Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено с Carbon 13 )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Углерод-13,  13 С
Общий
Условное обозначение13 С
Именауглерод-13, С-13
Протоны6
Нейтронов7
Данные о нуклидах
Природное изобилие1,109%
Изотопная масса13.003355 [1] u
Вращение- 1 / 2
Изотопы углерода
Полная таблица нуклидов

Углерод-13 ( 13 С) является естественным, стабильным изотопом из углерода с ядром , содержащим шесть протонов и семь нейтронов . Как один из изотопов окружающей среды , он составляет около 1,1% всего природного углерода на Земле.

Обнаружение масс-спектрометрией [ править ]

Масс - спектр органического соединения, как правило , содержит небольшой пик одной единицы массы больше , чем кажущийся молекулярный пик иона (М) целой молекулы. Это известно как пик M + 1 и происходит от нескольких молекул, которые содержат атом 13 C вместо 12 C. Ожидается, что молекула, содержащая один атом углерода, будет иметь пик M + 1 приблизительно 1,1% от размер M пика, а 1,1% молекул будет иметь 13 C , а не 12 C . Точно так же ожидается, что молекула, содержащая два атома углерода, будет иметь пик M + 1, составляющий приблизительно 2,2% от размера пика M, так как вероятность того, что любая молекула будет содержать атом 13 C, вдвое выше .

Вышеупомянутая математика и химия были упрощены, однако ее можно эффективно использовать для определения числа атомов углерода для органических молекул малого и среднего размера. В следующей формуле результат нужно округлить до ближайшего целого числа :

C = количество атомов C X = амплитуда пика иона M Y = амплитуда пика иона M + 1

Соединения, обогащенные 13 C, используются для исследования метаболических процессов с помощью масс-спектрометрии. Такие соединения безопасны, потому что они нерадиоактивны. Кроме того, 13 C используется для количественной оценки белков (количественная протеомика ). Одним из важных приложений является « Мечение стабильных изотопов аминокислотами в культуре клеток» ( SILAC ). Соединения, обогащенные 13 C, используются в медицинских диагностических тестах, таких как дыхательный тест с мочевиной . Анализ в этих тестах обычно проводится по соотношению 13 C к 12 C с помощью масс-спектрометрии изотопного отношения .

Отношение 13 C к 12 C немного выше у растений, использующих фиксацию углерода C4, чем в растениях, использующих фиксацию углерода C3 . Поскольку разные соотношения изотопов для двух видов растений распространяются по пищевой цепи, можно определить, состоит ли основная диета человека или другого животного в основном из растений C3 или растений C4, путем измерения изотопной сигнатуры их коллагена и других растений. ткани. Преднамеренное увеличение доли 13 C в рационе - это концепция i-food , предлагаемый способ увеличения продолжительности жизни .

Использование в науке [ править ]

Основная статья: δ 13 C

Из-за дифференцированного поглощения 13 C растениями, а также морскими карбонатами , эти изотопные сигнатуры можно использовать в науках о Земле. Биологические процессы преимущественно поглощают изотоп с более низкой массой посредством кинетического фракционирования . В водной геохимии, анализируя значение δ 13 C углеродистого материала, обнаруженного в поверхностных и грунтовых водах, можно определить источник воды. Это связано с тем, что δ 13 атмосферного, карбонатного и растительного происхожденияВсе значения C различаются. В биологии соотношение изотопов углерода-13 и углерода-12 в тканях растений различается в зависимости от типа фотосинтеза растений, и это может быть использовано, например, для определения того, какие типы растений потребляли животные. Более высокие концентрации углерода-13 указывают на устьичные ограничения , которые могут дать информацию о поведении растений во время засухи. [2] Анализ изотопов углерода годичных колец может быть использован для ретроспективного понимания лесного фотосинтеза и того, как на него влияет засуха. [3]

В геологии соотношение 13 C / 12 C используется для идентификации слоя в осадочных породах, образовавшихся во время пермского вымирания 252 млн лет назад, когда соотношение резко изменилось на 1%. Более подробную информацию об использовании соотношения 13 C / 12 C в науке можно найти в статье об изотопных сигнатурах .

Углерод-13 имеет ненулевое квантовое число спина 1/2, что позволяет исследовать структуру углеродсодержащих веществ с помощью ядерного магнитного резонанса углерода-13 .

Дыхательный тест с мочевиной на углерод-13 - это безопасный и высокоточный диагностический инструмент для обнаружения инфекции Helicobacter pylori в желудке. [4] Дыхательный тест на мочевину с использованием углерода-13 предпочтительнее, чем углерод-14 для некоторых уязвимых групп населения из-за его нерадиоактивной природы. [4]

Производство [ править ]

Объемный углерод-13 для коммерческого использования, например, в химическом синтезе, обогащается от его естественного содержания в 1%. Хотя углерод-13 можно отделить от основного изотопа углерода-12 с помощью таких методов, как термодиффузия, химический обмен, диффузия газа, а также лазерная и криогенная дистилляция, в настоящее время только криогенная дистилляция метана или монооксида углерода является экономически целесообразным методом промышленного производства. [5] Промышленные установки по производству углерода-13 представляют собой значительные вложения, требуются криогенные дистилляционные колонны высотой более 100 метров для отделения углерод-12 или углерод-13 содержащих соединений. Крупнейший зарегистрированный завод по производству коммерческого углерода-13 в мире по состоянию на 2014 год [6]имеет производственную мощность ~ 400 кг углерода-13 в год. [7] Напротив, пилотная установка криогенной перегонки окиси углерода 1969 года в Лос-Аламосских научных лабораториях могла производить 4 кг углерода-13 в год. [8]

См. Также [ править ]

  • Изотопы углерода
  • Изотопное фракционирование

Заметки [ править ]

  1. ^ «Точные массы элементов и изотопное изобилие» . sisweb.com.
  2. ^ Фрэнси, RJ; Фаркуар, GD (май 1982 г.). «Объяснение вариаций 13 C / 12 C в годичных кольцах» . Природа . 297 (5861): 28–31. DOI : 10.1038 / 297028a0 . ISSN 1476-4687 . 
  3. ^ Макдауэлл, Нейт Дж .; Адамс, Генри Д .; Бейли, Джон Д .; Гесс, Марси; Колб, Томас Э. (2006). «Гомеостатическое поддержание газообмена сосны Пондероза в ответ на изменение плотности насаждений» . Экологические приложения . 16 (3): 1164–1182. DOI : 10,1890 / 1051-0761 (2006) 016 [тысяча сто шестьдесят четыре: HMOPPG] 2.0.CO; 2 . ISSN 1939-5582 . 
  4. ^ a b Манаф, Мохд Ризал Абдул; Хасан, Мохд Рохайзат; Шах, Шамсул Азхар; Йохани, Фадзрул Хафиз; Рахим, Мухаммад Аклил Абд (24.07.2019). «Точность теста дыхания на 13C-мочевину при инфекции Helicobacter pylori в азиатском населении: метаанализ» . Анналы глобального здравоохранения . 85 (1): 110. DOI : 10,5334 / aogh.2570 . ISSN 2214-9996 . PMC 6659579 . PMID 31348624 .   
  5. ^ Ли, Ху-Линь; Цзюй Юн-Линь; Ли, Лян-Цзюнь; Сюй, Да-Ган (2010). «Разделение изотопа 13C с использованием высокоэффективной структурированной насадки». Химическая инженерия и переработка: интенсификация процессов . Elsevier BV. 49 (3): 255–261. DOI : 10.1016 / j.cep.2010.02.001 . ISSN 0255-2701 . 
  6. ^ «Корпоративный обзор» . Кембриджские изотопные лаборатории . Проверено 10 ноября 2020 .
  7. ^ "Кембриджские изотопные лаборатории" . История . Проверено 10 ноября 2020 .
  8. ^ Армстронг, Дейл Э .; Briesmesiter, Arthur C .; Макинтир, BB; Поттер, Роберт М. (10 апреля 1970 г.). «Завод по производству углерода-13 с использованием перегонки окиси углерода» (PDF) . Отчет LASL . LA-4391.


Зажигалка:
карбон-12		Углерод-13 представляет собой
изотоп из углерода		Тяжелее:
углерод-14
Продукт распада :
бор-13 , азот-13		Цепочка распада
углерода-13		Распадается на:
стабильный