Кислород-18

Изотоп кислорода

Кислород-18 (¹⁸
O , Ω [ ^1] ) — природный, стабильный изотоп кислорода и один из изотопов окружающей среды .

¹⁸
O является важным прекурсором для производства фтордезоксиглюкозы (ФДГ), используемой в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Обычно в радиофармацевтической промышленности обогащенная вода ( H
₂Ω ) бомбардируется ионами водорода либо в циклотроне , либо в линейном ускорителе , производя фтор-18 . Затем он синтезируется в ФДГ и вводится пациенту. Его также можно использовать для получения чрезвычайно тяжелой версии воды в сочетании с тритием ( водородом -3):³
ЧАС
₂¹⁸
О или Т
₂Ω . Это соединение имеет плотность почти на 30% больше, чем у природной воды. ^[2]

Точные измерения¹⁸
Опирайтесь на надлежащие процедуры анализа, подготовки и хранения образцов. ^[3]

Палеоклиматология

В ледяных кернах, в основном арктических и антарктических , соотношение¹⁸
О к¹⁶
O (известный как δ18O ) можно использовать для определения температуры осадков с течением времени. Предполагая, что циркуляция атмосферы и высота не претерпели значительных изменений над полюсами, температуру образования льда можно рассчитать как равновесное фракционирование между фазами воды, которое известно для разных температур. Молекулы воды также подвергаются рэлеевскому фракционированию ^[4], поскольку атмосферная вода движется от экватора к полюсу, что приводит к постепенному истощению¹⁸
O , или ниже δ¹⁸
Значения O. В 1950-х годах Гарольд Юри провел эксперимент, в котором он смешал в бочке обычную воду и воду с кислородом-18, а затем частично заморозил содержимое бочки.
Соотношение¹⁸
О /¹⁶
О (δ¹⁸
O ) также может быть использован для определения палеотермометрии в определенных типах окаменелостей. Рассматриваемые окаменелости должны демонстрировать прогрессивный рост животного или растения, которое представляет окаменелость. Используемый ископаемый материал обычно представляет собой кальцит или арагонит , однако палеотермометрия изотопов кислорода также была проведена для фосфатных окаменелостей с использованием SHRIMP . ^[5] Например, сезонные колебания температуры могут быть определены по одной морской раковине гребешка . По мере роста гребешка на поверхности раковины наблюдается расширение. Каждую полосу роста можно измерить, и расчет используется для определения вероятной температуры морской воды по сравнению с каждым ростом. Уравнение для этого следующее:

${\displaystyle T=A+B\cdot \left(\left(\delta {\ce {^{18}O}}\right)\overbrace {{\ce {CaCO3}}} ^{\text{calcite}}-\left(\delta {\ce {^{18}O}}\right)\overbrace {{\ce {H2O}}} ^{\text{water}}\right)}$

Где T — температура в градусах Цельсия, а A и B — константы.

Для определения температуры океана в течение геологического времени необходимо измерить несколько ископаемых одного и того же вида в разных стратиграфических слоях , а разница между ними будет указывать на долгосрочные изменения. ^[6]

Физиология растений

При изучении фотодыхания растений маркировка атмосферы кислородом-18 позволяет измерить поглощение кислорода путем фотодыхания. Маркировка¹⁸
О
₂дает однонаправленный поток O
₂поглощение, в то время как есть чистый фотосинтетический¹⁶
О
₂эволюция. Было показано, что в доиндустриальной атмосфере большинство растений поглощают, посредством фотодыхания, половину кислорода, произведенного фотосинтезом . Затем выход фотосинтеза уменьшился вдвое из-за присутствия кислорода в атмосфере. ^{[7] [8]}

18F производство

Фтор-18 обычно получают путем облучения воды, обогащенной ¹⁸ O (H ₂ ¹⁸ O), высокоэнергетическими (около 18 МэВ ) протонами , полученными в циклотроне или линейном ускорителе , в результате чего получается водный раствор фторида ¹⁸ F. Затем этот раствор используют для быстрого синтеза меченой молекулы, часто с атомом фтора, заменяющим гидроксильную группу. Меченые молекулы или радиофармпрепараты необходимо синтезировать после приготовления радиофтора, поскольку высокоэнергетическое протонное излучение разрушит молекулы.

Большие объемы воды, обогащенной кислородом-18, используются в центрах позитронно-эмиссионной томографии для производства на месте фтордезоксиглюкозы (ФДГ) , меченной ^18F .

Примером производственного цикла является 90-минутное облучение 2 миллилитров воды, обогащенной ^18O , в титановой ячейке через окно толщиной 25 мкм, изготовленное из фольги Havar ( кобальтовый сплав ), протонным пучком с энергией 17,5 МэВ и током пучка 30 микроампер .

Облученную воду необходимо очистить перед следующим облучением, чтобы удалить органические загрязнения, следы трития, образующиеся в результате реакции ¹⁸ O(p,t) ¹⁶ O, а также ионы, выщелоченные из целевой ячейки и распыленные с фольги Havar. ^[9]

Смотрите также

• Вилли Дансгаард – палеоклиматолог
• Изотопы кислорода
• Палеотермометрия
• Паштет из фуа-гра (рассказ)
• Δ18О
• Глобальная линия метеоритной воды

Ссылки

1. Капилла, Хосе Э.; Аревало, Хавьер Родригес; Кастаньо, Сильвино Кастаньо; Тейжейро, Мария Фе Диас; дель Мораль, Рут Санчес; Диас, Хавьер Эредиа (19 сентября 2012 г.). «Картирование кислорода-18 в метеорных осадках над полуостровом Испания с использованием геостатистических инструментов» (PDF) . cedex.es . Валенсия, Испания: Девятая конференция по геостатистике для экологических приложений . Проверено 8 мая 2017 г.
2. Полинг, Лайнус (1988). "12-7. Тяжелая вода". Общая химия (3-е изд.). Довер. стр. 438. ISBN 978-0-486-65622-9.
3. Цанг, Ман-Инь; Яо, Вэйци; Це, Кевин (2020). Ким, Иль-Нам (ред.). «Окисленные серебряные чашки могут искажать результаты изотопного анализа кислорода небольших образцов». Экспериментальные результаты . 1 : e12. doi : 10.1017/exp.2020.15 . ISSN  2516-712X.
4. Кендалл, К.; Колдуэлл, Э.А. (1998). "Глава 2: Основы изотопной геохимии". Изотопные трассеры в гидрологии водосбора . Elsevier Science BV, Амстердам.
5. Trotter, JA; Williams, IS; Barnes, CR; Lécuyer, C.; Nicoll, RS (2008). «Вызвало ли охлаждение океанов ордовикское биоразнообразие? Данные термометрии конодонтов». Science . 321 (5888): 550–4. Bibcode :2008Sci...321..550T. doi :10.1126/science.1155814. PMID  18653889. S2CID  28224399.
6. Кендалл, К.; Макдоннелл, Дж. Дж. (1998). Изотопные трассеры в гидрологии водосбора. Elsevier Science BV, Амстердам.
7. Gerbaud A, André M (ноябрь 1979). «Фотосинтез и фотодыхание в целых растениях пшеницы». Plant Physiol . 64 (5): 735–8. doi :10.1104/pp.64.5.735. PMC 543347. PMID  16661044 . 
8. Canvin DT, Berry JA, Badger MR, Fock H, Osmond CB (август 1980). «Кислородный обмен в листьях на свету». Plant Physiol . 66 (2): 302–7. doi :10.1104/pp.66.2.302. PMC 440587. PMID  16661426 . 
9. "Очистка обогащенной воды-H218O для использования в обычном производстве 18FDG" (PDF) . www.iaea.org . Получено 20.05.2024 .