Кислород-18

Изотоп кислорода

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

¹⁸
O является важным предшественником 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 его синтезируют в ФДГ и вводят пациенту. Его также можно использовать для получения чрезвычайно тяжелой версии воды в сочетании с тритием ( водородом -3):³
ЧАС
₂¹⁸
О или Т
₂Ом . Это соединение имеет плотность почти на 30% большую, чем плотность природной воды. ^[2]

Точные измерения¹⁸
О полагаться на надлежащие процедуры анализа, подготовки и хранения проб. ^[3]

Палеоклиматология

В ледяных кернах, преимущественно арктических и антарктических , соотношение¹⁸
О , чтобы¹⁶
O (известный как δ18О ) можно использовать для определения температуры осадков во времени. Если предположить, что атмосферная циркуляция и высота над полюсами существенно не изменились, температуру образования льда можно рассчитать как равновесное фракционирование между фазами воды, известное для разных температур. Молекулы воды также подвергаются фракционированию Рэлея ^[4] по мере того, как атмосферная вода движется от экватора к полюсу, что приводит к постепенному истощению запасов воды.¹⁸
O или ниже δ¹⁸
О значения. В 1950-х годах Гарольд Юри провел эксперимент, в ходе которого смешал в бочке обычную воду и воду с кислородом-18, а затем частично заморозил ее содержимое.
Соотношение¹⁸
О /¹⁶
О (δ¹⁸
O ) также можно использовать для определения палеотермометрии в некоторых типах окаменелостей. Рассматриваемые окаменелости должны демонстрировать прогрессивный рост животного или растения, которое представляет собой ископаемое. Используемый ископаемый материал обычно представляет собой кальцит или арагонит , однако изотопная палеотермометрия кислорода также проводилась для фосфатных окаменелостей с использованием SHRIMP . ^[5] Например, сезонные колебания температуры можно определить по одной морской раковине гребешка . По мере роста гребешка на поверхности раковины появляется расширение. Каждую полосу роста можно измерить, и для определения вероятной температуры морской воды по сравнению с каждым ростом используется расчет. Уравнение для этого:

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

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

Для определения температуры океана в течение геологического времени необходимо измерить несколько окаменелостей одного и того же вида в разных стратиграфических слоях , и 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. Маркировка по¹⁸
О
₂дает однонаправленный поток O
₂поглощение, пока есть чистый фотосинтетический¹⁶
О
₂эволюция. Было показано, что в доиндустриальной атмосфере большинство растений реабсорбируют посредством фотодыхания половину кислорода, образующегося при фотосинтезе . Затем выход фотосинтеза сократился вдвое из-за присутствия кислорода в атмосфере. ^{[7] [8]}

18 F производство

Фтор-18 обычно получают облучением обогащенной ¹⁸ O воды (H ₂ ^{18 O)} протонами высокой энергии (около 18 МэВ ) , приготовленными в циклотроне или линейном ускорителе , с получением водного раствора фторида ¹⁸ F. Этот раствор затем используется для быстрого синтеза меченой молекулы , часто с заменой атома фтора на гидроксильную группу. Меченые молекулы или радиофармпрепараты необходимо синтезировать после получения радиофтора, поскольку излучение протонов высокой энергии может разрушить молекулы.

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

Примером производственного цикла является 90-минутное облучение 2 миллилитров воды, обогащенной ¹⁸ O, в титановой ячейке через окно толщиной 25 мкм, изготовленное из фольги Хавар ( сплав кобальта ), пучком протонов , имеющим энергию 17,5 МэВ и ток пучка 30 микроампер .

Облученная вода должна быть очищена перед повторным облучением от органических загрязнений, следов трития , образующегося в результате реакции ¹⁸ O(p,t) ¹⁶ O, а также ионов, выщелоченных из ячейки-мишени и распыленных с фольги Хавара. ^[9]

Смотрите также

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

Рекомендации

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 Испанией 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.). Дувр. п. 438. ИСБН 978-0-486-65622-9.
3. Цанг, Мань-Инь; Яо, Вэйци; Це, Кевин (2020). Ким, Иль-Нам (ред.). «Окисленные серебряные чашки могут исказить результаты по изотопам кислорода в небольших образцах». Результаты эксперимента . 1 : е12. дои : 10.1017/exp.2020.15 . ISSN  2516-712X.
4. Кендалл, К.; Колдуэлл, Э.А. (1998). «Глава 2: Основы изотопной геохимии». Изотопные индикаторы в гидрологии водосборных бассейнов . Elsevier Science BV, Амстердам.
5. Троттер, Дж.А.; Уильямс, Исландия; Барнс, Чехия; Лекюйер, К.; Николл, РС (2008). «Спровоцировало ли похолодание океанов ордовикское биоразнообразие? Данные термометрии конодонтов». Наука . 321 (5888): 550–4. Бибкод : 2008Sci...321..550T. дои : 10.1126/science.1155814. PMID  18653889. S2CID  28224399.
6. Кендалл, К.; Макдоннелл, Джей-Джей (1998). Изотопные индикаторы в гидрологии водосборов. Elsevier Science BV, Амстердам.
7. Гербо А, Андре М (ноябрь 1979 г.). «Фотосинтез и фотодыхание у цельных растений пшеницы». Физиол растений . 64 (5): 735–8. дои : 10.1104/стр.64.5.735. ПМЦ 543347 . ПМИД  16661044. 
8. Канвин Д.Т., Берри Дж.А., Бэджер М.Р., Фок Х., Осмонд CB (август 1980 г.). «Кислородный обмен в листьях на свету». Физиол растений . 66 (2): 302–7. дои : 10.1104/стр.66.2.302. ПМК 440587 . ПМИД  16661426. 
9. http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/46/048/46048804.pdf ^{[ пустой URL-адрес PDF ]}