Isotooppijakaumat

Isotooppijakaumat ovat tilastollisia jakaumia, jotka kuvaavat isotooppien suhteellisia osuuksia alkuaineessa tai siitä valmistetussa yhdisteessä. Jokaisella alkuaineella on yksi tai useampi isotooppi, joilla on sama kemiallinen käyttäytyminen mutta erilainen neutronimäärä. Luontainen isotooppijakauma määrittää, kuinka usein kukin isotooppi esiintyy näytteessä.

Massaspektrometrissä isotooppijakaumilla on keskeinen rooli. Yhdisteen monoisotopinen massa (M) vastaa kevyimmissä isotoopeissa muodostunutta massaa. M+1- ja M+2-piikit syntyvät raskaampien isotooppien, kuten 13C-, 15N- ja 18O-, esiintymisestä. Esimerkiksi luonnollinen 13C-osuus on noin 1,1 %, mikä näkyy M+1-piikin suhteessa suurissa orgaanisissa yhdisteissä.

Laskennassa isotopijakaumat voidaan rakentaa binomiaalisten tai multinomialisten jakaumien avulla, riippuen siitä, kuinka monia isotooppeja tarkastellaan ja miten ne voivat esiintyä yhdistelminä. Monimutkaisemmissa molekyyleissä otetaan huomioon useiden alkuaineiden isotooppiparit sekä niiden massavaikutukset. Useimmat massaspektrometrian ohjelmistot laskevat odotetun jakauman luontaisista isotooppisuhteista sekä molekyylin koostumuksesta.

Sovelluksia ovat molekyylin massan tarkkuuden parantaminen, empiirisen kaavan määrittäminen sekä isotopologian tutkimus. Isotooppijakauman tunteminen auttaa myös erottamaan samanlaisia yhdisteitä, jotka eroavat isotooppien määrissä, sekä tukee isotoppiserlogin kokeita suunnittelussa.

Rajoitteita ovat mittaustarkkuus ja instrumentin resoluutio sekä luonnollisten isotooppierojen mahdollinen vaihtelu näytteissä. Lisäksi isotopien rikastukset tai etikettikokeet voivat muuttaa jakaumaa.