Carbon-13

Углерод-13 (C) - природный, стабильный изотоп углерода с ядром, содержащим шесть протонов и семь нейтроны. Как один из изотопов окружающей среды, он составляет около 1,1% всего природного углерода на Земле.

Содержание

• 1 Обнаружение с помощью масс-спектрометрии
• 2 Использование в науке
• 3 См. Также
• 4 Примечания

Обнаружение с помощью масс-спектрометрии

A масс-спектр органического соединения будет обычно содержат небольшой пик на одну единицу массы больше, чем видимый пик молекулярного иона (M) всей молекулы. Это известно как пик M + 1 и происходит от нескольких молекул, которые содержат атом C вместо C. Ожидается, что молекула, содержащая один атом углерода, будет иметь пик M + 1 приблизительно 1,1% от размера пик M, поскольку 1,1% молекул будут иметь C, а не C. Аналогичным образом ожидается, что молекула, содержащая два атома углерода, будет иметь пик M + 1, составляющий примерно 2,2% от размера пика M, поскольку вероятность того, что любая молекула будет содержать атом C, вдвое выше.

Вышеупомянутая математика и химия были упрощены, однако их можно эффективно использовать для определения количества атомов углерода для органических молекул малого и среднего размера. В следующей формуле результат должен быть округлен до ближайшего целого числа :

$C\; =\; 100\; Y\; 1.1\; X\; \{\backslash \; displaystyle\; C\; =\; \{\backslash \; frac\; \{100Y\}\; \{1.1X\}\}\}$

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

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

Отношение C к C немного выше у растений, использующих фиксацию углерода C4, чем у растений, использующих Углеродная фиксация C3. Поскольку разные соотношения изотопов для двух видов растений распространяются по пищевой цепочке, можно определить, состоит ли основной рацион человека или другого животного в основном из растений C3 или растений C4, путем измерения изотопной сигнатуры их коллагена и других тканей. Преднамеренное увеличение доли C в рационе - это концепция i-food, предлагаемый способ увеличения долголетия.

Использование в науке

Из-за дифференцированного поглощения растениями как а также морские карбонаты углерода C, 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 δC углеродсодержащего материала, обнаруженного в поверхностных и грунтовых водах, можно определить источник воды. Это связано с тем, что значения δC, полученные из атмосферы, карбонатов и растений, 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. В геологии отношение C / C используется для определения 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 C / C в науке можно найти в статье о изотопных сигнатурах.

Углерод-13 имеет ненулевое квантовое число спина 1/2 и, следовательно, позволяет строить углеродную структуру. содержащие вещества, подлежащие исследованию с помощью ядерного магнитного резонанса углерода-13.

Дыхательный тест с мочевиной углерод-13 - это безопасный и высокоточный диагностический инструмент для выявления наличия инфекции Helicobacter pylori в желудке. Тест на выдыхание карбамида с использованием углерода-13 предпочтительнее, чем углерод-14 для некоторых уязвимых групп населения из-за его нерадиоактивности.

См. Также

• Изотопы углерода
• Фракционирование изотопов

Примечания

.