동위원소학

Isotopologue
동위원소 물질과 혼동하지 마십시오.

동위원소들은 그들의 동위원소 구성에서만 다른 분자들이다.[1] 그들은 원자의 화학식과 결합배열이 같지만 적어도 하나의 원자는 모체와는 다른 수의 중성자를 가지고 있다.

어디에hydrogen-related isotopologues 있는 하나의 예는 물,:" 가벼운 물"(HOH 또는 H2O), 프로튬(HDO 또는 1H2에 동등한 비율의 중수소 동위 원소와"semi-heavy 물".HO), 수소의 분자(중수 또는 2H2O)당 두개의 중수소 동위 원소로,"super-heavy 물"이나 삼중 수소 수(T2O 또는 3H2O뿐만 아니라 병원 이동 명령[1H3HO]과 DTO -LSB- 2H3H"중수".O] 여기서 수소 원자의 일부 또는 전부를 삼중수소 동위원소로 대체한다. 물의 산소 관련 동위원소는 일반적으로 이용 가능한 형태의 중산소(HO218)를 포함하며 O 동위원소와 버전을 분리하기가 더 어렵다. 예를 들어, 두 개의 라벨이 있는 물 동위원소 DO에서218 두 원소는 동위원소로 대체될 수 있다.

서로 다른 동위원소의 원자는 분자 내 어디에든 있을 수 있으므로 그 차이는 순 화학 공식에 있다. 만약 화합물이 동일한 원소의 여러 원자를 가지고 있다면, 그 중 어떤 원자도 변형된 원자가 될 수 있고, 그것은 여전히 동일한 동위원소일 것이다. 동일한 동위원소 변형 원소의 서로 다른 위치를 고려할 때, 1992년 Syman과 Paine가 처음 제안한 동위원소 물질이라는 용어가 사용된다.[2][3] 동위원소 물질주의는 구조에서 서로 다른 원소의 입헌적 이성질체주의와 유사하다. 구조물의 공식과 대칭에 따라, 한 동위원소의 여러 동위원소가 있을 수 있다. 예를 들어, 에탄올은 분자식 CHO를26 가지고 있다. 단분해 에탄올, CHDO는25 그것의 동위원소다. 구조 공식 CH-CH-O-D와32 CHD-2CH-O-H는2 해당 동위원소의 두 동위원소다.

단일 대체 동위원소

해석 화학 응용

단일 대체 동위원소 원소체는 중수화된 클로로포름(CDCl3)과 같은 중수 용제가 용액의 H 신호를 방해하지 않는 핵자기 공명 실험과 운동동위원소 효과 조사에 사용될 수 있다.

지구화학 응용

주요기사 : 동위원소 지질화학

안정적 동위원소 지질화학 분야에서는 탄소, 산소, 수소, 질소, 유황의 희귀한 중동위원소를 함유한 단순 분자의 동위원소를 사용해 자연환경과 지구의 과거 평형 및 운동과정을 추적한다.

이중으로 대체된 동위원소

단일 대체 동위원소 분석만으로 접근하기 어려운 환경의 평형 및 운동 과정을 추적하기 위해 안정적인 동위원소 지질화학 분야에서 부피 동위원소(더블 대체 동위원소)의 풍부성 측정이 이용되어 왔다.

현재 이중으로 대체된 동위원소에는 다음이 포함된다.

분석 요구사항

이중 대체종의 IRMS는 C, H, O의 무거운 동위원소의 상대적 희귀성 때문에 기존의 안정적인 동위원소 측정보다 샘플 가스의 부피가 크고 분석 시간이 길기 때문에 매우 안정적인 계측이 필요하다. 또한 CH와5+ CHD3+ 이온이 질량 18에서 CHD와22+ CHD3+ 종의 측정을 간섭하는 메탄계처럼 이중 대체 동위원소들은 종종 등심 간섭을 받는다. 그러한 종을 측정하려면 한 종과 다른 종을 분리할 수 있는 매우 높은 질량 해결 능력이 필요하거나,[11] 관심 종의 풍부함에 대한 간섭 종의 기여를 모델링해야 한다. 이러한 분석적 과제는 다음과 같다. 이중으로 대체된 동위원소를 정밀하게 측정한 첫 번째 간행물은 2004년까지 나타나지 않았다. 단 하나의 대체 동위원소는 수십 년 전에 측정되었다.[12]

기존 가스원 IRMS 계측기의 대안으로 튜닝 가능한 다이오드 레이저 흡수 분광학도 이소바르 간섭이 없는 이중 대체 종을 측정하는 방법으로 등장하여 메탄 동위원소 CHD에3 적용되었다.

평형분수

가벼운 동위원소가 무거운 동위원소(예: C의 경우 C)로 대체되면 두 원자 사이의 결합이 더 느리게 진동하여 결합의 영점 에너지를 낮추고 분자를 안정시키는 작용을 하게 된다.[13] 따라서 이중으로 대체된 결합을 가진 동위원소는 열역학적으로 약간 더 안정적이며, 이는 각 중동위원소의 통계적 풍부함(동위원소의 확률적 분포로 알려져 있음)에 의해 예측된 것보다 이중으로 대체된 (또는 "클러핑된") 종의 풍부함을 더 많이 생성하는 경향이 있다. 이 효과는 온도가 감소함에 따라 크기가 증가하기 때문에 덩어리진 종의 풍부함은 기체가 형성되거나 평형화된 온도와 관련이 있다.[14] 알려진 온도에서 평형상태로 형성된 표준기체에서 덩어리가 많은 종의 풍부함을 측정함으로써 온도계를 교정할 수 있고, 분비를 알 수 없는 표본에 적용할 수 있다.

운동분수

대체된 동위원소 곱하기의 풍부함 또한 운동과정에 의해 영향을 받을 수 있다. 단일 대체 동위원소에 대해서는, 이중 대체 종에서 열역학적 평형으로부터의 이탈은 일어나는 특정한 반응의 존재를 나타낼 수 있다. 대기에서 일어나는 광화학 작용은 광합성 작용과 마찬가지로2 O의 풍부함을 평형에서 변화시키는 것으로 나타났다.[15] CHD와3 CHD의22 측정은 메탄의 미생물 처리를 확인할 수 있으며, 메탄 형성에 있어 양자 터널링의 중요성을 입증하는 데 사용되어 왔으며, 여러 메탄 저장소의 혼합과 정량화에도 사용되었다. 두 NO1518 동위원소 NNO와21418 NNO의 상대적 숙성 변화는 NO가2 박테리아 변성화에 의해 생성되었는지 또는 박테리아 질화화에 의해 생성되었는지 구별할 수 있다.

여러 개의 대체 동위원소

생화학적 응용

질적(새로운 경로 검출) 또는 양적(경로의 정량적 몫 검출) 접근방식에서 대사경로를 해명하기 위해 동위원소를 사용하는 경우, 핵자기 공명 또는 질량분석 실험에는 여러 대체 동위원소를 사용할 수 있다. 생화학에서 인기 있는 예는 조사 중인 유기체(예: 박테리아, 식물 또는 동물)에 의해 대사되고 나중에 새로 형성된 아미노산이나 신진대사 사이클 제품에서 그 서명이 검출될 수 있는 균일한 라벨 포도당(U-C13 포도당)의 사용이다.

참고 항목

참조

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외부 링크