Мы используем файлы cookie.
Продолжая использовать сайт, вы даете свое согласие на работу с этими файлами.
Ізотопи в медицині
Ізотопи оксигену
Другие языки:

Ізотопи оксигену

Подписчиков: 0, рейтинг: 0
Поширеність
ізотопів
кисню
16O 99.76%
17O 0.04%
18O 0.20%

Ізото́пи ки́сню — атоми кисню (оксигену) з різною чисельністю нейтронів у ядрах. Відомо 18 ізотопів кисню, з них три — стабільних: 16O, 17O, 18O. Решта 15 — від 11O до 28O —— радіоактивні та мають період напіврозпаду менше 123 секунд.

Кисень-16 є третім за поширеністю ізотопом у Всесвіті, поступається лише 1H та 4He. На Землі частка 16O з-поміж ізотопів кисню становить 99,76%, внаслідок цього атомна маса кисню усереднено становить 15.9994 а.о.м.. В окремих середовищах, внаслідок температурних змін, тощо вона коливається в проміжку 15.99903—15.99977 а.о.м..

Стабільні ізотопи

У природі існує три стабільних ізотопи кисню: 16O, 17O, 18O. 

Кисень-16 є другим після гелію-4 найрозповсюдженішим ізотопом з поміж продуктів зоряного нуклеосинтезу. Та утворюється після потрійної альфа реакції:

4He + 4He → 8Be (−0.0918 MeV)   Злиттям двох ядер гелію-4 виникає нестабільний берилій-8.
8Be + 4He → 12C + 2 γ||(+7.367 MeV)||  Якщо берилій-8 встигає провзаємодіяти з ядром гелію-4, утворюється вуглець-12.
12C + 4He → 16O + γ ||(+7.162 MeV)||  вуглець-12 поглинанням ядра гелію-4 у свою чергу продукує кисень-16.

У свою чергу два ядра кисню-16, в надрах масивних зір при температурах від 1500000000 K, можуть зливатися в ядра важчих елементів. Внаслідок цієї реакції ядерного горіння кисню утворюються різноманітні ізотопи, як масивніші (24Mg, 27Al, 28Si, 30P, 31P, 30S, 31S, 32S) так і легші (1H, 2H, 4He).

Співвідношення ізотопів

1935 року було виявлено, що співвідношення R= 18O16O в атмосфері Землі є вищим аніж у морській воді. Явище отримало назву ефект Доула на честь американського хіміка. Станом на 2005 рік співвідношення δ було виміряне:  R(атмосфери)R(океану)-1=23.88‰. Цей дисбаланс виникає через мас-залежне фракціонування ізотопів хімічних елементів живими організмами (при диханні чи фотосинтезі). Також важка вода (молекули з важчими ізотопами кисню чи водню) слабше випаровується з водойм при нижчих температурах. Аналізуючи співвідношення δ= R(зразок)R(стандарт)-1 можна оцінити температуру клімату планети на момент формування зразка, наприклад, вмерзання повітряної бульбашки в кригу. Порівняння ізотопного складу кисню для вкраплень повітря в крижаних кернах льодовиків із сучасними значеннями (наприклад Віденський стандарт середньої океанічної води) дозволяє палеоекології встановлювати хронологію кліматичних змін.

Радіонукліди

CNO-цикл в ядрах зірок, з проміжною ланкою 15O

Окрім трьох стабільних ізотопів кисню, було штучно синтезовано ще 15, усі вони короткоживучі. Найдовше існує 15O — період напіврозпаду 122.24±0.16 c. Найкоротше 25O — 2.8±0.5. × 10-21 с.

Кисень-15

Кисень-15 є однією з проміжних ланок вуглецево-азотного циклу (CNO-циклу), в якому чотири ядра протію (1H) перетворюються на ядро гелію-4 (4He). Цикл відіграє важливу роль в зоряному нуклеосинтезі.

Цей радіонуклід застосовується в медицині для позитронно-емісійної томографії (PET-візуалізація). 15O розпадається, випромінюючи позитрон, який у свою чергу анігілює з електроном з емісією двох гамма-квантів (з енергіями по ~511 кеВ). Аналіз розподілу гамма-квантів і використовується при обстеженні легень, центральної та периферійної гемодинаміки тощо. Щоправда через короткий час існування (період напіврозпаду — близько 2 хвилин), частіше застосовують інші ізотопи (11C, 13N, 18F).

В умовах земної атмосфери кисень-15 утворюється зокрема внаслідок впливу гамма-променів, що виникають зокрема від блискавок, на стабільний ізотоп 16O в молекулах кисню O2.

16O + γ → 15O + n

Упродовж кількох хвилин після утворення майже весь кисень-15 перетворюється на стабільний азот-15:
15O → 15N + ν + e+

Гамма-промені, що утворюються внаслідок анігіляції позитрона, пролітають в середньому до 90 м в атмосфері.

Список ізотопів кисню

Характеристики ізотопів кисню
Символ
нукліду 		Z(p) N(n) Маса ізотопу
(а.од.м.) 		Період
напіврозпаду
(T1/2) 		Канал розпаду
(ймовірність) 		Похідні
ізотопи 		Спін і Парність
ядра
Енергія збудження
11O 8 3 11.0(1) [~3.4 MeV] 2p 9C 3/2−, 5/2+
12O 8 4 12.034262(26) > 6.3× 10-21 c 2p (60%)
p (40%)		 10C
11N		 0+
13O 8 5 13.024815(10) 8.58(5)× 10-3 c β+ (89.1%)
β+p (10.9%)		 13N
12C*		 (3/2−)
14O 8 6 14.008596706(27) 70.621(14) c β+ 14N* 0+
15O 8 7 15.0030656(5) 122.24(16) с β+ 15N* 1/2−
16O* 8 8 15.99491461960(17) стабільний — — 0+
17O* 8 9 16.9991317566(7) стабільний — — 5/2+
18O* 8 10 17.9991596128(8) стабільний — — 0+
19O 8 11 19.0035780(28) 26.464(9) с β− 19F* 5/2+
20O 8 12 20.0040754(9) 13.51(5) с β− 20F 0+
21O 8 13 21.008655(13) 3.42(10) с β− 21F (5/2+)
22O 8 14 22.00997(6) 2.25(9) с β− (78%)
β−n (22%)		 22F
21F		 0+
23O 8 15 23.01570(13) 9.7(8)× 10-2 c β− (93%)
β−n (7%)		 23F
22F		 1/2+
24O 8 16 24.01986(18) 6.5(5)× 10-2 c β− (57%)
β−n (43%)		 24F
23F		 0+
25O 8 17 25.02934(18) 2.8(5)× 10-21 c n 24O 3/2+#
26O 8 18 26.03721(18) 9.0× 10-21 c 2n 24O 0+
27O 8 19 27.04772(54) <2.6× 10-7 c n (?)
2n (?)		 ? 3/2+#
28O 8 20 28.05591(75) <1.00× 10-7 c n (?)
2n (?)		 ? 0+
() — ± щодо останніх вказаних порядків значень; * — стабільні ізотопи;? — невідомо; # — розрахункові дані;

(β) — бета-розпад (β− — електрон; β+ — позитрон); p — протонний розпад ; n — випромінювання нейтрона;

Дивись також

Джерела

H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Новое сообщение