Szén -13 - Carbon-13
 | |
| Tábornok | |
|---|---|
| Szimbólum | 13 C |
| Nevek | szén-13, C-13 |
| Protonok | 6 |
| Neutronok | 7 |
| Nuklid adatok | |
| Természetes bőség | 1,109% |
| Izotóp tömege | 13.003355 u |
| Spin | - 1 / 2 |
|
A szén izotópjai A nuklidok teljes táblázata | |
A Carbon-13 ( 13 C) a szén természetes, stabil izotópja , amelynek magja hat protont és hét neutront tartalmaz . A környezeti izotópok egyikeként a Föld természetes szén -dioxidjának körülbelül 1,1% -át teszi ki.
Detektálás tömegspektrometriával
Egy szerves vegyület tömegspektruma általában egy kis tömegegységet tartalmaz, amely nagyobb, mint a teljes molekula látszólagos molekulaion -csúcsa (M). Ez ismert, mint a M + 1 csúcs és származik a néhány molekulákat, amelyek tartalmaznak egy 13 C atom helyén egy 12 C. tartalmazó molekula egy szénatomot lesz várható, hogy egy M + 1 csúcs körülbelül 1,1% a az M -csúcs mérete, mivel a molekulák 1,1% -ának 13 C, nem pedig 12 C lesz . Hasonlóképpen, egy két szénatomot tartalmazó molekula M+1 csúcsa várhatóan az M csúcs méretének körülbelül 2,2% -a lesz, mivel kétszer nagyobb az esélye annak, hogy bármely molekula 13 C atomot tartalmaz.
A fentiekben a matematikát és a kémiát egyszerűsítettük, azonban hatékonyan használható a kis- és közepes méretű szerves molekulák szénatomszámának megadására. A következő képletben az eredményt a legközelebbi egész számra kell kerekíteni :
ahol C = a C atomok, X = amplitúdója az M ion csúcs, és Y = amplitúdó a M + 1 ion csúcs.
13 C-ben dúsított vegyületeket használnak az anyagcsere-folyamatok tömegspektrometriás kutatásában. Az ilyen vegyületek biztonságosak, mivel nem radioaktívak. Ezenkívül 13 C -t használnak a fehérjék mennyiségi meghatározására (kvantitatív proteomika ). Az egyik fontos alkalmazás a sejtkultúrában (SILAC) stabil izotóp -jelölés aminosavak szerint . 13 C-dúsított vegyületeket használnak orvosi diagnosztikai tesztekben, például a karbamid-lehelet tesztben . Elemzés ezekben a vizsgálatokban általában az arány 13 C és 12 C izotóparány tömegspektrometriával .
A 13 C és 12 C arány valamivel magasabb a C4 szén -dioxid -rögzítést alkalmazó üzemekben, mint a C3 szén -rögzítést alkalmazó üzemekben . Mivel a kétféle növény különböző izotóparányai a táplálékláncon keresztül terjednek, kollagén és egyéb izotóp aláírásának mérésével megállapítható, hogy egy ember vagy más állat fő étrendje elsősorban C3 vagy C4 növényekből áll -e. szövetek. Az étrend 13 % -os arányának szándékos növelése az i-food fogalma , amely a hosszú élettartam növelésének javasolt módja .
Felhasználás a tudományban
A növények, valamint a tengeri karbonátok 13 ° C -os differenciális felvétele miatt lehetséges ezeknek az izotóp aláírásoknak a használata a földtudományban. A biológiai folyamatok elsősorban a kisebb tömegű izotópokat veszik fel, kinetikus frakcionálással . A vizes geokémiában a felszíni és talajvizekben található széntartalmú anyagok δ 13 C értékének elemzésével azonosítható a víz forrása. Ennek oka az, hogy a légköri, karbonátos és növényi δ 13 C értékek mind különböznek. A biológiában a szén-13 és a szén-12 izotópok aránya a növényi szövetekben a növények fotoszintézisének típusától függően eltérő, és ez felhasználható például annak meghatározására, hogy milyen típusú növényeket fogyasztottak az állatok. A nagyobb szén-13 koncentráció sztómás korlátozásokat jelez , amelyek információt szolgáltathatnak a növények aszály alatti viselkedéséről. A szénizotópok fagyűrű -elemzésével utólag lehet megérteni az erdők fotoszintézisét és azt, hogy az aszály milyen hatással van rá.
A geológiában a 13 C/ 12 C arányt használják az üledékes kőzet rétegének azonosítására, amely a permi kihaláskor keletkezett 252 Mya, amikor az arány hirtelen 1%-kal változott. További információ a 13 C/ 12 C arány tudományos felhasználásáról az izotóp aláírásokról szóló cikkben található .
A Carbon-13 nullától eltérő spin-kvantumszáma 1/2, és így lehetővé teszi a széntartalmú anyagok szerkezetének vizsgálatát szén-13 nukleáris mágneses rezonancia segítségével .
A szén-13 karbamid légzés teszt biztonságos és rendkívül pontos diagnosztikai eszköz a Helicobacter pylori fertőzés gyomorban való jelenlétének kimutatására . A szén-13-at használó karbamid-leheletvizsgálat bizonyos sebezhető populációk esetében előnyösebb a szén-14-nél, mivel nem radioaktív.
Termelés
Az ömlesztett szén-13 kereskedelmi célú felhasználásra, például kémiai szintézisre, természetes 1% -os mennyiségéből gazdagodik. Bár a szén-13 elválasztható a fő szén-12 izotóptól olyan technikákkal, mint a termikus diffúzió, a kémiai csere, a gázdiffúzió, valamint a lézeres és kriogén desztilláció, jelenleg csak a metán vagy a szén-monoxid kriogén desztillációja gazdaságosan megvalósítható ipari termelési technika. Az ipari szén-13 gyártó üzemek jelentős beruházást jelentenek, több mint 100 méter magas kriogén desztillációs oszlopokra van szükség a szén-12 vagy szén-13 tartalmú vegyületek elválasztásához. A világ legnagyobb kereskedelmi forgalomban lévő szén-13 gyártó üzeme 2014-ben évente ~ 400 kg szén-13 termelési kapacitással rendelkezik. Ezzel szemben egy 1969-es szén-monoxid-kriogén desztillációs kísérleti üzem a Los Alamos Scientific Laboratories-ban évente 4 kg szén-13-at tudott előállítani.
Lásd még
Megjegyzések