Izotopy wokol nas

Transkrypt

Izotopy wokol nas

Stanisław Kistryn
Instytut Fizyki Uniwersytetu Jagiellońskiego
Wykład otwarty PTF oddział Szczecin
Wydział Matematyczno-Fizyczny Uniwersytetu Szczecińskiego
20. kwietnia 2010
St. Kistryn - Izotopy wokół nas
2
Skala rozmiarów
20. kwietnia 2010
3
Skala czasu: 15 mld lat
20. kwietnia 2010
4
FIZYKA JĄDROWA
STRUKTURA MATERII
i
ODDZIAŁYWAŃ
20. kwietnia 2010
5
Oswojona
fizyka
jądrowa
20. kwietnia 2010
6
Zastosowania fizyki jądrowej
medycyna - diagnostyka
Rentgenografia
PozytonowaTomografia
Emisyjna
Tomografia
bez nałogów
20. kwietnia 2010
25 lat
alkoholizmu
20 lat
heroiny
2 lata
kokainy
7
zobaczyć niewidoczne ślady
FALSYFIKAT
AUTENTYK
Planetarium
Uniw. Harvard
Chicago
Ioannes Bos, 24 marzec 1597
brak cynku
srebro i rtęć
walcowany
20. kwietnia 2010
wygląd obecny
wkrótce po
namalowaniu
historia
przemalowań
mosiądz
(miedź i cynk)
kuty
8
znaleźć i użyć „szpilki w stogu siana”
Badania śladowych zawartości izotopów
20. kwietnia 2010
A
k
c
e
l
e
r
a
t
o
r
o
w
a
S
p
e
k
t
r
o
s
k
o
p
i
a
M
a
s
o
w
a
9
Krótkie kompendium terminów
20. kwietnia 2010
10
Podstawowe informacje
atom i jądro atomowe
Planetarny model atomu
20. kwietnia 2010
11
składniki jądra, izotopy
Protony – liczba atomowa Z
Neutrony – liczba N
Z + N = A – liczba masowa
Izotopy – jądra o tym samym Z
H
1
Wodór
Z=1 N=0
20. kwietnia 2010
H
2
Deuter
Z=1 N=1
H
3
Tryt
Z=1 N=2
Izobary – jądra o tym
samym A
Izotony – jądra o tym
samym N
12
pierwiastki, izotopy
2
8
7
17
Cl
Chlor
35.453
Masa atomowa
mieszanina
izotopów:
35
Cl (76%)
37
Cl (24%)
20. kwietnia 2010
13
izotopy – mapa nuklidów
20. kwietnia 2010
14
izotopy węgla
C
Z=6 protonów
N=6 neutronów
m = 12 a.m.u.
stabilny
98.891%
C
Z=6 protonów
N=7 neutronów
m = 13.003 a.m.u.
stabilny
1.109%
C
Z=6 protonów
N=8 neutronów
m = 14.003 a.m.u.
niestabilny
1 na 1012
12
13
14
czyli 1 na bilion
20. kwietnia 2010
15
izotop węgla 14C – „szpilka”
C
Z=6 protonów
N=6 neutronów
m = 12 a.m.u.
stabilny
98.891%
C
Z=6 protonów
N=7 neutronów
m = 13.003 a.m.u.
stabilny
1.109%
C
Z=6 protonów
N=8 neutronów
m = 14.003 a.m.u.
niestabilny
1 na 1012
12
13
14
czyli 1 na bilion
20. kwietnia 2010
16 kropli w 0.001 litra wody
CZĘŚĆ
JEDNA NA BILION
basen olimpijski to 2500000 l
25 basenów zawiera bilion kropli
16
czas połowicznego rozpadu T1/2
14
C → 14N + e− + νe
t /T1/2
N/N0
0
1
• (t/T1/2)
N = 1N0 • e–ln20.50
T1/2 = (5730 ± 40) lat
20. kwietnia 2010
2
0.25
3
0.13
4
0.06
5
0.03
17
Izotop 14C w przyrodzie
produkcja przez
promieniowanie kosmiczne
14
N + n → 14C + p
wiązanie w CO2
na wysokości 15 – 18 km
rozpad 14C po śmierci
organizmu zmniejsza jego
ilość w szczątkach
wszystkie organizmy
łańcucha pokarmowego
zawierają 14C
opada na powierzchnię Ziemi
1-2 atomy/s/cm2
fotosynteza wprowadza
14
C do roślin
14
granica
czułości
datowania
około 60 tys.18lat
20. kwietnia
2010 wykrywania C odpowiada
St. Kistryn - granicy
Izotopy wokół
nas
zasada spektroskopii masowej
20. kwietnia 2010
19
Uff, po wstępie …
To co z tym można zdziałać ?
20. kwietnia 2010
20
Zasada metody ASM
akcelerator i spektrometr – „lupa”
PRÓBKA ORAZ
ŹRÓDŁO JONÓW
AKCELERATOR
TANDEM
FILTR
MAGNETYCZNY
20. kwietnia 2010
DETEKTOR GAZOWY
IDENTYFIKUJE CZĄSTKI
14
FILTR
ELEKTROSTATYCZNY
21
C
Realizacja metody ASM
akcelerator i spektrometr – „lupa”
20. kwietnia 2010
22
Liquid Scintillation Counting
„lupa” alternatywna
ołowiana
osłona
fotopowielacz
osłony
spektrometr
Perkin Elmer
1220 Quantulus
fotopowielacz
próbki
czułość
dokładność
czas pomiaru
koszt pomiaru
koszt aparatury
20. kwietnia 2010
LSC
AMS
(pomiar aktywności)
(pomiar liczby cząstek)
10-15
0.2%
1 miesiąc
600 zł
350 tys. zł
10-15
0.2%
120 sekund
1300 zł
7 mln. zł
AMS / LSC
1
1
3·105
2
20
23
Izotopy stabilne
„szkło powiększające”
analiza 13C/12C
CO2 dla m/z = 44; 45; 46
44 = 12C+16O+16O
45 = 13C+16O+16O
46 = 12C+16O+18O
układ o 10 kolektorach
m/z=28,29; m/z=32,33,34;
m/z=36,40,44,45,46
dodatkowo kolektory m/z=2,3
Spektrometr masowy
Thermo Fisher Scientific
Delta V Advantage
analiza 15N/14N
N2 dla m/z = 28; 29
28 = 14N+14N
29 = 14N+15N
dokładności pomiaru stosunku izotopów [‰]
Próbki:
• stałe o masie 50 µg
• ciekłe o objętości 0.5 µl
20. kwietnia 2010
13
C/12C
0.006
15
N/14N
0.010
34
S/32S
0.010
18
O/16O
0.012
2
H/1H
0.090
24
Czułość metody ASM
Dla próbki o typowej masie 10 μg → czułość na poziomie 10-15
(określenie takiej zawartości 14C z dokładnością kilku procent)
2 2, śr. gł. 3.5 m
pow.1156km
km
pow.
, śr. gł. 17.6 m
16 kropli w 0.001 litra wody
20. kwietnia 2010
objętość
jeziora
Dąbie
objętość
zbiornika
Czorsztyńskiego
196·106 m3 = 3·1015 kropli
235·10
25
Zastosowania ASM
(badań izotopowych)
ARCHEOLOGIA
GEOLOGIA
datowanie obiektów
o wieku do 60 tysięcy lat
datowanie skał wulkanicznych
datowanie osadów jeziornych
erozja brzegów zbiorników wodnych
wiek wód głębinowych
FARMAKOLOGIA
metody poszukiwania lekarstw
nowe technologie produkcji
antropogeniczne zanieczyszczenia
rozprzestrzenianie zanieczyszczeń
migracja zanieczyszczeń
obieg wody i węgla w przyrodzie
wpływ elektrowni jądrowych
biopaliwa
MIKROBIOLOGIA
BIOMEDYCYNA
metabolizm komórek
substancje kancerogenne
terapia antynowotworowa
ŻYWNOŚĆ
KRYMINALISTYKA
pochodzenie narkotyków
pochodzenie mat. wybuchowych
miejsce i czas pobytu przestępcy
wiek ofiary
20. kwietnia 2010
OCHRONA ŚRODOWISKA
żywność ekologiczna
składniki naturalne i syntetyczne
zmiany przez konserwację
oddziaływanie opakowania
26
Przykłady datowanych obiektów
malowidła w grocie Chauvet-Pont-D'Arc
najstarsze datowane na 31 tysięcy lat
zwoje znad Morza Martwego
psalm datowany na 30-50 rok
20. kwietnia 2010
całun turyński
datowany na 1260-1390 rok
27
Frakcjonowanie izotopów
stosunek izotopowy:
stężenie izotopowe:
13
zawartoś
ć
rzadkiego
izotopu
[
CO ]
R (13CO2 ) =
= 12 2
zawartość najczę stszego izotopu [ CO2 ]
[13CO2 ]
[13CO2 ]
R (13CO2 )
S ( CO2 ) = 13
=
=
12
[ CO2 ] + [ CO2 ] [CO2 ] 1 + R(13CO2 )
13
Frakcjonowanie izotopowe to zmiana zawartości
izotopów przy przechodzeniu pomiędzy
• różnymi fazami (woda → para wodna)
• różnymi związkami chemicznymi
(CO2 → węgiel w związkach organicznych)
Przyczyny frakcjonowania izotopowego
• mniejsza mobilność cięższych molekuł
• niższa rozpuszczalność cięższych molekuł
współczynniki frakcjonowania
wegetacja ε=-20‰
CO2 atmosferyczny -7‰
rośliny
tkanka ssaków -15‰
parowanie
-27‰
ε=-9‰
trawienie
ε=+12‰
powierzchniowe
węglany
morskie +2‰
materia organiczna
gleby -27‰
rozkład
ε=+15‰
węglany w glebie -12‰
20. kwietnia 2010
28
Względna zawartość izotopów
δ =
R próbka − Rs tan dard
Rs tan dard
δ C dla R VPDB
13
(⋅ 1000 ‰)
belemnity – wymarłe morskie głowonogi
standard = węglan wapnia CaCO3
kalcytowe rostra belemnita kredowego
z formacji Pee Dee (Północna Karolina, USA)
Vienna Pee Dee Belemnite (VPDB)
[13 C]
= 12 = 0.0112372
[ C]
rośliny typu C3 – burak cukrowy δ13C=−28 ‰
20. kwietnia 2010
δ O dla R VPDB
18
[18 O]
= 16 = 0.0020672
[ O]
rośliny typu C4 – trzcina cukrowa δ13C=−14 ‰
29
Względna zawartość 14C
współczesny stosunek 14C
Fraction Modern

A(14C ) próbka , − 25
FM = 
 0.95 ⋅ A(14C )
OX 1, − 19





rok 1950 = 0 BP (before present)
95% aktywności kwasu szczawiowego
(oxalic acid I – H2C2O4) w 1950 roku
względna zawartość 14C skorygowana
na frakcjonowanie izotopów
∆ 14C = ( FM − 1) (⋅ 1000 ‰)
20. kwietnia 2010
aktywność drewna z 1890 roku (era preindustrialna)
skorygowanej na rozpad radioaktywny do roku 1950
konwencjonalny wiek radiowęglowy
w latach BP
t = − 8033⋅ ln FM
30
Krzywa kalibracyjna
wyznaczanie wieku
20. kwietnia 2010
31
Kilka zastosowań radiowęgla
20. kwietnia 2010
32
Ureazowy test oddechowy
mocznik znakowany izotopami
H2N
C
NH2
CO2
w wydychanym
powietrzu
O
Helicobacter pylori
bakteria żyjąca w żołądku i dwunastnicy
zarażonych 30-70% populacji
odpowiada za choroby wrzodowe
dodanie ciekłego
scyntylatora
CO2
do układu krwionośnego
wydalany
mocznik
do badania
pobierane 2 litry
wydychanego
powietrza
NH3
zliczanie
wychwyt CO2
do roztworu
znakowanie 14C – zliczanie fotopowielaczem
20. kwietnia 2010
znakowanie 13C – spektrometr podczerwieni
33
Mikrodozowanie
wielu kandydatów
na lekarstwa
in vitro
ograniczone badania
toksykologiczne
in silico
badania farmakokinetyki i ich opis
L – liberation (uwolnienie)
A – absorbtion (wchłanianie)
D – distribution (rozmieszczenie)
M – metabolism (metabolizm)
E – excretion (wydalanie)
interakcje między lekarstwami,
wpływ wieku, płci, odżywiania,
czasu podania lekarstwa, …
20. kwietnia 2010
obiecujący kandydaci
na lekarstwo
mikrodozowanie – faza 0
10-15 zdrowych ochotników
30% błędnie
uznanych za dobre
modele zwierzęce
faza 1
badania kliniczne
20-80 zdrowych ochotników
poznanie skuteczności,
bezpieczeństwa i toksykologii
34
Mikrodozowanie
OH
H C H
podanie 1/100 przewidywanej dawki
nie więcej niż 100 µg czynnej substancji
OH
aktywność ~2000 Bq (~10 ng 14C)
dawka efektywna 0.005 mSv
przygotowanie znakowanego
kandydata na lekarstwo
~2 g czynnej substancji
Cmax
0.20
0.15
0.10
t1/2
ka
0.05
Tmax
0.1
1
10
zawartość 14C [Bq]
ng/ml plazmy/µg dawki
biologiczny czas połowicznego zaniku 12-40 dni
podane
lekarstwo
1.00
0.75
metabolit
lekarstwa
0.50
czas [min.]
0.25
0.00
100 czas [godz.]
0
10
20
30
40
14
przez
rok z partnerem
codziennie
pomiarspanie
metodą
AMS
zawartość
C we zjadamy
frakcjach
dwutygodniowa
wycieczka
w góry – 0.005 mSv
wielokrotne
pobranie
krwi i moczu
dawkawefektywna
0.01 mSv chromatograficznych
~2 ng 14C
zawartość
plaźmie krwi
lot samolotem Kraków – Nowy Jork – 0.05
mSv lekarstwa
20. kwietnia 2010
35
Substancje kancerogenne
komórki odporne
na Adriamycynę
addukt DNA
długość genomu ludzkiego ~3·109 Base Pair
~106 komórek rakowych poddano działaniu
terapeutycznych ilości Adriamycyny
Adriamycyna należy do grupy
lekarstw używanych w chemioterapii
20. kwietnia 2010
badanie stabilności
uszkodzeń DNA
36
Zindywidualizowana terapia
anty-nowotworowa
Karboplatyna jest lekarstwem stosowanym w chemioterapii;
spowalnia lub powstrzymuje rozwój komórek nowotworowych,
działa na mechanizm naprawczy komórek prowadząc do ich śmierci
hodowanie
z dodatkiem
Karboplatyny
znakowanej 14C
hodowla
komórek
lekarstwo
znakowane 14C
wiązane jest
do komórek
wyizolowane
komórki
addukt DNA na
białą komórkę krwi
ekstrakcja
DNA
granica detekcji
metodami standardowymi
Karboplatyna
reaguje na lekarstwo
nie reaguje na lekarstwo
0
2
4
pomiar
metodą
AMS
addukt DNA
6 8 10 12 14
czas [dni]
20. kwietnia 2010
37
Dietetyka, metabolizm
Witamina E – tokoferol
RRR-tokoferol
• naturalna – RRR-tokoferol
ma tylko jeden stereoizomer
• syntetyczna – całkowity racemat tokoferolu
ma osiem stereoizomerów
całkowity racemat tokoferolu
fmol 14C / ml plazmy
100
80
60
40
20
0
0
40
20. kwietnia 2010
80
120 160 200
czas [godziny]
240
280
α-tokoferol
38
Testy jądrowe
pik 14C
800
2.20·10-12
700
∆14C [‰]
600
500
test Trinity 16 lipca 1945 roku
400
300
200
100
0
-100
20. kwietnia 2010
naturalny poziom węgla-14
1.15·10-12
1950
1960
1970
1980
1990
2000
rok
39
Zęby – metryka urodzenia
szkliwo zawiera 0.4% węgla
formowanie szkliwa zachodzi
w dobrze określonym wieku
wyznaczona data urodzenia
1995
1985
1975
1965
1955
1955 1965 1975 1985 1995
data urodzenia
dokładność wyznaczenia
daty urodzenia wynosi 1.6 lat
kilkukrotnie lepiej niż innymi metodami
20. kwietnia 2010
40
DNA – metryka komórki
Jelito czcze
data urodzenia
atomy w genomowym DNA
pozostają niezmienione
od momentu powstania komórki
6 pg DNA w komórce = 2.4 pg węgla
~1011 atomów węgla w DNA komórki
~1 atom 14C w DNA 10 komórek
10 milionów komórek daje
~20 µg węgla czyli 1 milion atomów 14C
20. kwietnia 2010
41
Śledzenie zanieczyszczeń
spalanie paliw kopalnych
∆14C
[‰]
250
δ18O
[‰]
45
oddychanie
biogeniczne
40
200
150
35
30
25
spalanie
gazu ziemnego
20
-50
-45
spalanie
benzyny
-40 -35 -30
δ13C [‰]
-25
100
-500
-1000
-20
Transport zanieczyszczeń
z pomiarów 14C
Kontynentalne zmiany zawartości atmosferycznego 14C
20. kwietnia 2010
42
Zawartość bioetanolu w paliwach
Dyrektywa 2003/30/WE
Parlamentu Europejskiego i Rady UE
od 2009 roku udział biopaliw
powinien wynosić 5.1%
fermentacja ⇒ bioetanol
C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2
koszt bioetanolu = 1.5 · koszt syntetycznego etanolu
pochodzenie etanolu tylko przez zawartość 14C
Fraction Modern
100
hydratacja etylenu ⇒ etanol syntetyczny
C2H4 + H2O → CH3CH2OH
20. kwietnia 2010
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80
100
zawartość węgla z biopaliwa [%]
43
Kontrola instalacji jądrowych
CO, CO2, C2H6, CH4
pracujący w elektrowni:
zwiększona aktywność 14C
włosy + 63%
mocz + 400%
Wzrost aktywności
~ 20%
20. kwietnia 2010
295
aktywność [Bq/kgC] ]
aktywność trawy
zebranej w pobliżu
elektrowni jądrowej
zal
eżn
ość
275
255
od
kie
run
ku
w
ia t
ru
tło
235
0
1
2
3
4
5
odległość od elektrow ni [km ]
44
Jeszcze izotopy stabilne …
20. kwietnia 2010
45
Włosy – miejsce pobytu
Korelacja zawartości izotopowych wodoru i tlenu
w spożywanej wodzie (pożywieniu) i włosach
szybka zmiana stosunków izotopowych
przy zmianie diety (miejsca pobytu)
2
H/1H
18
O/16O
2 tygodnie
Pekin
Salt Lake
City
20. kwietnia 2010
46
Lód – historyczny termometr
Wostok
Antarktyka
miejsce
odwiertu
National
Ice Core Lab
Denver
Greenland Ice Core Project
11711 lat temu ocieplenie o 12oC
20. kwietnia 2010
47
Pióra – rejestrator migracji
zawartość deuteru
w piórach ptaków
drapieżnych
zawartość izotopów w piórach
zebranych w różnych porach roku
świadczy o miejscu wylęgu i pobytu zimowego
20. kwietnia 2010
48
Kontrola farmaceutyków
skład izotopowy
Naproxenu (C14H14O3)
różnych producentów
frakcjonowanie izotopów w procesie syntezy
skład izotopowy - δ
δ13C [‰]
-30
-34
reagenty
reakcja
autentyczny
autentyczny
łamiący
patent
-38
-42
0
20. kwietnia 2010
produkt
A+B
∆A
generyczny
2
4
6
czas
δ15N [‰]
C
8
10
49
Szukanie śladów życia
porównanie stosunków izotopowych
w gazach i glebie
Mars Science Laboratory
badane gazy
H2O, CH4, CO, CO2, H2O2
badane izotopy
13
C/12C w CH4
13
C/12C, 18O/16O w CO2
frakcjonowanie izotopów
⇓
dowód (poszlaka)
istnienia życia
spektrometr
laserowy
20. kwietnia 2010
50
Kończymy
definitywnie…
20. kwietnia 2010
51
20. kwietnia 2010
52
Planowane laboratorium ASM
akcelerator 1MV
system
detekcyjny 14C
dwa źródła jonów
w tym jedno gazowe
20. kwietnia 2010
puszki
Faradaya
pozycja serwisowa akceleratora
magnes
rozrzucający
analizator wysokoenergetyczny
analizator
niskoenergetyczny
Instytut Fizyki UJ
53
Laboratorium badań izotopowych
w Instytucie Fizyki UJ
system AMS z akceleratorem 1 MV
14
C, 10Be, 27Al, 41Ca - czułość do 10-15
spektrometr scyntylacyjny
3
H, 14C, 90Sr, 137Cs, Rn, Ra, U
czułość 0.5 – 2 rozpadów na minutę
20. kwietnia 2010
P
L
A
N
O
W
A
N
E
pracownia przygotowywania próbek
spektrometr izotopów stabilnych
D/H, 13C/12C, 15N/14N, 18O/16O, 34S/32S
dokładność – (0.6–9)·10-6
54
Zastosowania
badań izotopowych
ARCHEOLOGIA
GEOLOGIA
datowanie obiektów
o wieku do 60 tysięcy lat
datowanie skał wulkanicznych
datowanie osadów jeziornych
erozja brzegów zbiorników wodnych
wiek wód głębinowych
FARMAKOLOGIA
metody poszukiwania lekarstw
nowe technologie produkcji
antropogeniczne zanieczyszczenia
rozprzestrzenianie zanieczyszczeń
migracja zanieczyszczeń
obieg wody i węgla w przyrodzie
wpływ elektrowni jądrowych
biopaliwa
MIKROBIOLOGIA
BIOMEDYCYNA
metabolizm komórek
substancje kancerogenne
terapia antynowotworowa
ŻYWNOŚĆ
KRYMINALISTYKA
pochodzenie narkotyków
pochodzenie mat. wybuchowych
miejsce i czas pobytu przestępcy
wiek ofiary
20. kwietnia 2010
OCHRONA ŚRODOWISKA
żywność ekologiczna
składniki naturalne i syntetyczne
zmiany przez konserwację
oddziaływanie opakowania
55
Dziękuję za uwagę
20. kwietnia 2010
56
20. kwietnia 2010
57
Oddziaływania
wymienne
Elektromagnetyczne
Zasięg: ∞
Siła: 10-2
20. kwietnia 2010
Słabe
Zasięg: 10-18 m
Siła:
10-14
Grawitacyjne:
Silne
Zasięg: 10-15 m
Siła:
1
-38
Zasięg:
∞
;
Siła:
10
58
Elementy budowy świata:
cząstki i ich oddziaływania
Silne
Gluony (8)
Elektromagnetyczne
Foton
Kwarki
Mezony
Bariony
Jądra atomowe
Grawitacyjne
Atomy
Światło
Chemia
Elektronika
Słabe
Grawiton ?
Bozony W,Z
Układ Słoneczny
Galaktyki
Czarne dziury
Rozpad neutronu
Promieniotw. β
Oddziaływ. neutrin
Reakcje w Słońcu
20. kwietnia 2010
59
Zestaw budowniczego świata
20. kwietnia 2010
60
20. kwietnia 2010
61
Przygotowanie próbek
wstępne oczyszczanie metodami mechanicznymi
usunięcie widocznych zanieczyszczeń
rejestracja kamerą cyfrową
metody wstępnego oczyszczania chemicznego i uzyskiwanie dwutlenku węgla
węgiel drzewny, nasiona, ziarna, torf, węgiel organiczny z gleby
metoda kwas-zasada-kwas (Acid-Alkali-Acid – AAA), spalanie
drewno, części roślin
ekstrakcja celulozy metodą Soxhleta, spalanie
kości
ekstrakcja kalogenu, spalanie
węglany w postaci stałej (koral, muszle, …)
trawienie rozcieńczonym HCl, hydroliza 85% H3PO4
rozpuszczony węgiel nieorganiczny (woda gruntowa, woda morska, …)
hydroliza 85% H3PO4
20. kwietnia 2010
62
Metoda kwas-zasada-kwas
oczyścić cały sprzęt
odwirować, usunąć roztwór z NaOH
przepłukać zdejonizowaną wodą
dodać 1N HCl
grzać przez 30 minut
w temperaturze 70oC
dodać 1N HCl
w temperaturze 70oC
odwirować, usunąć roztwór z HCl
dodać zdejonizowaną wodę
odwirować, usunąć roztwór z HCl,
przepłukać zdejonizowaną wodą
dodać 1N NaOH
w temperaturze 70oC
powtarzać do uzyskania
neutralnego pH
w temperaturze 70oC
powtarzać do uzyskania
klarownego roztworu
20. kwietnia 2010
wysuszyć
63
Spalanie
z rurki odpompowuje się powietrze i wygrzewa przez na 2 godziny w temperaturze 950oC
CuO jest źródłem tlenu do spalania, srebro reaguje z gazami siarki i halogenami
analizator elementarny FLASH EA1112 THERMO FISHER SCIENTIFIC
20. kwietnia 2010
64
Analizator elementarny – CHNS
próbka w cynowej kapsule
automatyczne
dozowanie
tlenu
He
kanał
kanał
analityczny referencyjny
900°C
N2, NXOY, CO2
tlenek
miedzi
N2 CO2
TCD
napięcie
H2O, SO2, SO3
wychwyt
nadmiaru tlenu
N2 + CO2+
miedź
elektrolityczna
H2 O
SO2
H2O + SO2
czas
N2 + CO2+ H2O + SO2
kolumna do separacji CHNS/NCS
temperatura 75°C
20. kwietnia 2010
65
Analizator elementarny – tlen
próbka w
srebrnej
kapsule
He
węgiel
pokryty
niklem
kwarc
piroliza
bez tlenu
1070°C
kanał
referencyjny
kanał
analityczny
CO,N2
czas
TCD
CO,N2
pułapka adsorpcyjna
CO, N2
20. kwietnia 2010
CO
napięcie
N2
kolumna do separacji tlenu
temperatura 100°C
66
Grafityzacja; tarcze
CO2 + 2H2 → C + 2H2O
20. kwietnia 2010
67
Źródło jonów
prąd Cs – kilka mA
+
rozmiar wiązki Cs – 1 mm
+
można łatwo przerobić
na źródło gazowe
20. kwietnia 2010
materiał
próbki
jon
prąd
[µA]
czas osiągania
maksymalnego
prądu [minuty]
BeO
BeO-
10
15
grafit
C-
100
1
Al2O3
Al-
5
60
AgCl
Cl-
15
30
CaH2
CaH3-
5
30
od źródła do detektora transmitowane jest 10-3 jonów
źródło zużywa materiał z prędkością 0.5 mg/godz.
10 mg grafitu = 0.5 · 1020 atomów
przy zawartości 14C wynoszącej 10-15
rejestrujemy 5 · 104 atomów 14C w ciągu 20 godzin
68
Interferujące molekuły (izobary)
CH + ,13 CH 2+
12
CH +2
nie ma molekuł
o ładunkach >2+
13
C + ,14 C 2+ ,
14
C 3+ ,14 C4+
14
14
interferujące
molekuły
system
injekcji
folia lub gaz
przeładowanie jonów
−
13
CH
12
CH −2
14
C3+
C−
CH −
12
CH −2
nie ma 14N–
13
20. kwietnia 2010
14
C−
69
Detektor
∆E1
∆E2
∆E3
∆Er
siatka
jon
−
katoda
dE
dx
∆E1
∆E2
20. kwietnia 2010
∆E3
∆Er
x
70

Izotopy wokol nas

Transkrypt

Podobne dokumenty

geochemia izotopów - Carbon14 .pl carbon14.pl

Doświadczenie Rutherforda. Budowa jądra atomowego.