Thermal ionization mass spectrometry
થર્મલ આયનીકરણ માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી (TIMS) ને સપાટીના આયનીકરણ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે અને તે અત્યંત સંવેદનશીલ આઇસોટોપ માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી લાક્ષણિકતા તકનીક છે. રેડિયોન્યુક્લાઇડના સમસ્થાનિક ગુણોત્તરનો ઉપયોગ નમૂનાના તાત્વિક વિશ્લેષણ માટે સચોટ માપ મેળવવા માટે થાય છે. નમૂનાના એકલ ચાર્જ આયનો થર્મલ આયનીકરણ અસર દ્વારા રચાય છે. રાસાયણિક રીતે શુદ્ધ પ્રવાહીનો નમૂનો ધાતુના તંતુ પર મૂકવામાં આવે છે જેને પછી દ્રાવકને બાષ્પીભવન કરવા માટે ગરમ કરવામાં આવે છે. શુદ્ધ નમૂનામાંથી ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવાનું પરિણામે ઇલેક્ટ્રોન છોડવા માટે પૂરતા પ્રમાણમાં ફિલામેન્ટને ગરમ કરીને પ્રાપ્ત થાય છે, જે પછી નમૂનાના અણુઓને આયનીકરણ કરે છે. ટીઆઈએમએસ આયનોને તેમના દળ અને ચાર્જ ગુણોત્તરના આધારે અલગ કરવા માટે ચુંબકીય ક્ષેત્રના દળ વિશ્લેષકનો ઉપયોગ કરે છે. આયન વિદ્યુત સંભવિત ઢાળ દ્વારા વેગ મેળવે છે અને વિદ્યુતસ્થૈતિક લેન્સ દ્વારા બીમમાં કેન્દ્રિત થાય છે. આયન બીમ પછી ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટના ચુંબકીય ક્ષેત્રમાંથી પસાર થાય છે જ્યાં તેને આયનના દળ/ચાર્જ ગુણોત્તરના આધારે અલગ આયન બીમમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે. આ સામૂહિક-ઉકેલાયેલા બીમ ડિટેક્ટરમાં નિર્દેશિત થાય છે જ્યાં તેને વોલ્ટેજમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે. શોધાયેલ વોલ્ટેજ પછી આઇસોટોપિક ગુણોત્તરની ગણતરી કરવા માટે વપરાય છે. આયનીકરણ સ્ત્રોત વપરાતા તંતુઓ ટેન્ટેલમ (ટી. એ.), ટંગસ્ટન (ડબલ્યુ.), પ્લેટિનમ (પી. ટી.) અથવા રેનીયમ (આર. ઈ.) માંથી બનાવવામાં આવે છે. પરંપરાગત રીતે, ટીઆઈએમએસમાં બે તંતુઓનો ઉપયોગ થાય છે. એક ફિલામેન્ટ નમૂના માટે હોય છે અને તેને નમૂના ફિલામેન્ટ કહેવામાં આવે છે. પ્રવાહી નમૂનાને નમૂનાના તંતુ પર મૂકવામાં આવે છે જે પછી બાષ્પીભવન થાય છે. ત્યારબાદ, આ બાષ્પીભવન વિશ્લેષણ અન્ય તંતુ પર પડે છે, જેને આયનીકરણ તંતુ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, જ્યાં તે આયનીકૃત થાય છે. સિંગલ ફિલામેન્ટ પદ્ધતિ પણ શક્ય છે. એકવાર નમૂનાનું બાષ્પીભવન થઈ જાય પછી, વિશ્લેષકો આયનીકરણ મેળવવા માટે તે જ તંતુ પર પાછા સ્થાયી થઈ શકે છે. ટ્રિપલ ફિલામેન્ટ અથવા મલ્ટીફિલામેન્ટ સેટઅપનો ઉપયોગ આયનીકરણ કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરે છે અને બાષ્પીભવન અને આયનીકરણનો દર અલગથી નિયંત્રિત કરવા માટે પ્રદાન કરે છે. તંતુઓને સક્રિયકોથી ભરવાની જરૂર છે. એક સક્રિયક ઇચ્છિત તત્વના બાષ્પીભવનને દબાવી દે છે અને ફિલામેન્ટની આયનીકરણ ક્ષમતામાં વધારો અથવા ઘટાડો કરી શકે છે. આ ઉચ્ચ આયનીકરણ કાર્યક્ષમતા અને ઉચ્ચ કુલ ઉપજમાં પરિણમે છે. પીબી માટે સૌથી સામાન્ય સક્રિયક સિલિકા જેલ/ફોસ્ફોરિક એસિડ છે. તંતુઓ શૂન્યાવકાશમાં હોય છે જે 400-2300 °C થી ગમે ત્યાં તાપમાન સુધી પહોંચી શકે છે. તંતુઓને કોઈ નુકસાન ન થાય તે માટે, તેમને કેરોયુઝલ જેવા નમૂનાના બુર્જ પર નિશ્ચિતપણે ગોઠવવામાં આવે છે, જેમાં સામાન્ય રીતે 10 થી 20 તંતુઓ હોય છે. બાષ્પીભવન પ્રક્રિયા સામાન્ય રીતે લાંબા સમય સુધી ચાલતા સંકેતો અને નાના સમસ્થાનિક અપૂર્ણાંકના બદલામાં પ્રમાણમાં નીચા તાપમાને હાથ ધરવામાં આવે છે. સારી આયનીકરણ કાર્યક્ષમતા સુનિશ્ચિત કરવા માટે આયનીકરણ ભાગને ઊંચા તાપમાનની જરૂર પડે છે. ઉત્સર્જિત આયનોમાં ઓછો અવકાશી અને ઊર્જાસભર ફેલાવો હોય છે જે એક-કેન્દ્રિત ચુંબકીય ક્ષેત્રના સમૂહ વિશ્લેષક અથવા ચતુર્ભુજને યોગ્ય બનાવે છે. ટીઆઈએમએસ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા સૌથી સામાન્ય ડિટેક્ટર્સ ફેરાડે કપ, ડેલી ડિટેક્ટર અને ઇલેક્ટ્રોન મલ્ટિપ્લાયર છે. પરંપરાગત રીતે, ટીઆઈ આયન સ્ત્રોતોને મલ્ટીકોલેક્ટર (એમસી) પ્રણાલીઓ સાથે જોડવામાં આવે છે. થર્મલ આયનીકરણ પદ્ધતિ જ્યારે ગરમ ફિલામેન્ટ પ્રવાહી નમૂનાને ગરમ કરે છે, ત્યારે નમૂનાની અંદરનું ફર્મિ સ્તર ધાતુની સાથે સમાનતા સુધી પહોંચે છે. બદલામાં, આ ઇલેક્ટ્રોનને નમૂનાથી ધાતુના તંતુ સુધી સુરંગ બનાવવાની મંજૂરી આપે છે. પરિણામે, ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવનાર નમૂનામાંથી હકારાત્મક આયનો રચાય છે. ઇલેક્ટ્રોનનું આ સ્થાનાંતરણ પણ નકારાત્મક આયનોની રચનામાં પરિણમે છે. ત્યારબાદ, બે પ્રકારના થર્મલ આયનીકરણ થાય છે. એક સકારાત્મક થર્મલ આયનીકરણ (પી-ટીઆઈ) અને બીજું નકારાત્મક થર્મલ આયનીકરણ (એન-ટીઆઈ) છે. આયનોનું ઉત્પાદન સાહા આયનીકરણ સમીકરણ અથવા સાહા-લાંગમુઇર સમીકરણ દ્વારા માપવામાં આવે છે. આઇસોટોપ ગુણોત્તર માપન વિવિધ આઇસોટોપ્સની સાપેક્ષ વિપુલતાનો ઉપયોગ પછી વિવિધ આઇસોટોપ્સના રાસાયણિક અપૂર્ણાંકનું વર્ણન કરવા, બિન-રેડીયોજેનિક આઇસોટોપ્સના વિવિધ જળાશયોમાં મુસાફરી કરવા અને રેડીયોજેનિક પુત્રી આઇસોટોપ્સની હાજરી દ્વારા સૌર મંડળની વસ્તુઓની ઉંમર અથવા ઉત્પત્તિનું વર્ણન કરવા માટે થાય છે. મૂળભૂત વિશ્લેષણ એ ટીઆઈએમએસનો મુખ્ય ઉપયોગ છે કારણ કે તે વિશ્વસનીય સમસ્થાનિક ગુણોત્તર આપે છે. આયનીકરણ ઊર્જામાં ઘટાડાના વલણને પગલે, સામયિક કોષ્ટકની નીચે ડાબી બાજુએ સ્થિત તત્વો TIMS માટે વ્યવહારુ છે. વધુમાં, સામયિક કોષ્ટકની ઉપરની જમણી બાજુએ જોવા મળતું ઉચ્ચ ઇલેક્ટ્રોન આકર્ષણ આ અધાતુઓને ઉત્તમ ઉમેદવાર બનાવે છે. આ તકનીકનો ઉપયોગ આઇસોટોપ જિયોકેમિસ્ટ્રી, જિયોક્રોનોલોજી અને કોસ્મોકેમિસ્ટ્રીમાં વ્યાપકપણે થાય છે. માત્રાત્મક આઇસોટોપ ગુણોત્તર તકનીકોમાં આઇસોટોપ ડાયલ્યુશન થર્મલ આયનીકરણ માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી (ID-TIMS) અને રાસાયણિક ઘર્ષણ થર્મલ આયનીકરણ માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી (CA-TIMS) નો સમાવેશ થાય છે. આઇસોટોપ મંદન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે કારણ કે ટીઆઈએમએસમાં સિગ્નલની તીવ્રતા ટીઆઈએમએસમાં મૂકવામાં આવેલી રકમના પ્રમાણમાં નથી. વય ડેટિંગ માટે, ચુંબકીય ક્ષેત્રો સાથેના માસ સ્પેક્ટ્રોમીટરમાં ક્વાડ્રુપોલ માસ સ્પેક્ટ્રોમીટર અથવા ક્વાડ્રુપોલ માસ એનાલાઇઝર કરતાં વધુ ચોકસાઇ હોય છે. ઇન્ડક્ટિવલી કપલ્ડ પ્લાઝ્મા-ક્વાડ્રુપોલ માસ સ્પેક્ટ્રોમીટર કિરણોત્સર્ગી સડો દ્વારા આઇસોટોપિક ગુણોત્તરના ફેરફારને શોધવાની વધુ ચોકસાઇ માટે પરવાનગી આપે છે. વધુ ચોકસાઈનો અર્થ એ છે કે વય ડેટિંગમાં ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન. આઇસોટોપ-રેશિયો માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી સંદર્ભો માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી પણ જુઓ.