Izotopų santykio masės spektrometras (IRMS) yra prietaisas, matuojantis tam tikrų elementų skirtingų izotopų santykius. Visi elementai turi izotopų, kurie vienas nuo kito skiriasi tik neutronų skaičiumi branduolyje, todėl jiems skiriasi atominis svoris. Izotopų santykio masės spektrometro principas yra atskirti izotopus pagal skirtingas jų mases ir nustatyti izotopų porų santykį. Šis prietaisas gali suteikti svarbios informacijos apie medžiagos pavyzdžio amžių ir kilmę. Izotopų santykio masės spektrometras gali būti naudojamas daugelyje sričių, įskaitant geologiją, biologiją ir teismo ekspertizę.
Izotopų santykio masės spektrometrų konstrukcija gali skirtis, tačiau paprastai jie vadovaujasi tais pačiais pagrindiniais principais. Bus įleidimo anga, į kurią įvedamas mėginys, vedantis į degimo kamerą, kurioje medžiaga paverčiama dujomis, galbūt naudojant tam tikras priemones, skirtas atskirti skirtingas dujas, kurios gali susidaryti. Šiame etape sudėtingos biologinės medžiagos taip pat paverčiamos paprastais analizei reikalingais junginiais, tokiais kaip anglies dioksidas (CO2), vanduo (H2O) ir azotas (N2). Gautos dujos tiekiamos į jonizacijos kamerą, kur jas jonizuoja elektronų pluoštas. Tada jonizuotos dujos kaip spindulys sufokusuojamos į masės atskyrimo zoną, kur elektromagnetas naudojamas jonams nukreipti, kad skirtingi izotopai būtų atskirti pagal jų masę.
Praėję per masės atskyrimo zoną, jonai pasiekia kolektorius, kurie generuoja elektrinius signalus, proporcingus aptiktų jonų skaičiui. Lengvesnių izotopų jonus magnetinis laukas nukreips labiau nei sunkesnius, todėl kolektoriai bus išdėstyti atitinkamai. Taigi galima apskaičiuoti santykines skirtingų izotopų proporcijas.
Mėginiai turi būti paruošti prieš įvedant į izotopų santykio masės spektrometrą. Pavyzdžiui, biologinių medžiagų atveju mėginiai gali būti lapų, dirvožemio ar kitos nevienalytės medžiagos pavidalo. Kieta medžiaga paprastai išdžiovinama ir sumalama į smulkius miltelius. Skysti mėginiai bus džiovinami arba absorbuojami ant porėtos kietos medžiagos. Prieš atliekant izotopų santykio analizę, paprastai atliekamas kalibravimas naudojant žinomų elementų ir izotopų santykio medžiagas.
Bendras stabilių bet kurio elemento izotopų santykis Žemėje buvo fiksuotas planetos formavimosi metu. Nors skirtingi elemento izotopai turi tas pačias chemines savybes, izotopų masės turi įtakos kitiems veiksniams, tokiems kaip judrumas ir lakumas. Dėl šių skirtumų įvairūs geocheminiai ir biocheminiai procesai gali sukoncentruoti arba išeikvoti tam tikrus izotopus, palyginti su jų foninėmis vertėmis. Šis reiškinys vadinamas izotopų frakcionavimu. Pavyzdžiui, fotosintezė sukelia nedidelį, bet reikšmingą anglies-13 izotopo išeikvojimą, palyginti su atmosfera.
Elementų, tokių kaip anglis, deguonis, azotas ir kiti, izotopų santykių skirtumai gali suteikti svarbios informacijos apie mėginio kilmę ir istoriją. Naudojant izotopų santykio masės spektrometrą galima nustatyti, ar medžiaga yra organinės kilmės, ir netgi, kai kuriais atvejais, tiksliai nustatyti geografinę vietovę, kurioje ji atsirado. Tai gali būti naudinga kriminalistikoje. Pavyzdžiui, galima atsekti nelegalių narkotikų mėginių kilmę, o iš įtariamojo paimtus dirvožemio mėginius izotopiškai palyginti su mėginiais iš nusikaltimo vietos.
Kadangi temperatūra ir krituliai gali turėti įtakos izotopų frakcionavimui, izotopų santykio masės spektrometrija gali būti naudojama tiriant žemės klimatą praeitais laikais. Apvalkalus formuojančių jūrų organizmų anglies ir deguonies izotopų pasisavinimo ir nusodinimo greitis skiriasi priklausomai nuo klimato. Taigi šių organizmų suakmenėjusių liekanų izotopų santykiai gali būti naudojami norint gauti informaciją apie klimato sąlygas, kai jie buvo gyvi.
Geologijoje radiometrinis datavimas yra svarbi izotopų santykio masės spektrometro taikymas. Tam tikrų metalinių elementų izotopų santykiai gali būti naudojami uolienų mėginio amžiui nustatyti. Kai susidarys uoliena, joje bus kai kurių radioaktyvių izotopų. Jie žinomu greičiu skyla į kitus to paties elemento arba, dažniau, kito elemento izotopus. Taigi, norint nustatyti uolienos amžių, galima naudoti pradinio – arba „pagrindinio“ – izotopo ir skilimo produkto – arba „dukterinės“ – izotopo santykį.