Izotopu attiecības masas spektrometrs (IRMS) ir instruments, kas mēra noteiktu elementu dažādu izotopu attiecības. Visiem elementiem ir izotopi, kas viens no otra atšķiras tikai ar neitronu skaitu kodolā, piešķirot tiem atšķirīgu atomu svaru. Izotopu attiecības masas spektrometra princips ir diferencēt izotopus, pamatojoties uz to dažādajām masām, un noteikt attiecības starp izotopu pāriem. Šī ierīce var sniegt svarīgu informāciju par materiāla parauga vecumu un izcelsmi. Izotopu attiecības masas spektrometram ir pielietojums daudzās jomās, tostarp ģeoloģijā, bioloģijā un tiesu zinātnē.
Izotopu attiecības masas spektrometru dizains var atšķirties, taču kopumā tie atbilst tiem pašiem pamatprincipiem. Būs ieplūdes atvere, kur ievada paraugu, kas ved uz sadegšanas kameru, kur materiāls tiek pārveidots par gāzi, iespējams, izmantojot dažus līdzekļus dažādu gāzu atdalīšanai, kas var rasties. Šajā posmā arī sarežģīti bioloģiskie materiāli tiek pārveidoti tādos vienkāršos savienojumos, kas nepieciešami analīzei, piemēram, oglekļa dioksīdā (CO2), ūdenī (H2O) un slāpeklī (N2). Iegūtā gāze tiek ievadīta jonizācijas kamerā, kur to jonizē elektronu stars. Jonizētā gāze pēc tam tiek fokusēta kā stars masas atdalīšanas zonā, kur jonu novirzīšanai tiek izmantots elektromagnēts tā, lai dažādi izotopi tiktu atdalīti atbilstoši to masām.
Izejot cauri masas atdalīšanas zonai, joni sasniedz kolektorus, kas ģenerē elektriskos signālus, kas ir proporcionāli atklāto jonu skaitam. Vieglāko izotopu jonus magnētiskais lauks novirzīs vairāk nekā smagākos, tāpēc kolektori tiks novietoti atbilstoši. Tādējādi var aprēķināt dažādu izotopu relatīvās proporcijas.
Paraugi jāsagatavo pirms ievietošanas izotopu attiecības masas spektrometrā. Piemēram, bioloģisko vielu gadījumā paraugi var būt lapu, augsnes vai cita neviendabīga materiāla veidā. Cieto materiālu parasti žāvē un sasmalcina smalkā pulverī. Šķidrie paraugi tiks vai nu žāvēti, vai uzsūkti uz poraina cieta materiāla. Pirms izotopu attiecības analīzes veikšanas parasti tiek veikta kalibrēšana, izmantojot materiālus ar zināmām elementu un izotopu attiecībām.
Jebkura konkrēta Zemes elementa stabilo izotopu kopējās attiecības tika fiksētas planētas veidošanās laikā. Lai gan dažādiem elementa izotopiem ir vienādas ķīmiskās īpašības, izotopu masas ietekmē citus faktorus, piemēram, mobilitāti un nepastāvību. Šo atšķirību dēļ dažādi ģeoķīmiskie un bioķīmiskie procesi var koncentrēt vai noārdīt konkrētus izotopus, salīdzinot ar to fona vērtībām, un šo parādību sauc par izotopu frakcionēšanu. Piemēram, fotosintēze izraisa nelielu, bet ievērojamu oglekļa-13 izotopa samazināšanos attiecībā pret atmosfēru.
Tādu elementu kā oglekļa, skābekļa, slāpekļa un citu izotopu attiecību atšķirības var sniegt svarīgu informāciju par parauga izcelsmi un vēsturi. Ir iespējams izmantot izotopu attiecības masas spektrometru, lai noteiktu, vai materiālam ir organiska izcelsme, un pat dažos gadījumos precīzi noteikt ģeogrāfisko apgabalu, kurā tas ir radies. To var izmantot tiesu zinātnē. Piemēram, nelegālo narkotiku paraugus var izsekot līdz to izcelsmei, un augsnes paraugus, kas ņemti no aizdomās turētā, var izotopiski salīdzināt ar paraugiem no nozieguma vietas.
Tā kā temperatūra un nokrišņi var ietekmēt izotopu frakcionēšanu, izotopu attiecības masas spektrometriju var izmantot, lai pētītu zemes klimatu pagātnē. Čaulas veidojošo jūras organismu oglekļa un skābekļa izotopu uzņemšanas un nogulsnēšanās ātrums atšķiras atkarībā no klimata. Tādējādi šo organismu pārakmeņojušos atlieku izotopu attiecības var izmantot, lai iegūtu informāciju par klimatiskajiem apstākļiem, kad tie bija dzīvi.
Ģeoloģijā radiometriskā datēšana ir svarīgs izotopu attiecības masas spektrometra lietojums. Lai noteiktu iežu parauga vecumu, var izmantot noteiktu metālisko elementu izotopu attiecības. Kad veidojas iezis, tajā būs daži radioaktīvie izotopi. Tie zināmā ātrumā sadalās citos izotopos, vai nu no tā paša elementa, vai, biežāk, cita elementa. Tādējādi, lai noteiktu iežu vecumu, var izmantot sākotnējā izotopa jeb “sākotnējā” izotopa attiecību pret sabrukšanas produktu vai “meitas” izotopu.