İzotoplar, periyodik tabloda aynı atom numarasına ve konuma sahip olan ve farklı nötron sayıları nedeniyle nükleon sayıları bakımından farklılık gösteren iki veya daha fazla atom türüdür. Belirli bir elementin tüm izotopları neredeyse aynı kimyasal özelliklere sahipken, farklı atomik kütlelere ve fiziksel özelliklere sahiptirler. İzotop terimi, "aynı yer" anlamına gelen Yunan kökenli isos ve topos 'den oluşur; isimin anlamı ise, tek bir elementin farklı izotoplarının periyodik tabloda aynı pozisyonda yer alması anlamına gelir. Margaret Todd tarafından 1913 yılında Frederick Soddy'ye öneri olarak sunulmuştur.
Penning kapanı, homojen bir statik manyetik alan ve mekansal olarak homojen olmayan statik elektrik alanını kullanarak yüklü parçacıkları depolayan cihazlardır. Özellikle atomaltı parçacıkların özelliklerinin hassas ölçümleri için uygundurlar. Elektrik yüklü parçacıklar, sabit bir manyetik alan ve bir elektrostatik kuadrupol alanı kullanılarak bir Penning kapanında hapsedilebilir ve depolanabilir. Yüklü parçacıkları depolayarak, fiziksel özelliklerini yüksek hassasiyetle analiz etmek mümkündür. 1987 yılında Hans Georg Dehmelt, Penning tuzağında elektron ve pozitronun Landé faktörünü çok hassas bir şekilde belirlemeyi başardı. Penning kapanı konusundaki katkıları nedeniyle 1989 yılında Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.
Kararlı izotop oranı kavramı durağan nükloid kavramına yakın bir anlama sahiptir. Durağan izotoplar; buharlaşma ve yoğunlaşma gibi fiziko-kimyasal proseslerle konsantrasyonları değişmesine rağmen zaman içinde değişmeyen izotoplardır. Yani duraylı (kararlı) izotoplar, radyoaktif bozulma göstermeyen izotoplardır. Fakat çoğul durağan izotop kavramı, genellikle belirli bir element üzerindeki nükleoidler üzerinde konuşulurken kullanılır. Bundan dolayı durağan izotoplar dediğimiz zaman üzerinde konuştuğumuz belirli elementin izotoplarından bahsediyor oluruz. Kısacası aynı elementin izotopları kastedilir. Birbiri ile bağıntılı bollukta olan buna benzer durağan izotoplar deneysel olarak “izotop analizi” yönetmi ile bulunabilmektedir. Bulunan bir izotop oranının bir deney aracı olarak kullanılması mümkündür. Teorik olarak, bu tarz durağan izotoplar “radyometrik tarihleme yöntemi” denilen yöntemde kullanılan ve bir radyoaktif bozulmanın ürünleri olan radyojenezik durumları içerebilirler. Ancak, kullanım olarak “durağan izotop oranı” dediğimizde genellikle kastedilen doğada kimin izotop fraksiyonlanmasının bolluğundan birbirine bağıl olarak etkilenip etkilenmediğini söylemektir.
Kütle spektrometrisi, İngilizce: Mass spectrometry (MS), kimyasal türleri iyonize edip oluşan iyonları Kütle-yük oranını esas alarak sıralayan bir analitik teknik. Daha basit terimler ile, bir kütle spektrumu bir numunen içindeki kütleleri ölçer. Kütle spektrometrisi birçok farklı alanda kullanılır ve kompleks karışımlara uygulandığı kadar saf numunelere de uygulanır.
İzotopik imza, araştırılan bir materyaldeki belirli elementlerin radyojenik olmayan 'kararlı izotoplarının', kararlı radyojenik izotoplarının veya kararsız radyoaktif izotoplarının bir oranıdır. Bir numune malzemesindeki izotop oranları, izotopik bir referans malzemeye karşı izotop oranı kütle spektrometresi ile ölçülür. Bu işleme izotop analizi denir.
Kütle spektrometrisinde, matris destekli lazer desorpsiyon/iyonizasyonu (MALDI), minimum parçalanma ile büyük moleküllerden iyonlar oluşturmak için bir lazer enerjisi emici matris kullanan bir iyonizasyon tekniğidir. Daha geleneksel iyonizasyon yöntemleriyle iyonize edildiğinde kırılgan olma ve parçalanma eğiliminde olan biyomoleküllerin ve büyük organik moleküllerin analizinde uygulanmıştır. Gaz fazında büyük moleküllerin iyonlarını elde etmenin nispeten yumuşak bir yolu olması bakımından elektrosprey iyonizasyonuna (ESI) benzer, ancak MALDI tipik olarak çok daha az sayıda çok-yüklü iyon üretir.
Kıvılcım iyonizasyonu katı bir örnekten gaz fazı iyonları üretmek için kullanılan bir yöntemdir. Hazırlanan katı numune buharlaştırılır ve aralıklı bir deşarj veya kıvılcım ile kısmen iyonize edilir. Bu teknik öncelikle kütle spektrometresi alanında kullanılmaktadır. Bir kütle spektrometresi ile birleştirildiğinde, tüm cihaz, kıvılcım iyonizasyon kütle spektrometresi veya kıvılcım kaynağı kütle spektrometresi olarak adlandırılır.
İndüksiyonla birleşmiş plazma kütle spektrometrisi, numuneyi iyonize etmek için indüksiyonla birleşmiş plazma kullanan bir kütle spektrometresi türüdür. Numuneyi atomize eder ve daha sonra tespit edilen atomik ve küçük çok atomlu iyonlar oluşturur. Çok düşük konsantrasyonlarda sıvı numunelerdeki metalleri ve bazı ametalleri tespit etme kabiliyeti ile bilinmekte ve kullanılmaktadır. Aynı elementin farklı izotoplarını algılayabilir, bu da onu İzotopik etiketlemede çok yönlü bir araç haline getirir.
Aerosol kütle spektrometrisi, kütle spektrometrisinin aerosol parçacıklarına uygulanmasıdır. Aerosol parçacıkları, çap aralığı 3 nm ila 100 nm arasında olan bir gaz (hava) içinde asılı katı ve sıvı parçacıklar olarak tanımlanır. Aerosol parçacıkları, çeşitli farklı işlemlerle doğal ve antropojenik kaynaklardan üretilir; örneğin rüzgarla savrulan süspansiyon ve fosil yakıtların ve biyokütlenin yanması. Aerosol parçacıklarının analizi, küresel iklim değişikliği, görünürlük, bölgesel hava kirliliği ve insan sağlığı üzerindeki önemli etkileri nedeniyle önemlidir. Aerosol parçacıkları yapı olarak çok karmaşıktır ve tek bir parçacık içinde binlerce farklı kimyasal bileşik içerebilir. Bu karmaşıklık nedeniyle, bu partikülleri analiz etmek için kullanılan enstrümantasyon, boyuta göre ayırma yeteneğine sahip olmalı ve gerçek zamanlı olarak kimyasal bileşimleri hakkında bilgi sağlamalıdır. Analiz için bu gereksinimleri karşılamak amacı ile kütle spektrometresi enstrümantasyonu kullanılır. Kütle spektrometrisi yüksek hassasiyet ve geniş bir moleküler kütle aralığını algılama yeteneği sağlar. Aerosol kütle spektrometrisi iki kategoriye ayrılabilir; çevrimdışı ve çevrimiçi. Çevrimdışı kütle spektrometresi, toplanan parçacıklar üzerinde gerçekleştirilir. Çevrimiçi kütle spektrometresi, gerçek zamanlı olarak tanıtılan parçacıklar üzerinde gerçekleştirilir.
İkincil iyon kütle spektrometrisi, numunenin yüzeyini odaklanmış bir birincil iyon ışınıyla püskürterek ve ortaya çıkan ikincil iyonları toplayıp analiz ederek katı yüzeylerin ve ince filmlerin bileşimini analiz etmek için kullanılan bir tekniktir. İkincil iyonların kütle/yük oranları bir kütle spektrometresi ile ölçülürek yüzeyin temel, izotopik veya moleküler bileşimini 1 ila 2 nm derinliğe kadar belirlenebilir. SIMS, ppm'den ppb'ye kadar değişen temel algılama sınırlarıyla en hassas yüzey analizi tekniğidir.
Nano ölçekli ikincil iyon kütle spektrometrisi, bir sektör kütle spektrometresi kullanarak bir materyalin temel ve izotopik bileşiminin nano ölçekli çözünürlük ölçümlerini toplamak için kullanılan analitik bir tekniktir. Nano ölçekli ikincil iyon kütle spektrometresi, ikincil iyon kütle spektrometrisine dayanmaktadır.
İzotop seyreltme analizi, kimyasal maddelerin miktarını belirleme yöntemidir. En basit anlayışıyla, izotop seyreltme yöntemi, analiz edilen numuneye izotopik olarak zenginleştirilmiş bilinen madde miktarlarının eklenmesini içerir. İzotopik standardın numune ile karıştırılması, standardın izotopik zenginleşmesini etkin bir şekilde "seyreltir" ve bu, izotop seyreltme yönteminin temelini oluşturur. Standart doğrudan numuneye eklendiğinden, izotop seyreltme bir dahili standardizasyon yöntemi olarak sınıflandırılır. Ek olarak, sinyal yoğunluğuna dayanan geleneksel analitik yöntemlerin aksine, izotop seyreltme sinyal oranlarını kullanır. Bu iki avantajdan dolayı, izotop seyreltme yöntemi, en güçlü metrolojik duruşa sahip kimya ölçüm yöntemleri arasında kabul edilmektedir.
Üst-alt proteomik, kütle ölçümü ve ardışık kütle spektrometresi (MS/MS) analizi için izole edilmiş bir protein iyonunu depolamak üzere bir iyon yakalayıcı kütle spektrometresi veya MS/MS ile birlikte iki boyutlu jel elektroforezi gibi diğer protein saflaştırma yöntemlerini kullanan bir protein tanımlama yöntemidir. Üst-alt proteomik, yekpare haldeki proteinlerin analizi yoluyla benzersiz proteoformları tanımlama ve niceleme yeteneğine sahiptir. Kütle spektrometresi sırasında yekpare haldeki proteinler tipik olarak elektrosprey iyonizasyon ile iyonize edilir ve bir Fourier dönüşümü iyon siklotron rezonansı, kuadrupol iyon tuzağı veya Orbitrap kütle spektrometresinde tutulur. Ardışık kütle spektrometresi için parçalanma, elektron yakalama ayrışması veya elektron transfer ayrışması ile gerçekleştirilir. Etkili bir parçalanma, kütle spektrometresi tabanlı proteomikten önce numunenin işleme safyası için kritiktir. Proteom analizi rutin olarak yekpare haldeki proteinlerin sindirilmesini ve ardından kütle spektrometresi (MS) kullanılarak elde edilen protein tanımlamasını içerir. Üst-alt MS (jelsiz) proteomik, protein yapısını, yekpare haldeki bir kütlenin ölçümü ve ardından gaz fazında doğrudan iyon ayrışması yoluyla sorgular.
Akıcı görüntü tutulması kütle spektrometrisi, iz gazların hassas tespiti için kullanılan bir analitik kimya tekniğidir. İz gaz molekülleri, nemli bir hava örneğinin sokulmasının ardından bir akış tüpü boyunca -bir helyum veya argon taşıyıcı gazının plazma görüntü tutulmasında- termalleştirilmiş hidratlanmış hidronyum küme iyonlarının üretimi ve akışı ile iyonize edilir. Bu iyonlar, su molekülleri ile çoklu çarpışmalarda reaksiyona girer, izotopik bileşimleri dengeye ulaşır ve izotopomerlerinin göreli büyüklükleri kütle spektrometresi ile ölçülür.
Proton transfer tepkimesi kütle spektrometrisi, bir iyon kaynağında üretilen gaz fazı hidronyum reaktif iyonlarını kullanan bir analitik kimya tekniğidir. PTR-MS, ortam havasındaki uçucu organik bileşiklerin (VOC'lar) çevrimiçi olarak izlenmesi için kullanılır. Avusturya, Innsbruck'taki Leopold-Franzens Üniversitesi, Institut für Ionenphysik'teki bilim adamları tarafından 1995 yılında geliştirilmiştir. Bir PTR-MS cihazı, bir sürüklenme tüpüne doğrudan bağlanan bir iyon kaynağı ve bir analiz sisteminden oluşur. Ticari olarak temin edilebilen PTR-MS cihazlarının yanıt süresi yaklaşık 100 ms'dir ve tek haneli pptv veya hatta ppqv bölgesinde bir algılama sınırına ulaşırlar. Kullanılmakta olduğu uygulama alanları çevre araştırmaları, gıda ve lezzet bilimi, biyolojik araştırma, tıbbı ve diğerlerini içerir.
Seçilmiş iyon akış tüpü kütle spektrometrisi, iz gaz analizi için bir kantitatif kütle spektrometresi tekniğidir ve bir akış tüpü boyunca iyi tanımlanmış bir süre boyunca seçilen pozitif öncü iyonlarla iz uçucu bileşiklerin kimyasal iyonizasyonunu içerir. Havada, solukta veya şişelenmiş sıvı numunelerin baş boşluğunda bulunan eser bileşiklerin mutlak konsantrasyonları, numune hazırlamaya veya standart karışımlarla kalibrasyona gerek kalmadan prekürsör ve ürün iyon sinyal oranlarının oranından gerçek zamanlı olarak hesaplanabilir. Ticari olarak temin edilebilen SIFT-MS cihazlarının algılama sınırı, tek haneli pptv aralığına kadar uzanır.
Bir kütle spektrometresi tarafından kaydedilen kütle, aletin özelliklerine ve kütle spektrumunun görüntülenme şekline bağlı olarak farklı fiziksel büyüklükleri ifade edebilir.
Bir kütle kromatogramı, kütle spektrometresi verilerinin bir kromatogram olarak temsilidir; x ekseni zamanı ve y ekseni sinyal yoğunluğunu temsil eder. Kaynak veriler toplu bilgi içerir; ancak, zamana karşı sinyal yoğunluğunu görselleştirme lehine bir kütle kromatogramında grafiksel olarak temsil edilmez. Bu veri sunumunun en yaygın kullanımı, kütle spektrometrisinin sıvı kromatografi - kütle spektrometrisi veya gaz kromatografisi - kütle spektrometrisi gibi bazı kromatografi formları ile birlikte kullanıldığı zamandır. Bu durumda, x ekseni, diğer herhangi bir kromatograma benzer şekilde tutma süresini temsil eder. Y ekseni, sinyal yoğunluğunu veya göreceli sinyal yoğunluğunu temsil eder. Her bir kütle spektrumundan hangi bilgilerin çıkarıldığına bağlı olarak, bu yoğunluğun temsil edebileceği birçok farklı ölçüm türü vardır.
İyon hareketlilik spektrometresi-kütle spektrometrisi (IMS-MS), aynı zamanda iyon hareketlilik ayırma kütle spektrometrisi olarak da bilinir, gaz fazı iyonlarını çarpışma gazı ve kütleleri ile etkileşimlerine göre ayıran bir analitik kimya yöntemidir. İlk aşamada iyonlar, bir iyon hareketlilik spektrometresi kullanılarak bir milisaniye zaman ölçeğinde bir tampon gaz aracılığıyla hareketliliğine göre ayrılır. Ayrılan iyonlar daha sonra ikinci bir adımda bir kütle analizörüne verilir ve burada kütle/yük oranları mikrosaniye zaman ölçeğinde belirlenebilir. Bu yöntemle elde edilen analitlerin etkili bir şekilde ayrılması, proteomik ve metabolomik örnekleri gibi karmaşık örneklerin analizinde bu yöntemi geniş ölçüde uygulanabilir hale getirir.
Hızlandırıcı kütle spektrometrisi, kütle analizinden önce iyonları olağanüstü yüksek kinetik enerjilere hızlandıran bir kütle spektrometresi biçimidir. AMS'nin kütle spektrometrik yöntemler arasındaki özel gücü, nadir bir izotopu komşu bir kütleden ayırma gücüdür. Yöntem moleküler izobarları tamamen bastırır ve birçok durumda atomik izobarları da ayırabilir. Bu, 10Be, 36Cl, 26Al ve 14C gibi doğal olarak oluşan, uzun ömürlü radyo izotoplarının tespitini mümkün kılar. AMS, yarılanma ömrü yeterince uzun olan tüm izotoplar için bozunma sayma tekniğinden daha iyi performans gösterebilir.
