加速器質譜法

加速器質譜法（Accelerator Mass Spectrometry, 簡稱AMS），是一種質譜分析方法，與其他的質譜分析方法不同，加速器質譜法將離子加速到非常高的速度，再進入質譜分析單元從而提高了質譜的靈敏度和辨別度。加速器質譜法在分離放射性同位素和其豐度高的其它同位素上很有意義，如從¹²C中分離¹⁴C^[1]。這一方法可以通過剝離來完全排除分子的同質素和大部分原子同質素，比如排除¹⁴N對¹⁴C的影響。這一方法可以用於檢測自然界存在的半衰期較長的同位素比如¹⁰Be、³⁶Cl、²⁶Al和¹⁴C（豐度在10⁻¹²到10⁻¹⁸之間）^[2]。

方法

通常，加速器質譜法使用銫濺射負離子源，在這一過程中，穩定的同位素被轉變為負離子，而某些不易轉變成負離子的同質素就直接被排除，比如¹⁴N在這一步中就大部分被排除了。被預加速的離子通過第一個串聯質譜儀，然後裝有電子剝離器的陣列加速器，這是根據范德格拉夫起電機的原理設計的。在這兩個階段的連接點，被預加速的離子會通過一個氣體或碳膜形成的薄層，失去電子從陰離子變為陽離子，這一過程稱作「剝離」^[3]^[4]

當需探測的離子離開電磁加速器之後，已經達到了光速的百分之幾。離子會進入第二階段的高能質譜分析系統，第二階段的質譜分析會加入電磁透鏡，所以分子的碎片會和離子分離開。此時只剩下某些同質素的正離子，但其能量狀態比要檢測的離子能量要高，可以藉助新型的同量異位素分離技術和重離子探測器分離開^[5]。

歷史

首先使用加速器質譜法的理查德·A·穆勒

1939年美國物理學家路易斯·阿爾瓦雷茨和羅伯特·考恩奧格首先在質譜分析中使用加速器，當時他們正用回旋加速器證明³He是穩定的原子，從觀察中他們立刻發現其它質量數為3的同質素是放射性的。1977，受到之前工作的啟發，勞倫斯伯克利國家實驗室的理查德·A·穆勒認識到現代加速器可以把放射性元素的同位素原子加速到可以用粒子識別技術消除其背景影響的程度，他在《科學》上發表了自己的工作^[6]，文章說明迴旋或線性加速器可以用於探測氚，放射性碳同位素

應用

加速器質譜法的應用有很多，一般用於檢測¹⁴C的含量，以確定化石或文物的年代。它也被廣泛用於生物醫學研究領域^[7]^[8]

參考資料

^ McNaught, A. D.; Wilkinson, A. (編). Abundance sensitivity (in mass spectrometry) (PDF). Compendium of Chemical Terminology 2nd. IUPAC. 1997 [2014-01-18]. ISBN 0-86542-684-8. （原始內容存檔 (PDF)於2018-10-04）.
^ Budzikiewicz, H.; Grigsby, R. D. Mass spectrometry and isotopes: A century of research and discussion. Mass Spectrometry Reviews. 2006, 25 (1): 146–157. PMID 16134128. doi:10.1002/mas.20061.
^ Litherland, A. E. Ultrasensitive mass spectrometry with accelerator. Annual Review of Nuclear and Particle Science. 1980, 30: 437–473. Bibcode:1980ARNPS..30..437L. doi:10.1146/annurev.ns.30.120180.002253.
^ de Laeter, J. R. Mass spectrometry and geochronology. Mass Spectrometry Reviews. 1998, 17 (2): 97–125. doi:10.1002/(SICI)1098-2787(1998)17:2<97::AID-MAS2>3.0.CO;2-J.
^ 王海芳、劉元方. 加速器质谱法在生物医学中的应用. 大學化學. 1996年, 11: 6–8,25.
^ Muller, R. A. Radioisotope Dating with a Cyclotron. Science. 1977, 196 (4289): 489–494. Bibcode:1977Sci...196..489M. doi:10.1126/science.196.4289.489.
^ Brown, K.; Dingley, K. H.; Turteltaub, K. W. Accelerator mass spectrometry for biomedical research. Methods in Enzymology. Methods in Enzymology. 2005, 402: 423–443. ISBN 9780121828073. PMID 16401518. doi:10.1016/S0076-6879(05)02014-8.
^ Vogel, J. S. Accelerator mass spectrometry for quantitative in vivo tracing. BioTechniques. 2005, 38 (S6): S25–S29. PMID 16528913. doi:10.2144/05386SU04.

外部連結

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[1] IUPAC list of related terms
Biomedical Research Benefits from Counting Small

[1] McNaught, A. D.; Wilkinson, A. (編). Abundance sensitivity (in mass spectrometry) (PDF). Compendium of Chemical Terminology 2nd. IUPAC. 1997 [2014-01-18]. ISBN 0-86542-684-8. （原始內容存檔 (PDF)於2018-10-04）.

[pmid16134128-2] Budzikiewicz, H.; Grigsby, R. D. Mass spectrometry and isotopes: A century of research and discussion. Mass Spectrometry Reviews. 2006, 25 (1): 146–157. PMID 16134128. doi:10.1002/mas.20061.

[3] Litherland, A. E. Ultrasensitive mass spectrometry with accelerator. Annual Review of Nuclear and Particle Science. 1980, 30: 437–473. Bibcode:1980ARNPS..30..437L. doi:10.1146/annurev.ns.30.120180.002253.

[4] Laeter, J. R. Mass spectrometry and geochronology. Mass Spectrometry Reviews. 1998, 17 (2): 97–125. doi:10.1002/(SICI)1098-2787(1998)17:2<97::AID-MAS2>3.0.CO;2-J.

[5] 王海芳、劉元方. 加速器质谱法在生物医学中的应用. 大學化學. 1996年, 11: 6–8,25.

[6] Muller, R. A. Radioisotope Dating with a Cyclotron. Science. 1977, 196 (4289): 489–494. Bibcode:1977Sci...196..489M. doi:10.1126/science.196.4289.489.

[pmid16401518-7] Brown, K.; Dingley, K. H.; Turteltaub, K. W. Accelerator mass spectrometry for biomedical research. Methods in Enzymology. Methods in Enzymology. 2005, 402: 423–443. ISBN 9780121828073. PMID 16401518. doi:10.1016/S0076-6879(05)02014-8.

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