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常用来稳定同位素气体的应用


到目前为止,已经发现274种稳定同位素,它们的质量不同,因此它们的核自旋性质也有很大的不同。核磁共振的相对频率和相对灵敏度也有很大差异,为核磁共振和质谱法检测稳定同位素丰度提供了技术依据。

由于稳定同位素不具有放射性,在分离、合成和应用标记化合物时没有特殊的保护要求,使用方便、使用安全、无毒。它们可以直接应用于动物和人体营养、临床医学研究和医学诊断等许多领域。目前,氘(d2)和硼10(10b)等一些产品已经工业化并得到广泛应用,它主要是通过重水电解生产的。除氘灯、氘化试剂、核磁共振和核聚变外,气体主要用于光纤工业生产低水峰光纤。10B用于控制核反应堆的反应速度。氘和硼10被认为是目前大量消耗的同位素气体产品。此外,碳13(13c)、氮15(15n2)、氧18(18o2)、氖22(22ne)等同位素气体和同位素复合试剂在许多研究和分析中得到广泛应用。

稳定同位素及其化合物具有相同的化学和生物性质,但具有不同的物理性质。因此,稳定同位素可作为示踪原子用于制备含稳定同位素的标记化合物。用质谱法和核磁共振法测定反应后稳定同位素的位置、数量和转化率,利用它们的不同性质和相应的标记元素,了解反应的机理、途径和效果。

在生命科学领域,核磁共振(NMR)和质谱(MS)需要稳定的同位素整合技术来研究不同蛋白质群体的结构和功能,包括同位素编码亲和标记(ICATM)、细胞培养氨基酸稳定同位素标记(SILAC)、靶蛋白绝对定量分析(AQUATM)等。通过生物代谢、酶水解或化学反应将稳定同位素引入蛋白质等生物大分子中。利用分子生物学软件进行大规模的仪器分析,可以得到生物大分子的结构图。

在医学领域,稳定同位素产品已广泛应用于临床研究、各种疾病的诊断与鉴定、疾病判断、疗效评价、器官功能研究和医学领域新药开发,如PET诊断、幽门螺杆菌13C尿素呼气检测等。肿瘤治疗(硼中子俘获治疗),药物研究,等等。

在环境科学研究中,稳定同位素的组成随环境条件的变化而变化。氮同位素是污染物的良好指标。在生态系统污染监测中,15n值也可作为水环境污染的指标。利用稳定同位素技术,生态学家可以在不干扰生态系统自然状态和元素性质的情况下,测量许多随时间和空间变化的生态过程。稳定同位素15N可用于测定植物固氮或吸收土壤中NH4+和NO3-获得的氮的相对比例;测定土壤碳氮周转率;确定N2O(硝化细菌或反硝化细菌)的来源;确定食物链的长度;确定空气和水污染物的来源;如何确定植物分布区域等。

能量代谢的研究主要集中在运动医学、儿童营养、饮食营养、减肥、航天员饮食等方面。



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