Isotop-Analyse ist die Identifizierung der isotopic Unterschrift, der Vertrieb von bestimmten stabilen Isotopen und chemischen Elementen innerhalb von chemischen Zusammensetzungen. Das kann auf ein Nahrungsmittelweb angewandt werden, um es möglich zu machen, direkte Schlussfolgerungen bezüglich der Diät, des trophischen Niveaus und der Existenz zu ziehen. Isotop-Verhältnisse werden mit der Massenspektrometrie gemessen, die die verschiedenen Isotope eines Elements auf der Grundlage von ihrem Verhältnis der Masse zur Anklage trennt.

Die Verhältnisse von isotopic Sauerstoff werden auch durch globale Wettermuster und Regionaltopografie unterschiedlich betroffen, als Feuchtigkeit transportiert wird. Gebiete der niedrigeren Feuchtigkeit verursachen den bevorzugten Verlust von O Wasser in der Form des Dampfs und Niederschlags. Außerdem, hat verdampft O Wasser kehrt bevorzugt zum atmosphärischen System zurück, wie es verdampft und O in der flüssigen Form bleibt oder ins Körperwasser von Werken und Tieren vereinigt wird.

Gewebe betroffen

Sauerstoff von Isotopic wird in den Körper in erster Linie durch die Nahrungsaufnahme vereinigt, an dem Punkt es in der Bildung, zu archäologischen Zwecken, Knochen und Zähnen verwendet wird. Der Sauerstoff wird in den hydroxylcarbonic apatite des Knochen- und Zahn-Emails vereinigt.

Knochen wird ständig überall in der Lebenszeit einer Person umgebaut. Obwohl die Rate des Umsatzes von isotopic Sauerstoff in hydroxyapatite nicht völlig bekannt ist, wie man annimmt, ist es diesem von collagen ähnlich; etwa 10 Jahre. Folglich soll eine Person, in einem Gebiet seit 10 Jahren oder länger bleiben, die isotopic Sauerstoff-Verhältnisse im Knochen hydroxyapatite würden die Sauerstoff-Verhältnis-Gegenwart in diesem Gebiet widerspiegeln.

Zähne sind dem dauernden Umbauen nicht unterworfen, und so bleiben ihre isotopic Sauerstoff-Verhältnisse unveränderlich von der Zeit der Bildung. Die isotopic Sauerstoff-Verhältnisse, dann, Zähne vertreten die Verhältnisse des Gebiets, in dem die Person geboren gewesen ist und erhoben hat. Wo Milchzähne da sind, ist es auch möglich, das Alter zu bestimmen, in dem ein Kind entwöhnt wurde. Brustmilchproduktion zieht auf das Körperwasser der Mutter, die höhere Niveaus von O wegen des bevorzugten Verlustes von O durch den Schweiß, Urin hat, und Wasserdampf abgelaufen ist.

Während Zähne gegen chemische und physische Änderungen mit der Zeit widerstandsfähiger sind, sind beide post-depositional diagenesis unterworfen. Als solcher, isotopic Analyse macht von den widerstandsfähigeren Phosphatgruppen, aber nicht der weniger reichlichen hydroxyl Gruppe oder wahrscheinlicher diagenetic Karbonat-Gruppengegenwart Gebrauch.

Anwendungen

Isotop-Analyse hat weit verbreitete Anwendbarkeit in den Naturwissenschaften. Diese schließen zahlreiche Anwendungen in die biologischen Erd- und Umweltwissenschaften ein.

Archäologie

Wiederaufbau palaeodiet

Knochen hat sich von archäologischen Seiten erholt kann isotopically für die Information bezüglich der Diät und Wanderung analysiert werden. Zahn-Email und Boden-Umgebung oder sich am Bleiben festhaltend, können auch in der isotopic Analyse verwendet werden. Um ein genaues Bild von palaeodiets zu erhalten, ist es wichtig, Prozesse von diagenesis zu verstehen, der das ursprüngliche Isotopic-Signal betreffen kann. Kohlenstoff und Stickstoff-Isotop-Zusammensetzung werden verwendet, um Diät wieder aufzubauen, und Sauerstoff-Isotope werden verwendet, um geografischen Ursprung zu bestimmen. Strontium und Leitungsisotope in Zähnen und Knochen können manchmal verwendet werden, um Wanderung in menschlichen Bevölkerungen und kultureller Sympathie wieder aufzubauen.

Kohlenstoff-Isotope werden durch die Diät von Tieren während ihrer Lebenszeit, Sauerstoff-Isotope aufgenommen, die durch das Wasser aufnehmen werden, das sie trinken. Das 12C/13C Isotop-Verhältnis untersuchend, ist es möglich zu bestimmen, ob Tiere vorherrschend C3 oder C4 Werke gegessen haben. Dieser Prozess endet mit dem Tod des Organismus, von diesem Punkt auf Isotopen wachsen nicht mehr im Körper an, aber erleben wirklich Degradierung. Für das beste Ergebnis würde der Forscher die ursprünglichen Niveaus oder eine Bewertung davon Isotope im Organismus zur Zeit seines Todes wissen müssen.

Um ein genaues Bild von palaeodiets zu erhalten, ist es wichtig, Prozesse von diagenesis zu verstehen, der das ursprüngliche Isotopic-Signal betreffen kann. Es ist auch für den Forscher wichtig, die Schwankungen von Isotopen innerhalb von Personen, zwischen Personen, und mit der Zeit zu wissen.

Sourcing archäologische Materialien

Isotop-Analyse ist in der Archäologie als ein Mittel der Charakterisierung besonders nützlich gewesen. Die Charakterisierung von Kunsterzeugnissen ist mit Bestimmung der isotopic Zusammensetzung von möglichen Quellmaterialien wie Metallerzkörper und das Vergleichen dieser Daten zur isotopic Zusammensetzung von analysierten Kunsterzeugnissen verbunden. Eine breite Reihe von archäologischen Materialien wie Metalle, leitungsbasierte und Glaspigmente sind sourced gewesen, der isotopic Charakterisierung verwendet. Besonders in der Bronzezeit ist mittelmeerische Leitungsisotop-Analyse ein nützliches Werkzeug gewesen, für die Quellen von Metallen und einen wichtigen Hinweis von Handelsmustern zu bestimmen. Die Interpretation von Leitungsisotop-Daten ist jedoch häufig, streitsüchtig und steht zahlreichen instrumentalen und methodologischen Herausforderungen gegenüber. Probleme wie das Mischen und Wiederverwenden von verschiedenen Quellen der Form von Metallen, hat zuverlässige Daten beschränkt, und die Verunreinigung von Proben kann schwierige Probleme in der Interpretation sein.

Ökologie

Alle biologisch aktiven Elemente bestehen in mehreren verschiedenen Isotopic-Formen, von denen zwei oder mehr stabil sind. Zum Beispiel ist der grösste Teil von Kohlenstoff als C mit etwa 1 % da, der C ist. Das Verhältnis der zwei Isotope kann durch biologische und geophysikalische Prozesse verändert werden, und diese Unterschiede können auf mehrere Weisen von Ökologen verwertet werden.

Die in der Isotop-Ökologie verwendeten Hauptelemente sind Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Schwefel.

Die Analyse des Verhältnisses von O zu O in den Schalen der Colorado Delta-Muschel wurde verwendet, um das historische Ausmaß der Flussmündung im Colorado Flussdelta vor dem Aufbau von stromaufwärts Dämmen zu bewerten.

Stabile Isotop-Analyse in Wasserökosystemen

Stabile Isotope sind eine populäre Methode geworden, um Wasserökosysteme zu verstehen, weil sie Wissenschaftlern im Verstehen von Quellverbindungen helfen und Information im Seenahrungsmittelweb bearbeiten können. Diese Analyse können auch bis zu einem gewissen Grad in Landsystemen verwendet werden. Bestimmte Isotope können verschiedene primäre Erzeuger bedeuten, die die Basen des Nahrungsmittelwebs und der trophischen Niveau-Positionierung bilden. Die stabilen Isotop-Zusammensetzungen werden in Bezug auf Delta-Werte (δ) ausgedrückt, die Teile pro Tausend (%) Unterschiede zu einem Standard sind. Sie drücken die Zahl von Isotopen aus, die in einer Probe sind. Die Werte werden als ausgedrückt:

δX = [(R / R) - 1] x 10

wo X das Isotop von Interesse vertritt und R das Verhältnis des Isotops von Interesse und seiner natürlichen Form vertritt (d. h. C/C). Höhere Werte zeigen Zunahmen im Betrag von schweren Isotopen an, und niedrigere Werte zeigen Abnahmen an. Der normative Verweis für Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel ist Kalkstein von PeeDee, Stickstoff-Benzin in der Atmosphäre und dem Meteorstein von Cañyon Diablo beziehungsweise. Analyse wird gewöhnlich mit einem Massenspektrometer getan, kleine Unterschiede zwischen gasartigen Elementen entdeckend. Die Analyse einer Probe kann überall von 30 $ bis 100 $ kosten. Stabile Isotope helfen Wissenschaftlern beim Analysieren von Tierdiäten und Nahrungsmittelweb durch das Überprüfen der Tiergewebe, die eine feste isotopic Bereicherung oder Erschöpfung gegen die Diät tragen. Muskel oder Protein-Bruchteile sind das allgemeinste Tiergewebe geworden, das verwendet ist, um die Isotope zu untersuchen, weil sie die assimilierten Nährstoffe in ihrer Diät vertreten. Der Hauptvorteil für das Verwenden stabiler Isotop-Analyse im Vergleich mit Magen-Inhalt-Beobachtungen besteht darin, dass, egal was der Status vom Magen des Tieres (leer oder nicht) ist, die Isotop-Leuchtspurgeschosse in den Geweben uns ein Verstehen seiner trophischen Position und Nahrungsmittelquelle geben werden. Die drei in der Wasserökosystem-Nahrungsmittelwebanalyse verwendeten Hauptisotope sind C, N und S. Während alle drei Information über die trophische Dynamik anzeigen, ist es üblich, Analyse auf mindestens zwei der vorher erwähnten 3 Isotope für das bessere Verstehen von trophischen Seewechselwirkungen und für stärkere Ergebnisse durchzuführen.

C

Kohlenstoff-Isotope helfen uns in der Bestimmung der primären Produktionsquelle, die für den Energiefluss in einem Ökosystem verantwortlich ist. Die Übertragung von C durch trophische Niveaus bleibt relativ dasselbe, abgesehen von einer kleinen Zunahme (eine Bereicherung C zwischen Tieren zeigen an, dass sie verschiedene Nahrungsmittelquellen haben, oder dass ihr Nahrungsmittelweb auf verschiedenen primären Erzeugern basiert (d. h. verschiedene Arten von phytoplankton, Sumpf-Gräsern.) Weil δC die ursprüngliche Quelle von primären Erzeugern anzeigt, können die Isotope uns auch helfen, Verschiebungen in Diäten, beider kurzen Frist, langer Sicht oder dauerhaft zu bestimmen. Diese Verschiebungen können sogar zu Saisonänderungen entsprechen, phytoplankton Überfluss widerspiegelnd. Wissenschaftler haben gefunden, dass es breite Reihen von δC-Werten in phytoplankton Bevölkerungen über ein geografisches Gebiet geben kann. Während es betreffs nicht ganz sicher ist, warum das sein kann, gibt es mehrere Hypothesen für dieses Ereignis. Diese schließen Isotope innerhalb von aufgelösten anorganischen Kohlenstoff-Lachen (DIC) ein kann sich mit der Temperatur und Position und dem ändern Wachstumsraten von phytoplankton können ihr Auffassungsvermögen der Isotope betreffen. δC ist in der Bestimmung der Wanderung von jugendlichen Tieren von geschützten Küstengebieten bis Auslandspositionen durch das Überprüfen der Änderungen in ihren Diäten verwendet worden. Eine Studie durch das Gebratene (1983) hat die isotopic Zusammensetzungen in der jugendlichen Garnele von Südgras-Wohnungen von Texas studiert. Gebratenes hat gefunden, dass am Anfang der Studie die Garnele isotopic Werte von δC =-11 zu-14 % und 6-8 % für δN und δS hatte. Weil die Garnele reif geworden ist und von der Küste, die Isotopic-Werte abgewandert ist, die zu denjenigen geändert sind, die Auslandsorganismen (δC =-15 % und δ15N = 11.5 % und δ34S = 16 %) ähneln.

S

Während es keine Bereicherung von S zwischen trophischen Niveaus gibt, kann das stabile Isotop im Unterscheiden benthic gegen ozeanische Erzeuger und Sumpf gegen phytoplankton Erzeuger nützlich sein. Ähnlich C kann es auch helfen, zwischen verschiedenem phytoplankton als der Schlüssel primäre Erzeuger im Nahrungsmittelweb zu unterscheiden. Die Unterschiede zwischen Meerwasser-Sulfaten und Sulfiden (~21 % gegen-10 %) helfen Wissenschaftlern in den Urteilsvermögen. Schwefel neigt dazu, in weniger aerobic Gebieten, wie Benthic-Systeme und Sumpf-Werke reichlicher zu sein, als das ozeanische und mehr aerobic Systeme. So, in den benthic Systemen, gibt es kleinere δS-Werte.

N

Stickstoff-Isotope zeigen die trophische Flachlagerung von verschiedenen Seeorganismen an (reflektierend der Zeit die Gewebeproben wurden genommen). Es gibt einen größeren Bereicherungsbestandteil mit δN, weil seine Retention höher ist als dieser von N. Das kann durch das Analysieren der Verschwendung von Organismen gesehen werden. Viehurin hat gezeigt, dass es eine Erschöpfung von N hinsichtlich der Diät gibt. Da Organismen einander essen, werden die N Isotope den Raubfischen übertragen. So haben Organismen höher in der trophischen Pyramide höhere Niveaus von N (und höher δN Werte) hinsichtlich ihrer Beute und anderer vor ihnen im Nahrungsmittelweb angesammelt. Zahlreiche Studien auf Seeökosystemen haben gezeigt, dass durchschnittlich es eine 3.2-%-Bereicherung von N gegen die Diät zwischen verschiedenen trophischen Niveau-Arten in Ökosystemen In der Ostsee, Hansson gibt u. a. (1997) gefunden, dass, als es eine Vielfalt von Wesen (wie particulate organische Sache (phytoplankton), zooplankton, mysids, Sprotte, gerochen und Hering,) analysiert hat, es einen offenbaren fractionation von 2.4 % zwischen Verbrauchern und ihrer offenbaren Beute gab.

Zusätzlich zur trophischen Positionierung von Organismen, δN Werte sind allgemein verwendet im Unterscheiden zwischen dem Land abgeleitete und natürliche Quellen von Nährstoffen geworden. Als Wasser von Faulräumen bis aquifers, der Stickstoff reist, der reichem Wasser in Küstengebiete geliefert wird. Abwasser-Nitrat hat höhere Konzentrationen von N als das Nitrat, das in natürlichen Böden in nahen Küstenzonen gefunden wird. Für Bakterien ist es für sie zum Auffassungsvermögen N im Vergleich mit N günstiger, weil es ein leichteres Element und leichter zu metabolize ist. So, wegen der Vorliebe von Bakterien, wenn man biogeochemical Prozesse wie Entstickung und Abdampfen von Ammoniak durchführt, wird N vom Wasser an einer schnelleren Rate entfernt als N, auf mehr N das Eingehen in den aquifer hinauslaufend. N ist ungefähr 10-20 % im Vergleich mit den natürlichen N Werten von 2-8 %. Der anorganische Stickstoff, der von Faulräumen und anderem von den Menschen abgeleitetem Abwasser ausgestrahlt wird, ist gewöhnlich in der Form von NH. Sobald der Stickstoff in die Flussmündungen über Grundwasser eingeht, wird es dass gedacht, weil es mehr hereingehenden N gibt, dass es auch mehr N in der anorganischen Stickstoff-Lache geliefert geben wird, und dass es mehr von Erzeugern aufgenommen wird, die N aufnehmen. Wenn auch N leichter ist aufzunehmen, weil es viel mehr N gibt, wird es noch höhere Beträge geben, die assimiliert sind als, normal. Diese Niveaus von δN können in Wesen untersucht werden, die im Gebiet leben und (wie macrophytes, Muscheln und sogar etwas Fisch) nicht wandernd sind. Diese Methode, hohe Niveaus des Stickstoff-Eingangs zu identifizieren, wird eine immer populärere Methode im Versuchen, Nähreingang in Flussmündungen und Küstenökosysteme zu kontrollieren. Umweltbetriebsleiter sind immer mehr betroffen über das Messen anthropogener Nähreingänge in Flussmündungen geworden, weil das Übermaß in Nährstoffen zu eutrophication und hypoxic Ereignissen führen kann, Organismen von einem Gebiet völlig beseitigend.

Forensics

Eine neue Entwicklung in der Gerichtsmedizin ist die isotopic Analyse von Haarufern. Haar hat eine erkennbare Wachstumsrate von 9-11mm pro Monat oder 15 Cm pro Jahr. Haarwachstum ist in erster Linie eine Funktion der Diät, Aufnahme des besonders Trinkwassers. Die stabilen isotopic Verhältnisse von Trinkwasser sind eine Funktion der Position und die Geologie, die das Wasser durch filtert. Sr, Sr und Isotop-Schwankungen von Oxygen sind überall auf der Welt verschieden. Diese Unterschiede im isotopic Verhältnis werden dann in unserem Haar biologisch 'gesetzt', als es wächst und es deshalb möglich geworden ist, neue geografische Geschichten durch die Analyse von Haarufern zu identifizieren. Zum Beispiel konnte es möglich sein sich zu identifizieren, ob ein Terroristenverdächtiger kürzlich zu einer besonderen Position von der Haaranalyse gewesen war. Diese Haaranalyse ist eine nichtangreifende Methode, die sehr populär in Fällen wird, dass DNA oder andere traditionelle Mittel keine Antworten bringen.

Isotop-Analyse kann von forensischen Ermittlungsbeamten verwendet werden, um zu bestimmen, ob zwei oder mehr Proben von Explosivstoffen von einem allgemeinen Ursprung sind. Die meisten hochexplosiven Sprengstoffe enthalten Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff-Atome, und so das Vergleichen ihres Verhältnisüberflusses an Isotopen kann die Existenz eines allgemeinen Ursprungs offenbaren. Forscher haben auch gezeigt, dass die Analyse der C/C Verhältnisse das Ursprungsland für einen gegebenen Explosivstoff ausfindig machen kann.

Stabile isotopic Analyse ist auch in der Identifizierung von Drogenhandel-Wegen verwendet worden. Überfluss von Isotopic ist in Morphium verschieden, das von Mohnblumen in Südostasien gegen im Südwestlichen Asien angebaute Mohnblumen angebaut ist. Dasselbe wird auf Kokain angewandt, das aus Bolivien und dem von Columbia abgeleitet wird.

Geologie

Hydrologie

Paläoklimatologie

Das Verhältnis von O zu O in tiefen und Eisseekernen ist Temperaturabhängiger, und kann als ein Proxymaß verwendet werden, um Klimaveränderung wieder aufzubauen. Während kälterer Perioden der Geschichte der Erde (glacials) solcher als während der Eiszeit wird O von den kälteren Ozeanen bevorzugt verdampft, den ein bisschen schwereren und trägeren O hinten verlassend. Organismen wie foraminifera, die Sauerstoff verbinden, der im Umgebungswasser mit Kohlenstoff und Kalzium aufgelöst ist, um ihre Schalen deshalb zu bauen, vereinigen den temperaturabhängigen O zum O Verhältnis. Wenn diese Organismen sterben, lassen sie sich auf dem Seebett nieder, eine lange und unschätzbare Aufzeichnung der globalen Klimaveränderung durch viel von der Vierergruppe bewahrend. Ähnlich werden Eiskerne auf dem Land im schwereren O hinsichtlich O während wärmerer klimatischer Phasen (interglacials) bereichert, weil mehr Energie für die Eindampfung des schwereren O Isotops verfügbar ist. Die in den Eiskernen bewahrte Sauerstoff-Isotop-Aufzeichnung ist deshalb ein `Spiegel` der in Ozeanbodensätzen enthaltenen Aufzeichnung.

Sauerstoff-Isotope bewahren eine Aufzeichnung der Effekten der Zyklen von Milankovitch auf der Klimaveränderung während der Vierergruppe, einen ungefähr 100,000-jährigen cyclicity im Klima der Erde offenbarend.

Links

• IsoSource. Stabiles Isotop-Mischen-Modell für eine Überzahl von Quellen (Visuell Grundlegend), (Phillips und Gregg, 2003).
• MixSIR: Ein Bayesian Stabiles Isotop-Mischen-Modell. MixSIR ist ein freies Programm der grafischen Benutzerschnittstelle (GUI) hat auf die MATLAB Plattform gebaut, die Analyse von Bayesian des stabilen Isotops ausführt, das Modelle mit sampling-importance-resampling (SIR) mischt. (Moore und Semmens, 2008).
• SIAR - Stabile Isotop-Analyse in R. Bayesian, der Musterpaket für die R Umgebung mischt. Parnell, A., Inger, R., Bearhop, S., Jackson, A.
• SISUS: Stabiles Isotop Sourcing, der Stichprobenerhebung verwendet. Stabiles Isotop Sourcing, das Stichprobenerhebung verwendet (SISUS) (Erhardt, Wolf und Bedrick, im Vorbereitungs-.) stellt einen effizienteren Algorithmus zur Verfügung, um Lösungen desselben Problems wie der Phillips und Gregg (2003) Modell von IsoSource und Software für das Quellverteilen mit stabilen Isotopen zur Verfügung zu stellen.
• IsotopeR. Stabiles Isotop-Mischen-Modell von Bayesian, das Maß-Fehler, Konzentrationsabhängigkeit und andere Eigenschaften in einem einzelnen Paket vereinigt. IsotopeR läuft in der R Umgebung. (Hopkins und Ferguson, J. 2011)