เครื่องวัดอัตราส่วนไอโซโทปเสถียร (Isotope Ratio Mass Spectrometer: IRMS)

          เป็นเครื่องมือที่ใช้ในการวัดไอโซโทปเสถียรของธาตุเบา เช่น คาร์บอน ออกซิเจน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน เป็นต้น สำหรับการวัดไอโซโทปเสถียรนั้นมักจะรายงานในรูปของอัตราส่วนระหว่างไอโซโทปเสถียรที่มีอยู่น้อยเทียบกับไอโซโทปเสถียรที่มีอยู่มาก เช่น ¹⁸O/¹⁶O, ²H/¹H, ¹³C/¹²C, ¹⁵N/¹⁴N เป็นต้น สำหรับในการรายงานจะไม่นิยมรายงานในรูปอัตราส่วน เนื่องจากในแต่ละเครื่องมือ และห้องปฏิบัติการที่แตกต่างกัน มักจะให้ค่าที่แตกต่างกัน ดังนั้นมักจะรายงานในรูปของความแตกต่างระหว่างอัตราส่วนไอโซโทปเสถียรของตัวอย่างเทียบกับอัตราส่วนไอโซโทปเสถียรของสารอ้างอิงมาตรฐาน โดยแสดงในสัญลักษณ์ d (‰) อ่านว่า permil ต่อ 1000 ดังแสดงในสมการ

โดยที่    R_s คือ อัตราส่วนของไอโซโทปเสถียรของตัวอย่าง

R_std คือ อัตราส่วนไอโซโทปเสถียรของสารอ้างอิงมาตรฐาน

         สำหรับหลักการทำงานของเครื่อง EA IRMS ตัวอย่างนั้นจะต้องอยู่ในรูปของของแข็ง หรือ ของเหลว โดยตัวอย่างจะต้องถูกบดให้ละเอียด และนำไปชั่งพร้อมบรรจุในTin Capsuleแล้วก็ม้วนให้เป็นก้อนกลมๆ เล็กๆ ในการวิเคราะห์แต่ละครั้งจะต้องชั่งสารอ้างอิงมาตรฐานที่รู้ค่าไอโซโทปเสถียรที่แน่นอนด้วย และมีค่าไอโซโทปเสถียรที่แตกต่างกันให้ครอบคลุมกับค่าไอโซโทปเสถียรของตัวอย่างที่ต้องการวิเคราะห์ เพื่อใช้ในการปรับเทียบในการหาค่าไอโซโทปเสถียรที่สนใจในตัวอย่าง โดยเรียกการปรับเทียบโดยวิธีนี้ว่าtwo end member calibrationซึ่งตัวอย่างจะถูกเผาไหม้เปลี่ยนให้อยู่ในรูปของแก๊ส เช่น CO₂, N₂, CO และH₂ เป็นต้น ดังแสดงในรูปที่ 1 หลังจากนั้นตัวอย่างจะถูกพาออกไปโดยแก๊ส ฮีเลี่ยม (He)เข้าไปสู่ระบบของIRMSในส่วนของion sourceเพื่อเปลี่ยนแก๊ส เช่น CO₂ให้อยู่ในรูปของ ion (CO₂⁺) หลังจากนั้นเมื่อตัวอย่างผ่านสนามแม่เหล็ก มวลที่แตกต่างกันทำให้เลี้ยวเบนในรัศมีที่แตกต่างกัน หลังจากนั้นก็จะเข้าสู่ detector โดยในส่วนนี้จะมีอยู่ 5 faraday cupดังแสดงในรูปที่ 2

         การใช้ประโยชน์ของข้อมูลไอโซโทปเสถียรจะถูกนำไปใช้ในการหาแหล่งที่มา หรือ แหล่งกำเนิดของน้ำ ของมลพิษต่างๆ ทางด้านสิ่งแวดล้อม ส่วนงานทางด้านการศึกษาระบบนิเวศวิทยา ก็มักจะนำไปใช้ในการหาแหล่งที่มาของอาหารของสิ่งมีชีวิตต่างๆ เป็นต้น นอกจากนั้นแล้วยังนำมาประยุกต์ใช้ในการตรวจสอบการปลอมปนของอาหาร และน้ำผลไม้ เช่น น้ำผึ้ง น้ำมะพร้าว เป็นต้น เนื่องจากค่าไอโซโทปของสิ่งมีชิวิต และไม่มีชีวิตจะมีลักษณะเฉพาะเปรียบเสมือนลายพิมพ์นิ้วมือ ที่ไอโซโทปมีลักษณะแตกต่างกันนี้เนื่องมาจากกระบวนการที่เรียกว่า isotopic fractionationที่ทำให้มีความแตกต่างกัน โดยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ความชื้น และกระบวนการทางเคมี เป็นต้น

เกียรติพงษ์  คำดี : นักวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์ชำนาญการพิเศษ

ฝ่ายเทคโนโลยีสิ่งแวดล้อม
ศูนย์วิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีนิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)