IRMS
Isotopen Ratio Massa Spectrometrie (IRMS)
Stabiele isotopen kunnen gemeten worden met een koppeling van de CN elemental analyzer ( EA NA1500 - EA 1110 apparaat, Carlo Erba en Thermo Fisher Scientific ) via een interface (de Conflo III) aan een massaspectrometer (MS; een Finnigan DeltaPlus). Een nieuw IRMS instrument van Thermo Fisher Scientific, de Delta V Advantage IRMS, is eind november 2014 aan die ruimte toegevoegd.
Vrijmaken van N2 en CO2 in de CN elemental analyzer
In de eerste stap worden monsters bestaande uit vaste stoffen (plantenweefsel, dierlijk materiaal, bodem, sediment enz.) zeer snel en kwantitatief omgezet tot verbrandingsgassen van de elementen waaruit ze zijn samengesteld. De producten van deze scheiding zijn met name zuiver N2 en CO2 . Deze omzet gebeurt in de CN element analyzer (zie pagina met algemene uitleg over deze techniek). De monster-voorbereiding voor radioisotopen lijkt op die voor C en N analyse, maar er zijn toch specifieke eisen. Overleg met Paul van der Ven.
Scheiding van isotopen in de IRMS
In tweede instantie worden de δ N en δ C bepaald. Dit gebeurt in de IRMS. Producten van de CN elemental analyser worden in de MS geleid, waar ze worden geïoniseerd, versneld en gescheiden. Aan het einde van de scheidingsweg worden deze ionen opgevangen door speciale detectoren (Faraday cups), waarvan er drie zodanig zijn geplaatst dat drie massa's tegelijk gedetecteerd kunnen worden: voor stikstof (N2) zijn dat massa 28, 29 en 30 en voor koolstof (CO2) massa 44, 45 en 46.
Dual isotope analyse
Bij deze analyse moet de ratio C:N zodanig zijn, dat zowel de stikstof als de koolstof optimaal gemeten kunnen worden, maar veelal is het koolstof gehalte te hoog. Wanneer nodig kan dan in de Conflo het CO2-signaal verdund worden met een extra helium flow, opdat ook het aandeel CO2 in het juiste meetbereik valt. Bij hoge C:N ratio moet men erop bedacht zijn dat het signaal van massa 28 en 29 van stikstof niet te laag wordt.
CNS – OH IRMS
Een nieuw IRMS instrument van Thermo Fisher Scientific, de DELTA V Advantage Isotope Ratio Mass Spectrometer is eind november 2014 in gebruik genomen.
Dit apparaat is via de interface Thermo Conflo IV gekoppeld met een Flash HT 2000 elemental analyser van Thermo. De elemental analyser bevat twee ovens: één voor isotopen ratio analyse van CNS middels de “Dynamic flash combustion” methode (zie de pagina van de elemental analyser met algemene uitleg over deze techniek) en één oven voor isotopen ratio analyse van H en O middels “High Temperature Conversion”, ook wel pyrolyse genoemd. De ‘HTC’ methode berust op het bij hoge temperatuur (1450 °C) omzetten (ontleden, “kraken”) van de monsters in koolmonoxide en waterstof in een speciaal hiervoor ontwikkelde reactiebuis (pyrolyse reactor) dmv interacties van quartz met zuurstof en waterstof. De gassen die hierbij ontstaan worden gescheiden op de gaschromatograaf van de analyser en vervolgens in de IRMS geleid. De IRMS is uitgerust met een triple collector (Faraday cups) voor N2, CO, NO, O2, CO2 , N2O en SO2, en daarnaast een H2 collector; twee extra Faraday cups voor m/z 2 en 3.
De DELTA V Advantage is momenteel operationeel voor isotopen analyses δ N δ C en δ S. Medio 2016 zal het apparaat ook operationeel zijn voor δ O en δ H.
Monstervoorbereiding (in overleg met Paul)
Om contaminatie te voorkomen is het bij de analyse van isotopen ratio van koolstof en stikstof van groot belang dat verrijkte monsters (C13 of N15) gescheiden worden gehouden van niet verrijkte (natuurlijk abundantie) monsters. Drie belangrijke stappen (drogen, malen en wegen) worden onderscheiden:
- Drogen. Monsters moeten niet alleen voor het malen gedroogd worden, maar ook voor het inwegen nog een keer een uurtje.
- Malen. Een representatieve en uniforme samenstelling van de monsters is natuurlijk essentieel. Om een homogene samenstelling en structuur van de sample-matrix te verkrijgen moet erop gelet worden dat de deeltjesgrootte, de chemische samenstelling en de zuiverheid over het hele monster gelijk is. Praktisch betekent dat dat het monster zo fijn moet zijn als talkpoeder. Voor het malen kan gebruik worden gemaakt van de kogelmaler die bij het GI staat.
- Wegen. De monsters worden mbv pincetten in tinnen cupjes van 8x5mm afgewogen op een microbalans (reserveer balans via Bookings). Voor koolstof bepalingen op de IRMS moeten de cupjes voorgegloeid zijn ivm koolstofcontaminatie. Vraag aan Paul welke cupjes je moet gebruiken (deze cupjes zien er bruin-paars achtig uit). De tin is nodig voor een goede verbranding in de elemental analyser. De cupjes met afgewogen monster moeten mbv pincetten of met de vingers (draag dan handschoenen!) gevormd worden tot een klein rond balletje. Die bolvorm is van belang voor een goede ‘Flash Combustion’ en om te voorkomen dat monsters bekneld raken in de autosampler! Gebruik schone spullen, weeg stofvrij en voorkom contaminatie van het ene naar het andere monster.
Bij een IRMS analyse van onbekend materiaal worden er eerst een aantal testmonsters ingewogen en gemeten om beter te kunnen bepalen welke hoeveelheid gewenst is. Richtlijnen voor de hoeveelheid materiaal die per monster gewogen dient te worden:
- 1 mg voor dierlijke monsters
- 3 mg voor bovengrondse plantendelen
- 10 mg voor wortelmateriaal
- 5-40 mg voor bodem- en sediment materiaal (afhankelijk of het van minerale of organische oorsprong is; sommige bodems bestaan voor 90% uit plantenmateriaal).
Monsteraanlevering voor de DELTA V Advantage IRMS, met name de δ S bepaling, vergt extra aandacht; het gehalte S in het monster dient voldoende hoog te zijn, daar anders de inweeg te groot wordt en S niet goed meer bepaald kan worden. In overleg kan er eventueel Vanadiumpentoxide aan de inweeg van de monsters toegevoegd worden om een betere “combustion” te bewerkstelligen.
Een goede manier om afgewogen monsters te bewaren en aan te leveren, is om gebruik te maken van een 96-wells titerplaat. - Inschrijven monsters in Bookings. Vul gewichten van monsters en eigen gegevens in het hier rechts te downloaden excel formulier. Er dient duidelijk vermeld te worden dat het om IRMS bepalingen gaat en om welke bepaling het gaat: C13, N15 en/of verrijkte monsters !!! Dien het formulier tijdig digitaal in via IRMS in Bookings.
Locatie apparatuur
Kamer HG 01.210 en HG01.241
Assistentie
Paul van der Ven
Tel. 024-3652012
p.vanderVen@science.ru.nl
Kamer HG 01.212
Interne gebruikers
- Weegformulier (xls, 57 kB) IRMS monsters
- Reserveer microbalans onder Bookings
- Inschrijven monsters en uploaden ingevuld weegformulier in IRMS > Sample submission onder Bookings
Externe gebruikers
Links
- Stabiele isotopen laboratoria
- RFF Exploitatie van shared facilities