Φασματομετρία Μάζας Αναλογίας Ισοτόπων (IRMS)
Πηγή: (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/16/Thermal_ionization_mass_spectrometer.jpg)
Τα σταθερά και ραδιενεργά ισότοπα είναι γνωστά εδώ και αρκετές δεκαετίες ως ένα αποτελεσματικό εργαλείο για την μελέτη των υδατικών πόρων, επιφανειακών και υπόγειων, και την κατανόηση πολύπλοκων, ετερογενών υδρολογικών συστημάτων, όπως οι καρστικοί υπόγειοι υδροφορείς[1],[2],[3],[4]. Τα ισότοπα αποτελούν οικονομικές επιλογές, παρέχουν ακριβή αποτελέσματα, είναι εύχρηστα και δίνουν άμεσες πληροφορίες για τις διεργασίες κίνησης και κατανομής του νερού στους υπόγειους υδροφορείς. Επίσης, είναι ένα πολύτιμο εργαλείο για τον προσδιορισμό της αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο υπόγειων υδροφόρων, μεταξύ υπόγειων και επιφανειακών υδάτων, των πηγών και των περιοχών εμπλουτισμού και την ανίχνευση της κίνησης και της κατανομής του νερού σε πολύπλοκα υδάτινα σώματα.
Το οξυγόνο -18 (δ180) και το δευτέριο (δ2Η) είναι τα πιο κοινά ισότοπα που χρησιμοποιούνται στην υδρολογία και την υδρογεωλογία και χρησιμοποιούνται για διάφορους σκοπούς[5]. Δεδομένου ότι τα ισότοπα του οξυγόνου και του υδρογόνου αποτελούν μέρος του ίδιου του νερού, αποτελούν εξαιρετικούς ιχνηλάτες για υδρολογικές εφαρμογές. Ταυτόχρονα, δεν αντιδρούν χημικά σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος.
Η φασματομετρία μάζας αναλογίας ισοτόπων (IRMS) μελετά φυσικά και συνθετικά δείγματα με βάση τις αναλογίες των ισοτόπων τους. Η αναλογία ισοτόπων ενός υλικού ποικίλει ανάλογα με την πηγή και την προέλευση του, καθώς και με τις διεργασίες που μπορεί να εμφανιστούν κατά τη διάρκεια της ζωής του. Οι τυπικές μετρήσεις με τη συγκεκριμένη μέθοδο στοχεύουν στην ανάλυση του υδρογόνου, του άνθρακα, του αζώτου και του οξυγόνου. Στερεά, υγρά και αέρια δείγματα μετατρέπονται σε αέρια και στη συνέχεια εισάγονται στο όργανο IRMS. Κατά τη διάρκεια της ανάλυσης, μία πηγή ιοντισμού πρόσκρουσης ηλεκτρονίων ιονίζει το αέριο που προέρχεται από το δείγμα, το οποίο στην συνέχεια επιταχύνεται σε έναν σωλήνα πτήσης (flight tube), διαχωρίζεται από τη μάζα και ποσοτικοποιείται χρησιμοποιώντας μια σειρά από Faraday cups. Η υψηλή ακρίβεια της IRMS επιτρέπει την απαρίθμηση ακόμη και πολύ μικρών ισοτοπικών κλάσεων που σχετίζονται με φυσικούς, χημικούς και βιολογικούς μετασχηματισμούς. Η συγκεκριμένη μέθοδος είναι επίσης πολύτιμη για την ποσοτικοποίησης της αντιδραστικότητας και της εξέλιξης ενός σταθερού ισοτόπου ιχνηλάτη για να βοηθήσει στον προσδιορισμό των ποσοστών αντίδρασης και της τελικής διάταξης των εφαρμοζόμενων υποστρωμάτων.
Τα διαθέσιμα όργανα της IRMS είναι:
Two Thermo Delta V plus IRMS
Thermo 253 IRMS
Sercon 20-22 IRMS
GasBench II IRMS for CO2 analyses
Elemental Analyzer IRMS
CETAC LSX-500 Laser Ablation System IRMS for in situ analysis on the scale of 10s of µm.
Thermo Trace Gas Chromatograph Combustion IRMS for compound-specific isotope analyses
LC-IRMS system integrated with a chemical oxidation device
Los Gatos Research Isotopic Water Analyzer
Total Combustion Elemental Analyzer IRMS
1. Sidle, W.C. Environmental Isotopes for Resolution of Hydrology Problems. Environ Monit Assess 52, 389–410 (1998). https://doi.org/10.1023/A:1005922029958
2. Aggarwal, P. K., Gat, J. R., & Froehlich, K. F. (Eds.). (2005, September 22). Isotopes in the Water Cycle: Past, Present and Future of a Developing Science. Springer. https://doi.org/10.1023/b10166810.1007/1-4020-3023-1
3. Herczeg, A. L., & Leaney, F. W. (2010, October 8). Review: Environmental tracers in arid-zone hydrology. Hydrogeology Journal, 19(1), 17–29. https://doi.org/10.1007/s10040-010-0652-7
4. Sanford, W. E., Aeschbach-Hertig, W., & Herczeg, A. L. (2010, December 9). Preface: Insights from environmental tracers in groundwater systems. Hydrogeology Journal, 19(1), 1–3. https://doi.org/10.1007/s10040-010-0687-9
5. Dogančić, D., Afrasiabian, A., Kranjčić, N., & Đurin, B. (2020, September 5). Using Stable Isotope Analysis (δD and δ18O) and Tracing Tests to Characterize the Regional Hydrogeological Characteristics of Kazeroon County, Iran. Water, 12(9), 2487. https://doi.org/10.3390/w12092487