Isotope dilution
આઇસોટોપ મંદન વિશ્લેષણ એ રાસાયણિક પદાર્થોની માત્રા નક્કી કરવાની એક પદ્ધતિ છે. તેની સૌથી સરળ વિભાવનામાં, આઇસોટોપ મંદનની પદ્ધતિમાં વિશ્લેષણ કરાયેલા નમૂનામાં આઇસોટોપથી સમૃદ્ધ પદાર્થની જાણીતી માત્રાનો ઉમેરો થાય છે. નમૂના સાથે આઇસોટોપિક ધોરણનું મિશ્રણ અસરકારક રીતે ધોરણના આઇસોટોપિક સંવર્ધનને "પાતળું" કરે છે અને આ આઇસોટોપ મંદન પદ્ધતિ માટેનો આધાર બનાવે છે. આઇસોટોપ મંદનને આંતરિક માનકીકરણની પદ્ધતિ તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, કારણ કે પ્રમાણભૂત (વિશ્લેષણનું આઇસોટોપિકલી સમૃદ્ધ સ્વરૂપ) સીધા નમૂનામાં ઉમેરવામાં આવે છે. વધુમાં, પરંપરાગત વિશ્લેષણાત્મક પદ્ધતિઓથી વિપરીત જે સંકેતની તીવ્રતા પર આધાર રાખે છે, આઇસોટોપ મંદન સંકેત ગુણોત્તરનો ઉપયોગ કરે છે. આ બંને ફાયદાઓને કારણે, આઇસોટોપ મંદનની પદ્ધતિને ઉચ્ચતમ મેટ્રોલોજિકલ સ્થિતિની રસાયણશાસ્ત્ર માપન પદ્ધતિઓમાં ગણવામાં આવે છે. આઇસોટોપ એ ચોક્કસ રાસાયણિક તત્વના પ્રકારો છે જે ન્યુટ્રોન સંખ્યામાં અલગ પડે છે. આપેલ તત્વના તમામ આઇસોટોપ્સમાં દરેક અણુમાં સમાન સંખ્યામાં પ્રોટોન હોય છે. આઇસોટોપ શબ્દ ગ્રીક મૂળના આઇસોસ (સમાન) અને ટોપોસ (સમાન સ્થળ) પરથી રચાયો છે, જેનો અર્થ થાય છે "સમાન સ્થાન"; આમ, નામ પાછળનો અર્થ એ છે કે એક જ તત્વના વિવિધ આઇસોટોપ સામયિક કોષ્ટક પર સમાન સ્થાન ધરાવે છે. પ્રારંભિક ઇતિહાસ રેડિયોટ્રેસર પદ્ધતિનો વિશ્લેષણાત્મક ઉપયોગ એ આઇસોટોપ મંદનનો અગ્રદૂત છે. આ પદ્ધતિ 20મી સદીની શરૂઆતમાં જ્યોર્જ ડી હેવેસી દ્વારા વિકસાવવામાં આવી હતી, જેના માટે તેમને 1943 માટે રસાયણશાસ્ત્રમાં નોબેલ પુરસ્કાર એનાયત કરવામાં આવ્યો હતો. રેડિયોટ્રેસર પદ્ધતિના સ્વરૂપમાં આઇસોટોપ મંદનનો પ્રારંભિક ઉપયોગ 1913માં જ્યોર્જ ડી હેવેસી અને ફ્રેડરિક એડોલ્ફ પેનેથ દ્વારા લીડ સલ્ફાઇડ અને લીડ ક્રોમેટની દ્રાવ્યતાનું નિર્ધારણ હતું. 1930 ના દાયકામાં, યુ. એસ. બાયોકેમિસ્ટ ડેવિડ રિટનબર્ગે બાયોકેમિસ્ટ્રીમાં આઇસોટોપ ડાયલ્યુશનના ઉપયોગની પહેલ કરી હતી, જે કોષ ચયાપચયના વિગતવાર અભ્યાસને સક્ષમ કરે છે. ટ્યુટોરિયલ ઉદાહરણ આઇસોટોપ મંદન એ ચિહ્ન અને પુનઃપ્રાપ્ત કરવાની પદ્ધતિ જેવું જ છે, જેનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે વસ્તીના કદનો અંદાજ કાઢવા માટે ઇકોલોજીમાં થાય છે. દાખલા તરીકે, તળાવમાં માછલીઓની સંખ્યા (એન. એ.) ના નિર્ધારણને ધ્યાનમાં લો. આ ઉદાહરણના હેતુ માટે, ધારો કે તળાવની તમામ મૂળ માછલીઓ વાદળી છે. આ તળાવની તેમની પ્રથમ મુલાકાત વખતે, એક પર્યાવરણશાસ્ત્રી પાંચ પીળી માછલીઓ (એન. બી. = 5) ઉમેરે છે. તેમની બીજી મુલાકાત પર, ઇકોલોજિસ્ટ નમૂનાની યોજના અનુસાર સંખ્યાબંધ માછલીઓને પકડે છે અને અવલોકન કરે છે કે વાદળી-થી-પીળો (એટલે કે. મૂળ-થી-ચિહ્નિત) માછલી 10:1 છે. તળાવની મૂળ માછલીઓની સંખ્યાની ગણતરી નીચેના સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને કરી શકાય છેઃ આ આઇસોટોપ મંદનનું સરળ દૃશ્ય છે પરંતુ તે પદ્ધતિની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ સમજાવે છે. વધુ જટિલ પરિસ્થિતિ ત્યારે ઊભી થાય છે જ્યારે ચિહ્નિત અને અચિહ્નિત માછલી વચ્ચેનો તફાવત અસ્પષ્ટ થઈ જાય છે. આ થઈ શકે છે, ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે તળાવમાં અગાઉના ક્ષેત્ર પ્રયોગોમાંથી પહેલેથી જ થોડી સંખ્યામાં ચિહ્નિત માછલીઓ હોય છે; અને ઊલટું, જ્યાં ઉમેરવામાં આવેલી ચિહ્નિત માછલીની માત્રામાં થોડી સંખ્યામાં અચિહ્નિત માછલીઓ હોય છે. પ્રયોગશાળાના સેટિંગમાં, અજ્ઞાત ("તળાવ") માં સંયોજનનો જથ્થો હોઈ શકે છે જે કુદરતી રીતે મુખ્ય ("વાદળી") અને નાના ("પીળા") સમસ્થાનિક સ્વરૂપોમાં હાજર હોય છે. નાના સમસ્થાનિક સ્વરૂપમાં સમૃદ્ધ પ્રમાણભૂત પછી અજ્ઞાતમાં ઉમેરી શકાય છે, જેનું પછીથી વિશ્લેષણ કરી શકાય છે. માછલીની સામ્યતાને ધ્યાનમાં રાખીને, નીચેની અભિવ્યક્તિનો ઉપયોગ કરી શકાય છેઃ જ્યાં, ઉપર સૂચવ્યા મુજબ, એન. એ. અને એન. બી. અનુક્રમે તળાવમાં માછલીઓની સંખ્યા અને તળાવમાં ઉમેરવામાં આવેલી માછલીઓની સંખ્યાને રજૂ કરે છે; આર. એ. એ ચિહ્નિત માછલીનો ઉમેરો કરતા પહેલા તળાવમાં મૂળ-ચિહ્નિત માછલીનો ગુણોત્તર છે; આર. બી. એ તળાવમાં ઉમેરવામાં આવેલી ચિહ્નિત માછલીની માત્રામાં મૂળ-ચિહ્નિત માછલીનો ગુણોત્તર છે; છેવટે, આર. એ. બી. એ બીજી મુલાકાત દરમિયાન પકડવામાં આવેલી મૂળ-ચિહ્નિત માછલીનો ગુણોત્તર છે. જ્યાં ઉચ્ચ-ચોકસાઈની માંગ કરવામાં આવે છે તેવી એપ્લિકેશનોમાં માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી સાથે આઇસોટોપ ડાયલ્યુશનનો લગભગ સંપૂર્ણપણે ઉપયોગ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, તમામ રાષ્ટ્રીય મેટ્રોલોજી સંસ્થાઓ પ્રમાણિત સંદર્ભ સામગ્રીનું ઉત્પાદન કરતી વખતે આઇસોટોપ મંદન પર નોંધપાત્ર રીતે આધાર રાખે છે. ઉચ્ચ-ચોકસાઇ વિશ્લેષણ ઉપરાંત, જ્યારે એનાલાઇટની ઓછી પુનઃપ્રાપ્તિ થાય છે ત્યારે આઇસોટોપ મંદન લાગુ કરવામાં આવે છે. સ્થિર આઇસોટોપ્સના ઉપયોગ ઉપરાંત, કિરણોત્સર્ગી આઇસોટોપોનો ઉપયોગ આઇસોટોપ મંદનમાં થઈ શકે છે, જે ઘણીવાર બાયોમેડિકલ કાર્યક્રમોમાં જોવા મળે છે, ઉદાહરણ તરીકે, લોહીના જથ્થાના અંદાજમાં. એકલ મંદન પદ્ધતિ આઇસોટોપ આઇએ (એ તરીકે સૂચવવામાં આવે છે) થી સમૃદ્ધ કુદરતી એનાલાઇટ અને આઇસોટોપ જેએ (બી તરીકે સૂચવવામાં આવે છે) થી સમૃદ્ધ સમાન એનાલાઇટનો વિચાર કરો. પછી, મેળવેલા મિશ્રણનું વિશ્લેષણ વિશ્લેષણની સમસ્થાનિક રચના માટે કરવામાં આવે છે, આરએબી = એન (આઇએ) એબી/એન (જેએ) એબી. જો સમસ્થાનિક રીતે સમૃદ્ધ પદાર્થ (એન. બી.) ની માત્રા જાણીતી હોય, તો નમૂના (એન. એ.) માં પદાર્થની માત્રા મેળવી શકાય છેઃ અહીં, આર. એ. એ. એ. એ. એ. = એન. (આઈ. એ.) એ./એન. (જે. એ.) એ. નો સમસ્થાનિક જથ્થો ગુણોત્તર છે, આરબી. એ સમસ્થાનિક રીતે સમૃદ્ધ વિશ્લેષણનો સમસ્થાનિક જથ્થો ગુણોત્તર છે, આરબી. = એન. (આઈ. એ.) બી./એન. (જે. એ.) બી., આર. એ. બી. એ પરિણામી મિશ્રણનો સમસ્થાનિક જથ્થો ગુણોત્તર છે, એક્સ. (જે. એ.) એ. એ. એ. એ. એ કુદરતી વિશ્લેષણમાં નાના સમસ્થાનિકની સમસ્થાનિક વિપુલતા છે, અને એક્સ. (જે. એ.) બી. એ મુખ્યની સમસ્થાનિક વિપુલતા છે. બોરોન, ક્લોરિન અથવા સિલ્વર જેવા માત્ર બે સ્થિર આઇસોટોપ ધરાવતા તત્વો માટે, ઉપરોક્ત એકલ મંદન સમીકરણ નીચે મુજબ સરળ બનાવે છેઃ લાક્ષણિક ગેસ ક્રોમેટોગ્રાફી વિશ્લેષણમાં, આઇસોટોપિક મંદન માપન પરિણામોની અનિશ્ચિતતાને 5 ટકાથી ઘટાડીને 1 ટકા કરી શકે છે. તેનો ઉપયોગ માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રીમાં પણ થઈ શકે છે (જેને સામાન્ય રીતે આઇસોટોપિક ડાયલ્યુશન માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી અથવા IDMS તરીકે ઓળખવામાં આવે છે), જેમાં આઇસોટોપિક ગુણોત્તરને ચોકસાઇ સાથે નક્કી કરી શકાય છે જે સામાન્ય રીતે 0.25% કરતા વધુ સારી હોય છે. મિશ્રણની મહત્તમ રચના સરળ રીતે, માપન પરિણામોની અનિશ્ચિતતા મોટે ભાગે આર. એ. બી. ના માપન પરથી નક્કી થાય છેઃ અહીંથી, આપણે એન. એ., યુ. આર. (એન. એ.) = યુ. (એન. એ.)/એન. એ. ની સાપેક્ષ અનિશ્ચિતતા મેળવીએ છીએઃ એન. એ. ની સૌથી ઓછી સાપેક્ષ અનિશ્ચિતતા એ સ્થિતિને અનુરૂપ હોય છે જ્યારે આર. એ. બી. ના સંદર્ભમાં પ્રથમ વ્યુત્પન્ન શૂન્ય બરાબર હોય. વધુમાં, માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રીમાં તે સામાન્ય છે કે યુ (આરએબી)/આરએબી અચળ છે અને તેથી આપણે યુ (આરએબી) ને આરએબી સાથે બદલી શકીએ છીએ. આ સમીકરણને ઉકેલવાથી મિશ્રણ એબીની મહત્તમ રચના તરફ દોરી જાય છે, એટલે કે, પ્રમાણભૂત (એ) અને સ્પાઇક (બી) ની સમસ્થાનિક રચનાઓ વચ્ચેનો ભૌમિતિક સરેરાશઃ આ સરળીકૃત સમીકરણ સૌપ્રથમ ડી બીવરે અને ડેબસ દ્વારા આંકડાકીય રીતે અને પછી કોમોરી એટ અલ દ્વારા પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું હતું. અને રીપ અને કૈસર દ્વારા વિશ્લેષણાત્મક રીતે. એવું નોંધવામાં આવ્યું છે કે આ સરળ અભિવ્યક્તિ માત્ર એક સામાન્ય અંદાજ છે અને તે ઉદાહરણ તરીકે, પોઈસન આંકડાશાસ્ત્રની હાજરીમાં અથવા મજબૂત આઇસોટોપ સંકેત ગુણોત્તર સહસંબંધની હાજરીમાં નથી. ડબલ ડાયલ્યુશન પદ્ધતિ સિંગલ ડાયલ્યુશન પદ્ધતિ માટે આઇસોટોપિકલી એનરિચ્ડ એનાલાઈટ (આરબી) ની આઇસોટોપિક રચના અને ઉમેરાયેલા એનરિચ્ડ એનાલાઈટ (એનબી) ની માત્રાનું જ્ઞાન જરૂરી છે. આ બંને ચલ સ્થાપિત કરવા મુશ્કેલ છે કારણ કે સમસ્થાનિક રીતે સમૃદ્ધ પદાર્થો સામાન્ય રીતે ઓછી માત્રામાં શંકાસ્પદ શુદ્ધતામાં ઉપલબ્ધ હોય છે. પરિણામે, નમૂના પર આઇસોટોપ મંદન કરવામાં આવે તે પહેલાં, આઇસોટોપ મંદનનો ઉપયોગ કરીને સમૃદ્ધ એનાલાઇટની માત્રા અગાઉથી નક્કી કરવામાં આવે છે. આ પ્રારંભિક પગલાને રિવર્સ આઇસોટોપ ડાયલ્યુશન કહેવામાં આવે છે અને તેમાં કુદરતી આઇસોટોપિક-કમ્પોઝિશન એનાલાઇટ (A * તરીકે સૂચવવામાં આવે છે) નું પ્રમાણ સામેલ છે. સૌપ્રથમ 1940 ના દાયકામાં પ્રસ્તાવિત અને 1950 ના દાયકામાં વધુ વિકસિત, રિવર્સ આઇસોટોપ ડાયલ્યુશન લેબલ થયેલ સામગ્રીને લાક્ષણિકતા આપવાનું અસરકારક માધ્યમ છે. સમૃદ્ધ એનાલાઇટનું વિપરીત આઇસોટોપ મંદન વિશ્લેષણઃ એનાલાઇટનું આઇસોટોપ મંદન વિશ્લેષણઃ એ અને એ * ની આઇસોટોપિક રચના સમાન હોવાથી, આ બે અભિવ્યક્તિઓનું સંયોજન ઉમેરાયેલા સમૃદ્ધ ધોરણ (એન. બી.) ની માત્રાને માપવાની જરૂરિયાતને દૂર કરે છેઃ ડબલ મંદન પદ્ધતિની રચના એવી રીતે કરી શકાય છે કે બે મિશ્રણો, એ + બી અને એ * + બીની આઇસોટોપિક રચના સમાન હોય, એટલે કે, આર. એ. બી. = આર. એ. * બી. ચોક્કસ-મેળ ખાતી ડબલ આઇસોટોપ મંદનની આ સ્થિતિ ઉપરોક્ત સમીકરણને નોંધપાત્ર રીતે સરળ બનાવે છેઃ ટ્રિપલ મંદન પદ્ધતિ આઇસોટોપિકલી સમૃદ્ધ સ્પાઇક સાથે માસ સ્પેક્ટ્રોમીટરના દૂષણને ટાળવા માટે, સમૃદ્ધ સ્પાઇક (બી) ને સીધા માપવાને બદલે પ્રાથમિક ધોરણ (એ *) અને સ્પાઇક (બી) નું વધારાનું મિશ્રણ માપી શકાય છે. આ અભિગમ સૌપ્રથમ 1970ના દાયકામાં રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો અને 2002માં વિકસાવવામાં આવ્યો હતો. માપાંકન વળાંકનો ઉપયોગ કરીને ગણતરીઓ ઘણા વિશ્લેષકો સમસ્થાનિક મંદન વિશ્લેષણ માટે વિશ્લેષણાત્મક સમીકરણોનો ઉપયોગ કરતા નથી. તેના બદલે, તેઓ કુદરતી પ્રાથમિક ધોરણ (એ *) અને સમસ્થાનિક રીતે સમૃદ્ધ ધોરણ (સ્પાઇક, બી) ના મિશ્રણમાંથી માપાંકન વળાંક બનાવવા પર આધાર રાખે છે. દરેક મિશ્રણમાં નમૂનાના દળ અને સ્પાઇક દ્રાવણના દળના જાણીતા ગુણોત્તરની સામે તૈયાર મિશ્રણોમાં માપેલા આઇસોટોપ ગુણોત્તરને ગોઠવીને માપાંકન વળાંક મેળવવામાં આવે છે. આઇસોટોપ મંદન કેલિબ્રેશન પ્લોટ્સ કેટલીકવાર બિનરેખીય સંબંધો દર્શાવે છે અને વ્યવહારમાં બહુપદી ફિટિંગ ઘણીવાર આવા વળાંકને પ્રયોગમૂલક રીતે વર્ણવવા માટે કરવામાં આવે છે. જ્યારે કેલિબ્રેશન પ્લોટ્સ સ્પષ્ટ રીતે બિનરેખીય હોય છે, ત્યારે કોઈ પ્રયોગમૂલક બહુપદી ફિટિંગને બાયપાસ કરી શકે છે અને બે રેખીય વિધેયો (પેડે અંદાજ તરીકે ઓળખાય છે) ના ગુણોત્તરનો ઉપયોગ કરી શકે છે જે આઇસોટોપ મંદન વળાંકની વળાંકને બરાબર વર્ણવે છે. આ પણ જુઓ પ્રમાણભૂત ઉમેરો આંતરિક પ્રમાણભૂત માસ સ્પેક્ટ્રોમેટ્રી માર્ક અને પુનઃપ્રાપ્ત લિંકન અનુક્રમણિકા સંદર્ભો વધુ વાંચન વૈજ્ઞાનિક પદ્ધતિ વૈજ્ઞાનિક તકનીકો પ્રયોગશાળા તકનીકો