Isotopenuntersuchung
Die meisten chemischen Elemente bestehen aus mehreren verschieden schweren Isotopen. Mit einem modernen Massenspektrometer kann man diese isotopische Zusammensetzung (die Isotopie) sehr genau bestimmen (bis Nanogramm Probenmenge und ?% Genauigkeit (nachschauen)). In diesem Artikel soll (in ferner Zukunft) ein Überblick über verschiedene moderne und historische Isotopenuntersuchungen gegeben werden.Isotopenuntersuchungen werden zu sehr unterschiedlichen Zwecken durchgeführt. Man kann zum Beispiel durch die Messung radiogener Isotope das Alter eines Minerals bestimmen. Isotope leichterer, so genannter stabiler Elemente (vor allem Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel, Wasserstoff), dienen als Anzeiger für regionale und klimatische Herkunft von Lebensmitteln, etwa von Obstsäften.
Die Maschinen mit denen man Isotopenuntersuchungen durchführt nennt man Massenspektrometer. Die Atome der Probe werden in der Probenkammer ionisiert und durch eine angelegte Hochspannung in das gebogene Rohr eines Massenspektrometers geschossen. Ein Magnetfeld um das Rohr lenkt die Atome dann proportional (wie stark proportional?) zu ihrer Masse auf kreifförmigen Flugbahnen ab. Der nach Massen aufgeteilte Ionenstrahl trifft schließlich auf entfernt voneinander aufgestellte Detektoren auf.
Um aus dem Stromfluss an den Detektoren die tatsächliche Konzentration des betreffenden Isotops zu ermitteln muss entweder ein so genannter Spike zur Probe gegeben werden (ein Spike ist eine Substanz mit sehr genau bekannter (isotopischer) Zusammensetzung) oder die Messung muss mit einer Standardprobe verglichen werden.
Bei der Th-U-Pb Methode bestimmt man die Konzentrationen und die Isotopenverhältnisse der Elemente Thorium, Uran und Blei. Jedes der drei Isotope 238U, 235U und 237Th zerfällt radioaktiv über komplizierte Zerfallsreihen in genau ein Bleiisotop:
Da man die Isotopie von drei unabhängigen Zerfallsreihen bestimmt, ist theoretisch eine dreidimensionale Darstellung der Ergebnisse möglich. Meist weicht man jedoch auf eine zweidimensionale Darstellung aus und benutzt das 207Pb/237Th-System zur Fraktionierungskorrektur.
Historisches
Wasserstoff System
Sauerstoff System
Kohlenstoff System
Stickstoff System
Schwefel System
K-Ar System
Ar-Ar System
Rb-Sr System
Sm-Nd System
U-Pb System
U-He Methode (historisch)
Pb Methode (historisch)
Pb-Pb Methode
U-Pb Methode
Th-U-Pb Methode
Anwendungen