يکي از فرض هاي بديهي نظريه اتمي دالتون اين است که هر يک از اتمهاي يک عنصر از هر لحاظ (از جمله جرم) با اتمهاي ديگر آن يکسان است. ولي در اوايل قرن بيستم معلوم شد که يک عنصر ممکن است شامل چند نوع اتم باشد که اختلاف آنها با يکديگر در جرم اتمي است. فردريک سودي اصطلاح ايزوتوپ (از واژه يوناني به معناي هم مکان) را براي اتمهاي يک عنصر که که از نظر جرم با يکديگر تفاوت دارند پيشنهاد کرد.
براي بررسي ايزوتوپها از طيف نگار جرمي استفاده مي شود.دستگاههايي از اين نوع ابتدا توسط فرانسيس استون (1919) و آرتور دمپستر (1918) با پيروي از اصول روشهايي که جي جي تامسون در 1912 ارائه کرده بود ساخته شد. اگر عنصري شامل چند نوع اتم با جرمهاي متفاوت (ايزوتوپها ) باشد، اين تفاوت در مقادير يونهاي مثبت حاصل از اين اتمها پديدار مي گردد.طيف نگار جرمي يونها را بر حسب مقادير نسبت بار به جرم ، از يکديگر جدا مي کند، و سبب مي شود که يونهاي مثبت متفاوت در محلهاي مختلف روي يک صفحه عکاسي اثر کند.
وقتي دستگاه کار مي کند، اتمهاي بخار ماده مورد مطالعه در معرض بمباران الکتروني قرار گرفته و به يونهاي مثبت تبديل مي شوند.اين يونها بر اثر عبور از يک ميدان الکتريکي ، به قدرت چندين هزار ولت ، شتاب پيدا مي کنند. اگر ولتاژ اين ميدان ثابت نگه داشته شود، تمام يونهايي که مقدار بار به جرم مساوي دارند، با سرعت مساوي وارد يک ميدان مغناطيسي مي شوند. اين سرعت، مقدار بار به جرم و شدت ميدا مغناطيسي، شعاع مسير يون را در ميدان مغناطيسي تعيين مي کند.
اگر شدت ميدان مغناطيسي و ولتاژ شتاب دهنده ثابت نگه داشته شوند، تمام يونهايي که مقدار بار به جرم مساوي دارند، در يک محل بر روي صفحه عکاسي متمرکز مي شوند. اين محل را مي توان با تغيير پتانسيلي که موجب شتاب يونها مي شود، تغيير داد. ولي يونهايي که مقدار بار به جرم متفاوت دارند در محلهاي مختلف روي صفحه عکاسي متمرکز مي شوند. هر گاه يک وسيله الکتريکي که شدت اشعه يوني را اندازه مي گيرد، جاي گزين صفحه عکاسي شود، دستگاه را طيف سنج جرمي مي ناميم. با استفاده از طيف سنج جرمي مي توان هم جرم اتمي دقيق ايزوتوپها و هم ترکيب ايزوتوپي عناصر (انواع ايزوتوپهاي موجود و مقدار نسبي هر يک) را تعيين کرد.
ايزوتوپها، اتمهايي با عدد اتمي مساوي و عدد جرمي متفاوتند. اين اتمها داراي خواص شيميايي بسيار مشابه هم (در اغلب موارد غير قابل تشخيص) هستند. مثلا در طبيعت دو نوع اتم کلر وجود داردکه هر دو 17 پروتون و 17 الکترون دارند ولي يکي داراي 18 نوترون و ديگري داراي 20 نوترون است. بنابراين، اختلاف ايزوتوپها در تعداد نوترونهاي هسته ها آنهاست. بعضي از عناصر فقط به يک شکل ايزوتوپي در طبيعت وجود دارند(مثل سديم، بريليم و فلوئور). ولي اغلب عناصر بيش از يک ايزوتوپ دارند.مثلا قلع داراي ده ايزوتوپ است. اصطلاح نوکليد، به طور کلي، براي گونه هاي اتمي به کار مي رود.
بسياري از ايزوتوپها از ايزوتوپها راديواکتيو هستن ، يعني ذراتي با فرکانس بالا را از هسته (مرکز) اتمهاي خود را ساطع مي کنند . از آنها مي توان براي دنبال کردن مسير مواد متحرکي که از ديد پنهان هستند ، مانند جريان خون در بدن يک بيمار در بيمارستان ، استفاده کرد.
جريان خون
مقدار کمي از يک ايزوتوپ راديو اکتيو به درون جريان خون بيمار تزريق مي شود . سپس مسير آن توسط آشکارسازهاي خاصي که فعاليت راديواکتيويته را مشخص مي کنند دنبال مي شود . اين اطلاعات به يک کامپيوتر داده مي شود ، که صفحه آن هر گونه اختلالي ، مانند انعقاد خون در رگها ، را نشان مي دهد . با استفاده از روشي مشابه ، مي توان از ايزوتوپها براي مطالعه جريان مايعات در تاسيسات شيميايي نيز استفاده کرد.
فرسودگي ماشين آلات
آهنگ فرسودگي ماشين آلات صنعتي را نيز مي توان با استفاده از ايزوتوپها اندازه گرفت . مقادير اندکي از ايزوتوپهاي راديواکتيو به بخشهاي فلزي ماشين آلات ، مانند ياتاقانها و رينگ وپيستونها اضافه مي شود . سپس سرعت فرسودگي با اندازه گرفتن راديواکتيويته روغني که براي روغنکاري اين بخشها به کار رفته است محاسبه مي شود.
منبع:http://atwis.com/خ