकता होती है रेडियोकार्बन से 13CH और 13CH2 को हल करने के लिए आणविक आइसोबार के अपर्याप्त दमन के कारण मास स्पेक्ट्रोमेट्री के अन्य रूपों की तुलना में एक त्वरक मास स्पेक्ट्रोमीटर की आवश्यकता होती है। 14C क्षय की लंबी अर्ध-आयु के कारण गिनती के लिए अधिक बड़े प्रतिरूपों की आवश्यकता होती है। भूविज्ञान में सतह एक्सपोज़र डेटिंग के लिए 10Be, 26Al, और 36Cl का उपयोग किया जाता है।[10] 3H, 14C, 36Cl, और 129I का उपयोग हाइड्रोलॉजिकल ट्रेसर के रूप में किया जाता है।

एक्सेलेरेटर मास स्पेक्ट्रोमेट्री का व्यापक रूप से जैव चिकित्सा अनुसंधान में उपयोग किया जाता है।[11][12][13] विशेष रूप से, 41Ca का उपयोग पोस्टमेनोपॉज़ल महिलाओं में हड्डियों के पुनर्जीवन को मापने के लिए किया गया है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ McNaught, A. D.; Wilkinson, A., eds. (1997). "Abundance sensitivity (in mass spectrometry)". रासायनिक शब्दावली का संग्रह (2nd ed.). IUPAC. ISBN 978-0-86542-684-9.[dead link]
  2. ↑ Budzikiewicz, H.; Grigsby, R. D. (2006). "Mass spectrometry and isotopes: A century of research and discussion". Mass Spectrometry Reviews. 25 (1): 146–157. Bibcode:2006MSRv...25..146B. doi:10.1002/mas.20061. PMID 16134128.
  3. ↑ Hellborg, Ragnar; Skog, Göran (September 2008). "त्वरक मास स्पेक्ट्रोमेट्री". Mass Spectrometry Reviews (in English). 27 (5): 398–427. Bibcode:2008MSRv...27..398H. doi:10.1002/mas.20172. ISSN 0277-7037. PMID 18470926.
  4. ↑ Litherland, A. E. (1980). "त्वरक के साथ अल्ट्रासेंसिटिव मास स्पेक्ट्रोमेट्री". Annual Review of Nuclear and Particle Science. 30: 437–473. Bibcode:1980ARNPS..30..437L. doi:10.1146/annurev.ns.30.120180.002253.
  5. ↑ de Laeter, J. R. (1998). "मास स्पेक्ट्रोमेट्री और जियोक्रोनोलॉजी". Mass Spectrometry Reviews. 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.
  6. ↑ Hah, Sang (2009). "त्वरक मास स्पेक्ट्रोमेट्री के बायोमेडिकल अनुप्रयोगों में हालिया प्रगति". Journal of Biomedical Science. 16 (1): 54. doi:10.1186/1423-0127-16-54. ISSN 1423-0127. PMC 2712465. PMID 19534792.
  7. ↑ Muller, R. A. (1977). "एक साइक्लोट्रॉन के साथ रेडियोआइसोटोप डेटिंग". Science. 196 (4289): 489–494. Bibcode:1977Sci...196..489M. doi:10.1126/science.196.4289.489. PMID 17837065. S2CID 21813292.
  8. ↑ Harris, D.R (August 25, 1987). "त्वरक मास स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा रेडियोकार्बन डेटिंग के पुरातत्व पर प्रभाव।". Royal Society. 323 (1569): 23–43. Bibcode:1987RSPTA.323...23H. doi:10.1098/rsta.1987.0070. S2CID 91488734. Retrieved July 12, 2022.
  9. ↑ Morlan, Richard. "रेडियोकार्बन डेटिंग सिद्धांत". Canadian Archaeology. Canadian Archaeological Radiocarbon Database. Retrieved July 12, 2022.
  10. ↑ Schaefer, Joerg M.; Codilean, Alexandru T.; Willenbring, Jane K.; Lu, Zheng-Tian; Keisling, Benjamin; Fülöp, Réka-H.; Val, Pedro (2022-03-10). "कॉस्मोजेनिक न्यूक्लाइड तकनीक". Nature Reviews Methods Primers (in English). 2 (1): 1–22. doi:10.1038/s43586-022-00096-9. ISSN 2662-8449. S2CID 247396585.
  11. ↑ Brown, K.; Dingley, K. H.; Turteltaub, K. W. (2005). जैव चिकित्सा अनुसंधान के लिए त्वरक मास स्पेक्ट्रोमेट्री. Methods in Enzymology. Vol. 402. pp. 423–443. doi:10.1016/S0076-6879(05)02014-8. ISBN 9780121828073. PMID 16401518.
  12. ↑ Vogel, J. S. (2005). "विवो अनुरेखण में मात्रात्मक के लिए त्वरक मास स्पेक्ट्रोमेट्री". BioTechniques. 38 (S6): S25–S29. doi:10.2144/05386SU04. PMID 16528913.
  13. ↑ Palmblad, M.; Buchholz, B. A.; Hillegonds, D. J.; Vogel, J. S. (2005). "तंत्रिका विज्ञान और त्वरक मास स्पेक्ट्रोमेट्री". Journal of Mass Spectrometry. 40 (2): 154–159. Bibcode:2005JMSp...40..154P. doi:10.1002/jms.734. PMID 15706618.


ग्रन्थसूची

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