應(yīng)用技術(shù)科普:穩(wěn)定同位素的特點(diǎn)及應(yīng)用
同位素指質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的同種化學(xué)元素,最常用的穩(wěn)定同位素有碳-13 (13C)、氮-15(15N)、氫-2 (2H即氘) 和氧(18O)等。因?yàn)檫@些同位素比普通元素重1到2個(gè)原子量單位,所以也叫作重元素。
穩(wěn)定同位素 (stable isotope) 就是在元素周期表中,原子序數(shù)相同,原子質(zhì)量不同,化學(xué)性質(zhì)基本相同,半衰期大于10的15次方年的元素的同位素,即無輻射衰變,質(zhì)量保持永恒不變。
迄今發(fā)現(xiàn)的穩(wěn)定性同位素有274種。但得到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)并已廣泛應(yīng)用的主要為氘(2H)、碳-13(13C)、氮-15(15N)、氧-18(18O)、氖-22(22Ne)、硼-10(10B)等少數(shù)幾種產(chǎn)品。
穩(wěn)定性同位素之間的質(zhì)量有差異,因而其核自旋性質(zhì)很不相同,核磁共振相對(duì)頻率及相對(duì)靈敏度也有很大的差異,這為質(zhì)譜法、核磁共振法等測(cè)試穩(wěn)定同位素的豐度提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
穩(wěn)定性同位素及其化合物之間的化學(xué)性質(zhì)和生物性質(zhì)是相同的,只是具有不同的核物理性質(zhì),因此,可以用穩(wěn)定性同位素作為示蹤原子,制成含有穩(wěn)定性同位素的標(biāo)記化合物,利用其與相應(yīng)非標(biāo)記元素的不同特性,通過質(zhì)譜儀、核磁共振儀等分析儀器來測(cè)定穩(wěn)定同位素反應(yīng)后的位置、數(shù)量及其轉(zhuǎn)變量等,從而了解反應(yīng)的機(jī)理、途徑、效果等。
穩(wěn)定同位素在自然界無處不在,包括所有化合物、水和大氣,所以也就自然地存在于動(dòng)植物和人體內(nèi)。其物理化學(xué)性質(zhì)與普通元素相同,所以可用作示蹤劑來標(biāo)記化合物用于科學(xué)研究、臨床醫(yī)學(xué)和藥物生產(chǎn)等幾乎所有自然領(lǐng)域。由于沒有輻射污染,穩(wěn)定同位素示蹤劑可以用于任何對(duì)象,包括孕婦、嬰兒和疾病患者,無論是口服還是注射,都絕對(duì)安全。
穩(wěn)定同位素技術(shù)的另一特點(diǎn)是其測(cè)試定量的高精度和超高精度,達(dá)到PPM級(jí)(即百萬分之一精度),而且同時(shí)也測(cè)定了化合物的濃度,事半功倍,且降低了測(cè)試誤差。現(xiàn)在,利用同位素技術(shù)人們可以同時(shí)測(cè)定多個(gè)不同的樣品,從而提高測(cè)定效率。這些高效率、高精度的特點(diǎn)是放射性同位素等技術(shù)所不可比擬的。
穩(wěn)定同位素技術(shù)的第三個(gè)特點(diǎn)是其示蹤能力的微觀性和靈活多變性。微觀性是指它可以用來標(biāo)記、追蹤化合物分子內(nèi)部某個(gè)或多個(gè)特定原子,比如葡萄糖分子中各個(gè)原子在人體內(nèi)的不同代謝途徑, 哪些原子進(jìn)入三羧酸循環(huán)產(chǎn)生能量,而哪些原子進(jìn)入脂肪代謝途徑參與脂肪合成。多變性是指通過對(duì)同位素標(biāo)記位點(diǎn)的合理選擇和巧妙設(shè)計(jì)來追蹤、定性定量測(cè)定化合物的不同代謝途徑或者生成過程。
曼哈格在十幾年就開始研究穩(wěn)定同位素技術(shù),通過持續(xù)十余年的底層同位素研發(fā)創(chuàng)新、技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)品積累,公司建立了全面的精準(zhǔn)制備技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化體系,自主研發(fā)了多項(xiàng)核心專有技術(shù),是目前世界上少數(shù)幾家可以同時(shí)規(guī)模化系列化臨床同位素原料的公司之一。
能夠根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域的關(guān)鍵應(yīng)用需求,精準(zhǔn)配置原料比列與進(jìn)行精準(zhǔn)化、個(gè)性化制備,同時(shí)能夠?yàn)榭蛻籼峁┙鉀Q方案的技術(shù)服務(wù)。在涉及同位素的各個(gè)領(lǐng)域,相信曼哈格未來會(huì)做的更好,為中國的環(huán)境、材料、農(nóng)業(yè)、食品醫(yī)藥等領(lǐng)域的研究發(fā)展,貢獻(xiàn)自己的力量。
穩(wěn)定性同位素在土壤、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、生物、生態(tài)、環(huán)境等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于它具有綜合長期地球化學(xué)變化和聯(lián)系不同系統(tǒng)成分的能力,起著在時(shí)間、空間上聯(lián)絡(luò)的作用,可為研究成巖作用提供珍貴的地球化學(xué)信息,對(duì)了解環(huán)境演化具有重大意義。在研究環(huán)境介質(zhì)中化學(xué)物質(zhì)的遷移、轉(zhuǎn)化及溯源性等方面有廣闊的應(yīng)用前景。穩(wěn)定同位素在自然界的無所不在意味著該技術(shù)應(yīng)用的普遍性,有大自然顯微鏡的獨(dú)特功能,將揭開越來越多的大自然和人體的奧秘。
標(biāo)簽:穩(wěn)定性同位素
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