34
Bir doğal veya yapay malzemenin izotop oranı, o
malzemenin karakterizasyonunda çok önemli yer tutar.
Radyojenik izotoplar, iz sürücü olarak maddelerin kaynağı ve
oluşum süreçleri hakkında kri$k veriler sağladığı gibi
radyometrik yaş tayininde de kullanılmaktadır. Radyojenik
izotop deneylerinin, jeoloji, madencilik, petrol, nükleer
enerji, çevre kirliliği kontrolü, adli !p, ekoloji, antropoloji,
arkeoloji, arkeometri vb. pek çok alanda uygulama olanakları
bulunmaktadır. Radyojenik izotop oranlarını en hassas
düzeyde tayin edebilen cihaz Termal İyonizasyon Kütle
Spektrometresi (TIMS)’dir (Şekil 1).
TEMEL PRENSİPLER
İzotoplar aynı elemen$n aynı proton fakat farklı nötron
sayılarına, dolayısıyla farklı kütlelere sahip atomlarıdır. Diğer
atomların radyoak$f bozunması ile oluşan atomlar
radyojenik izotoplar olarak adlandırılır. Bir ana atomun
yarısının radyoak$f bozunmaya uğraması için gereken zaman
yarılanma ömrü olarak tanımlanır. Bir radyoak$f ana atom
çekirdeğinin içindeki radyojenik izotopun duraylı bir yavru
ürüne bozunma oranının, o izotopa has olan bir sabite bağlı
olarak, herhangi bir zamanda bulunan atom sayısı ile doğru
oran!lı olması izotop sistemlerinin formülize edilmesine
olanak verir. Sistem izotopik açıdan kapalı bir sistem haline
gelmiş ve bu şekilde korunmuşsa, bir numunenin güncel
izotop oranı ölçülerek oluşum zamanındaki izotop oranı ve
numunenin oluşum yaşı saptanabilir.
Laboratuvarımızda, Stronsiyum ve Neodmiyum element-
lerinde izotop oranı deneyleri yapılmaktadır. Tüm kayaç
numuneleri, deney öncesinde kayaç kırma ve mineral
zenginleş$rme laboratuvarında bulunan çeneli kırıcıda
kırılarak diskli agat öğütücüde 63 mikron al! (kayaç pu-
drası) boyutunda öğütülmektedir.
Tar!m, kimyasal çözme, kromatografi ve filamente
yükleme işlemleri 100 temizlik standardında temiz la-
boratuvar koşullarında gerçekleş$rilmekte ve laboratu-
varımızda ultra-saf özellikte asitler ve su kullanılmaktadır.
Deney kalitesi uluslararası ser$fikalandırılmış standartlar
kullanılarak izlenmektedir. Uygun miktarlarda tar!larak
(Şekil 1) PFA şişelere aktarılan numuneler farklı asitler
kullanılarak güvenlikli sıcak kutular içinde bulunan ısı!cı
tablalar üzerinde çözülmektedir.
Şekil 1. Hassas terazide numune
Teflon
kolonlarda,
özel
reçinelerin
ve
asit
kombinasyonlarının kullanıldığı iyon kromatografisi metodu
ile
izotopik
oranları
belirlenecek
element
diğer
elementlerden ayrılmaktadır (Şekil 2).
Şekil 2. Neodmiyum kromatografisi çalışması
Kimyasal Analiz Laboratuvarı (KAL)
Doku Kültürü Laboratuvarı (DKL)
Mikroskopi Laboratuvarı (MKL)
Spektroskopi Laboratuvarı (SPL)
Kromatografi ve Fermentasyon
Laboratuvarı (KFL)
Radyojenik İzotop Laboratuvarı (RİL)
35
Laboratuvar e-posta: mlabtml@metu.edu.tr
Elde edilen zenginleş$rilmiş numune, birkaç yüz nanogram
civarında çözel$ halinde renyum filamen$ üzerine
yüklenmektedir (Şekil 3). Ölçümler, Triton Termal İyonizasy-
on Kütle Spektrometresi (Thermo-Fisher) kullanılarak çoklu-
toplama ile yapılmaktadır. Ölçüm sonuçları,
87
Sr/
86
Sr ve/
veya
143
Nd/
144
Nd izotop oranları şeklinde 2 sigma anali$k
belirsizlikleri belir$lerek elde edilmektedir (Tablo 1).
Şekil 3. Numunenin filamente yüklenmesi
Ölçümler sırasında Sr NBS 987 ve Nd LaJolla standartları
ölçülerek cihaz kalibrasyonu takip edilmekte, ölçüm
sonuçları üzerinde gerekli olduğu takdirde bias düzeltmesi
yapılmaktadır.
Numunelerle birlikte aynı kimyasal süreçlerden geçirilerek
aynı şartlarda ölçümü yapılan USGS kayaç standartları ile
de tüm prosesin kalite düzeyi periyodik olarak kontrol
edilmektedir.
NUMUNE ÖZELLİKLERİ
Laboratuvarımızda, genellikle kayaç numunelerinden,
minerallerden, arkeolojik ve antropolojik materyallerden
izotop oranı deneyleri yapılmaktadır. Malzemelerin RİL
numune kabul kriterlerine uygun olması ve izotop oranı
tayini yapılacak elementçe yeterli konsantrasyona sahip
olması gerekmektedir. Numunelerin temiz ve uygun bir
sistem ve ortamda, kontaminasyona yol açmayacak şekilde
toz haline ge$rilmesi ve kimyasal işlemler için hazırlanması
gerekmektedir. Bu nedenle tüm numune hazırlama
aşamalarının laboratuvarımızda gerçekleş$rilmesi uygun
görülmektedir.
ÖRNEK ÇALIŞMALAR
Laboratuvarımızdaki deneylerin önemli bir bölümü tüm-
kayaç numuneleri üzerinde yapılmaktadır. Deney sonuçları
87
Sr/
86
Sr ve/veya
143
Nd/
144
Nd izotop oranları verilerek
raporlanmaktadır (Tablo 1). Araş!rmacılara ölçülen
Bir kayacın ilksel radyojenik izotop oranı, o kayacın oluştuğu
dönemdeki izotopik karakterini ortaya koyarak oluşum
koşulları ve muhtemel kaynakları hakkında ipuçları verir. Bu
nedenle; radyojenik izotop jeokimyası, yerbilimlerinde,
gerek petrolojik süreçlerin açıklanmasında, gerekse maden
ve petrol araş!rmalarında faydalanılan bir yöntemdir.
Radyojenik
izotop
oranları
element
konsantrasyon
verileriyle kombine edilerek radyometrik yaş tayininde de
kullanılabilir.
Tablo 1. Deney sonuçlarının gösterimi (Köksal vd. 2012’den
alın4, Contribu�ons to Mineralogy and Petrology, 163: 725-
743).
No:
87
Sr/
86
Sr
(ölçülen)
143
Nd/
144
Nd
(ölçülen)
87
Sr/
86
Sr
(ilksel)
εNd
(ilksel)
1
0.717927± 4
0.512139± 4
0.715191
-8.84
2
0.712307± 15
0.512234± 5
0.709561
-6.90
3
0.711590± 4
0.512252± 3
0.709174
-6.48
4
0.711830± 5
0.512245± 3
0.709143
-6.70
5
0.720031± 8
0.512197± 4
0.710265
-7.64
6
0.710560± 5
0.512231± 3
0.709331
-7.18
Arkeolojik ve antropolojik araş!rmalarda da, radyojenik
izotop verileri değerlendirilerek eski dönemlere ilişkin yak-
laşımlarda bulunulmaktadır.
KULLANILAN METODLAR
Laboratuvarımızda; Stronsiyum ve Neodmiyum izotop
jeokimyası deneyleri, TLM-ARG-RİL-01 (Sr İzotop Oranı Ana-
lizi Deney Talima!) ve TLM-ARG-RİL-02 (Nd İzotop Oranı
Analizi Deney Talima!) laboratuvar-içi talimatları uygula-
narak yapılmaktadır. Bu talimatlar, Alman Yerbilimleri
Araş!rma Merkezi (GFZ- Hemholtz Centre – Potsdam) İzotop
Jeokimyası Laboratuvarı’nda kullanılan metodlar baz alına-
rak ve uluslararası yayınlardan faydalanılarak laboratuvar içi
çalışmalarla oluşturulmuştur. Bu talimatların kullanılabilirliği
ve geçerliliği dünya çapında kullanılan standartların peri-
yodik ölçümüyle ortaya konulmakta ve laboratuvarımızda
üre$len sonuçlar uluslararası birçok yayında kullanılmak-
tadır. Bu iki metodun yanısıra kurşun izotopları konusunda
da RİL’de çalışmalarımız devam etmektedir.