Typen isotoopit
Typpi ( N ) on 16 -isotooppien tunnetaan massan määrä vaihtelee 10-25, ja ydin- isomeeri , 11m N. Kaksi niistä ovat stabiileja ja läsnä luonnossa, typpi-14 ( 14 N) ja typen 15 ( 15 N) , edellinen edustaa melkein kaikkea läsnä olevaa typpeä (99,64%). Niitä käytetään laajalti isotooppitutkimuksissa, erityisesti typpisyklissä ja ruokaverkoissa.
Typpille on annettu standardi atomimassa 14,0067 u .
Kaikilla sen radioisotoopeilla on lyhyt puoliintumisaika , ja typpi-13: lla ( 13 N) on pisin puoliintumisaika, 9,965 minuuttia, kaikkien muiden puoliintumisaika on alle 7,15 sekuntia ja useimpien välillä alle 625 ms .
Isotooppeja, jotka ovat kevyempiä kuin stabiileja isotooppeja yleensä hajota hiili-isotooppien , jonka protoni päästö tai positroniemissiotomografia (β + ) ja raskaampi β - hajoaminen osaksi hapen isotoopit .
Luonnollinen typpi
Luonnollinen typpi koostuu kahdesta stabiilista isotoopista 14 N ja 15 N, joista jälkimmäiset ovat hyvin vähäisiä.
Isotooppi
|
Yltäkylläisyys
(mooliprosentti)
|
Vaihtelualue
|
---|
14 N
|
99,636 (20)%
|
99,579–99,654
|
15 N
|
0,364 (20)%
|
0,346 - 0,421
|
Typpi 13
Typpi-13 ( 13 N ) on typpi isotooppi, jonka ytimen koostuu 7 protonia ja 6 neutroneja. Se on radioisotooppi, erityisesti Tuloksena radioaktiivisesta transmutaatioon happea 13 , joka muunnetaan hiili-13 mukaan positroniemissiotomografia , ja on tästä syystä käytetään positroniemissiotomografia .
Typpi 14
Typpi-14 ( 14 N ) on typpi isotooppi, jonka ytimen koostuu seitsemästä protonit ja seitsemän neutroneja. Se on yksi kahdesta stabiilista typen isotoopista ja edustaa 99,636% maapallossa olevasta typestä.
Typpi-14 on yksi harvoista stabiileista isotoopeista, joissa on pariton määrä sekä protoneja että neutroneja. Kukin myötävaikuttava ydinkierros plus- tai miinus 1/2: lle, jolloin kokonais spin-magneettinen momentti on 1.
Kuten kaikkien booria raskaampien alkuaineiden , 14 N: n (ja 15 N) alkuperäisen lähteen uskotaan olevan tähtien nukleosynteesi , missä sitä tuotetaan CNO-syklin aikana .
Typpi-14 on lähde luonnon hiili-14 : tiettyjen kosminen säteilyn aiheuttaa ydinreaktio , jossa on 14 N ylemmässä ilmakehässä, luodaan 14 C. Tämä radioisotooppi sitten hajoaa jälleen typpi-14, jossa on puoli-elämän noin 5730 vuosi vanha .
Typpi 15
Typpi-15 ( 15 N ) on typpi isotooppi, jonka ytimen koostuu 7 protonia ja 8 neutroneja. Se on toinen kahdesta stabiilista typen isotoopista ja edustaa 0,364% maapallossa olevasta typestä. Se on mukana CNO-syklissä, joka on prosessi, joka toimittaa suurimman osan aurinkoa massiivisemmasta tähtien energiasta.
Tätä isotooppia käytetään usein maatalous- ja lääketieteellisessä tutkimuksessa , esimerkiksi Meselson-Stahl-kokeessa , DNA-replikaation luonteen selvittämiseksi . Tämän tutkimuksen laajennus on johtanut DNA-pohjaisen stabiilin isotooppianturimenetelmän kehittämiseen, joka mahdollistaa aineenvaihduntatoimintojen ja ympäristössä olevien mikro-organismien taksonomisen identiteetin välisten yhteyksien havainnoinnin ilman erillistä viljelmää. Typpi-15: tä käytetään laajalti typestä koostuvien mineraalien (erityisesti lannoitteiden ) jäljittämiseen , ja kun sitä käytetään yhdessä muiden isotooppisten merkkiaineiden kanssa, se on erittäin tärkeä merkkiaine epäpuhtauksien evoluution kuvaamiseksi.
Typpi-15: tä käytetään usein NMR-spektroskopiassa , koska toisin kuin runsas typpi-14, jolla on kokonaislukema ja siten kvadrupolimomentti, 15 N: n spin on 1/2 - , mikä tarjoaa NMR: ssä etuja, kuten ohuemman viivan paksuuden . Proteiinit voidaan leimata isotoopilla viljelylaitteeseen alustalla, joka sisälsi 15 N ainoana typen lähteenä. Typpi 15: ää voidaan käyttää myös proteiinien leimaamiseen proteomisessa kvantitatiivisessa muodossa ( SILAC (en) ).
Myös 15 N / 14 N- suhde organismissa voi antaa vihjeitä sen ruokavaliosta, ylöspäin suuntautuvasta liikkeestä ravintoketjussa, joka pyrkii konsentroimaan 15 N- isotoopin , 3 - 4 ‰ jokaiseen ruokaketjun vaiheeseen.
Typpeä 15 voidaan valmistaa kahdesta lähteestä, positroniemissiotomografia päässä happi 15 ja β - rappeutuminen ja hiili 15 .
Typpi 16
Typpi 16 ( 16 N ) on epävakaa typpi isotooppi, jonka ytimen koostuu 7 protonia ja 9 neutroneja. Sen aika on 7,13 s. Se hajoaa hapeksi 16 lähettämällä elektronin ja erityisen energisen gammasäteen (10,419 MeV ). Se muodostuu erityisesti vesireaktorien sydämessä aktivoimalla vedessä oleva happi nopealla neutronivirralla . Gamma typpi on tärkein 16 vieressä säteilylähteen ensisijaisen järjestelmän veden reaktoreissa . Lähettimen hyvin lyhyen ajan vuoksi tämä säteily katoaa reaktorin sammutuksen jälkeisillä ensimmäisillä hetkillä.
isotooppi
symboli |
Z ( p )
|
N ( n )
|
isotooppimassa (u)
|
Puolikas elämä
|
Hajaantumistila (t) |
Isotooppi (t)
poika
|
Pyöritä
ydin
|
---|
Viritysenergia
|
---|
10 N
|
7
|
3
|
10.04165 (43)
|
200 (140) × 10 −24 s [2,3 (16) MeV]
|
s
|
9 C
|
(2−)
|
11 N
|
7
|
4
|
11.02609 (5)
|
590 (210) x 10 -24 s [1,58 (+ 75-52) MeV]
|
s
|
10 ° C
|
1/2 +
|
11m pohjoista
|
740 (60) keV
|
6,90 (80) × 10 −22 s
|
|
|
1 / 2−
|
12 N
|
7
|
5
|
12.0186132 (11)
|
11 000 (16) ms
|
β + (96,5%)
|
12 ° C
|
1+
|
β + , α (3,5%)
|
8 Ole |
13 N |
7
|
6
|
13.00573861 (29)
|
9,965 (4) min
|
β + |
13 C
|
1 / 2−
|
14 N |
7
|
7
|
14.0030740048 (6)
|
Vakaa
|
1+
|
15 N
|
7
|
8
|
150001088982 (7)
|
Vakaa
|
1 / 2−
|
16 N
|
7
|
9
|
16.0061017 (28)
|
7,13 (2) s
|
β - (99,99%)
|
16 O
|
2−
|
β - , α (0,001%)
|
12 ° C
|
17 N
|
7
|
10
|
17.008450 (16)
|
4,173 (4) s
|
β - , n (95,0%)
|
16 O
|
1 / 2−
|
β - (4,99%)
|
17 O
|
β - , α (0,0025%)
|
13 C
|
18 N
|
7
|
11
|
18.014079 (20)
|
622 (9) ms
|
β - (76,9%)
|
18 O
|
1−
|
β - , α (12,2%)
|
14 ° C
|
β - , n (10,9%)
|
17 O
|
19 N
|
7
|
12
|
19.017029 (18)
|
271 (8) ms
|
β - , n (54,6%)
|
18 O
|
(1/2 -)
|
β - (45,4%)
|
19 O
|
20 N
|
7
|
13
|
20.02337 (6)
|
130 (7) ms
|
β - , n (56,99%)
|
19 O
|
|
β - (43,00%)
|
20 O
|
21 N
|
7
|
14
|
21.02711 (10)
|
87 (6) ms
|
β - , n (80,0%)
|
20 O
|
1/2 - #
|
β - (20,0%)
|
21 O
|
22 N
|
7
|
15
|
22.03439 (21)
|
13,9 (14) ms
|
β - (65,0%)
|
22 O
|
|
β - , n (35,0%)
|
21 O
|
23 N
|
7
|
16
|
23.04122 (32) #
|
14,5 (24) ms [14,1 (+ 12-15) ms]
|
β - |
23 O
|
1/2 - #
|
24 N
|
7
|
17
|
24.05104 (43) #
|
<52 ns
|
ei
|
23 N
|
|
25 N
|
7
|
18
|
25.06066 (54) #
|
<260 ns
|
|
|
1/2 - #
|
-
Typen 14 lisäksi muut neljä stabiilia atomia, joissa on pariton määrä protoneja ja neutroneja, ovat deuterium , litium 6 , boori 10 ja tantaali 180 m .
-
Vakaa isotooppi rasvassa.
-
Hajoaa välittömästi kahdeksi a-hiukkaseksi selkeän reaktion saamiseksi: 12 N → 3 4 He + e +
-
Käytetään positroniemissiotomografiassa .
Huomautukset
- Isotooppisen runsauden ja atomimassan tarkkuutta rajoittavat vaihtelut. Annetut vaihteluvälit ovat normaalisti voimassa kaikelle normaalille maanpäälliselle materiaalille.
- Arvolla # merkittyjä arvoja ei johdeta pelkästään kokeellisista tiedoista, vaan myös ainakin osittain systemaattisista suuntauksista. Kierrokset, joiden määrittäminen on epävarmaa, ovat sulkeissa.
- Epävarmuustekijät ilmoitetaan suluissa vastaavien desimaalien jälkeen. Epävarmuusarvot tarkoittavat yhtä standardipoikkeamaa, lukuun ottamatta isotooppikoostumusta ja IUPAC-vakiomassaa, joissa käytetään laajennettuja epävarmuustekijöitä.
Huomautuksia ja viitteitä
-
Macko, SA (1982). Vakaa typpi-isotooppisuhde orgaanisten geokemiallisten prosessien merkkiaineina. Väitöskirjan tiivistelmät Kansainvälinen osa B: Tiede ja tekniikka [DISS. ABST. INT. PT. B- SCI. & ENG.]., 42 (7), 1982 ( tiivistelmä ).
-
(in) Meselson Mr. Stahl FW, " replikaatio-DNA E. coli " , Proc. Natl. Acad. Sci. USA , voi. 44,1958, s. 671-682 ( PMID 16590258 , PMCID 528642 , DOI 10,1073 / pnas.44.7.671 , Bibcode 1958PNAS ... 44..671M )
-
(in) Radajewski S., McDonald IR, Murrell JC, " stabiili isotooppi tunnustelevat nukleiinihappojen: ikkunan funktio viljelemättömien mikro-organismien " , Curr. Opin. Biotechnol , voi. 14,2003, s. 296–302
-
Cupples, AM, EA Shaffer, JC Chee-Sanford, ja GK Sims. 2007. DNA: n kelluva tiheys muuttuu 15 N DNA: n stabiilin isotooppikoetuksen aikana. Mikrobiologinen res. 162: 328 - 334.
-
Marsh, KL, GK Sims ja RL Mulvaney. 2005. Urean saatavuus autotrofisiin ammoniakkia hapettaviin bakteereihin, mikä liittyy maaperään lisätyn 14C- ja 15N-leimatun urean kohtaloon. Biol. Fert. Maaperä. 42: 137 - 145.
-
Bichat, F., GK Sims ja RL Mulvaney. 1999. Atratsiinin heterosyklisen typen mikrobien käyttö. Maaperä Sci. Soc. Am. J. 63: 100 - 110.
-
CRC Handbook of Chemistry and Physics , 64 th edition, 1983-1984; sivu B-234
-
(en) Universal Nuclide Chart
- Isotooppien massa:
- (en) G. Audi, AH Wapstra, C. Thibault, J. Blachot ja O. Bersillon, “ The NUBASE assessment of nucle and raydarding ” , Nuclear Physics A , voi. 729,2003, s. 3-128 ( DOI 10,1016 / j.nuclphysa.2003.11.001 , Bibcode 2003NuPhA.729 .... 3A , lukea verkossa [ arkisto23. syyskuuta 2008] )
- Vakiot isotooppikoostumukset ja atomimassat:
- (en) JR de Laeter, JK Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, HS Peiser, KJR Rosman ja PDP Taylor, ” Atomic weight of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) ” , Pure and Applied Chemistry , voi. 75, n ° 6,2003, s. 683–800 ( DOI 10.1351 / pac200375060683 , lue verkossa )
- (en) ME Wieser, " Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report) " , Pure and Applied Chemistry , voi. 78, n ° 11,2006, s. 2051–2066 ( DOI 10.1351 / pac200678112051 , yhteenveto , lue verkossa )
- Puoliintumisaika, spin ja tiedot valituista isomeereistä seuraavista lähteistä:
- (en) G. Audi, AH Wapstra, C. Thibault, J. Blachot ja O. Bersillon, “ The NUBASE assessment of nucle and raydarding ” , Nuclear Physics A , voi. 729,2003, s. 3-128 ( DOI 10,1016 / j.nuclphysa.2003.11.001 , Bibcode 2003NuPhA.729 .... 3A , lukea verkossa [ arkisto23. syyskuuta 2008] )
- (en) National Nuclear Data Center , ” NuDat 2,1 tietokanta ” , Brookhaven National Laboratory (kuullaan syyskuu 2005 )
- (en) NE Holden ja DR Lide ( toim. ), CRC: n kemian ja fysiikan käsikirja , CRC Press ,2004, 85 th ed. , 2712 Sivumäärä ( ISBN 978-0-8493-0485-9 , luettu verkossa ) , ”Isotooppitaulukko” , osa 11
Aiheeseen liittyvät artikkelit
Bibliografia
- Atwell, L., Hobson, KA, ja Welch, HE (1998). Elohopean biomagnifikaatio ja biokertyminen arktisessa meren ruokaverkossa: oivalluksia vakaasta typpi-isotooppianalyysistä . Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 55 (5), 1114-1121.
- Broida, HP ja Chapman, MW (1958). Stabiili typpi-isotooppianalyysi optisella spektroskopialla. Analyyttinen kemia, 30 (12), 2049-2055 ( tiivistelmä ).
- Cabana, G., & Rasmussen, JB (1994). Ruokaketjun rakenteen ja epäpuhtauksien biokertyvyyden mallintaminen käyttämällä stabiileja typpi-isotooppeja . Nature, 372 (6503), 255-257.
- Hansson, S., Hobbie, JE, Elmgren, R., Larsson, U., Fry, B. ja Johansson, S. (1997). [Stabiili typpi-isotooppisuhde ruoan ja verkon vuorovaikutuksen ja kalojen kulkeutumisen merkkinä] . Ecology, 78 (7), 2249-2257 ( tiivistelmä ).
- Hobson, KA, Gloutney, ML ja Gibbs, HL (1997). Veri- ja kudosnäytteiden säilyttäminen stabiilin hiilen ja stabiilin typen isotooppianalyysiä varten . Canadian Journal of Zoology, 75 (10), 1720-1723 ( tiivistelmä ).
- Hobson, KA, Alisauskas, RT ja Clark, RG (1993). Stabiili typpi-isotooppirikastus lintukudoksissa paaston ja ravitsemuksellisen stressin vuoksi: vaikutukset ruokavalion isotooppianalyyseihin . Condor, 388-394.
- Kidd, KA, Schindler, DW, Hesslein, RH, & Muir, DCG (1995). Korrelaatio stabiilien typpi-isotooppisuhteiden ja orgaanisten klooripitoisuuksien välillä makean veden ruokaverkosta peräisin olevassa eliössä . Science of the Total Environment, 160, 381-390 ( tiivistelmä ).
- Lund, LJ, Horne, AJ ja Williams, AE (1999). Arvioidaan denitrifikaatio suurella rakennetulla kosteikolla käyttämällä vakaita typpi-isotooppisuhteita . Ecological Engineering, 14 (1), 67-76 ( http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925857499000208 tiivistelmä]).
- Macko, SA, Fogel, ML, Hare, PE ja Hoering, TC (1987). Typen ja hiilen isotooppifraktiointi aminohappojen synteesissä mikro-organismien avulla . Kemiallinen geologia: Isotooppigeologian osa, 65 (1), 79-92.
- Macko, SA (1982). Vakaa typpi-isotooppisuhde orgaanisten geokemiallisten prosessien merkkiaineina. Väitöskirjan tiivistelmät Kansainvälinen osa B: Tiede ja tekniikka [DISS. ABST. INT. PT. B- SCI. & ENG.], 42 (7), 1982
- Macko, SA, Estep, MLF, Engel, MH, & Hare, PE (1986). Stabiilien typpi-isotooppien kineettinen fraktiointi aminohappojen transaminoinnin aikana. Geochimica ja Cosmochimica Acta, 50 (10), 2143-2146. ( yhteenveto )
- Macko, SA ja Estep, ML (1984). Orgaanisen aineen stabiilien typpi- ja hiili-isotooppikoostumusten mikrobimuutos . Orgaaninen geokemia, 6, 787-790.
- Nadelhoffer, KJ, ja Fry, B. (1994). Typen isotooppitutkimukset metsäekosysteemeissä ; Vakaa isotooppi ekologiassa ja ympäristötieteessä. Blackwell, Oxford, 316.
- Schoeninger, MJ, DeNiro, MJ ja Tauber, H. (1983). Luukollageenin vakaa typpi-isotooppisuhde heijastaa ihmisen esihistoriallisen ruokavalion meren ja maan komponentteja . Science, 220 (4604), 1381-1383.
- Schoeninger, MJ, ja DeNiro, MJ (1984). Meri- ja maaeläinten luukollageenin typpi- ja hiili-isotooppinen koostumus . Geochimica ja Cosmochimica Acta, 48 (4), 625-639 ( http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0016703784900917 tiivistelmä]).
- Vander Zanden, MJ, Cabana, G., & Rasmussen, JB (1997). Makean veden kalojen trofisen aseman vertaaminen laskettuna käyttämällä stabiilia typpi-isotooppisuhteita (δ15N) ja kirjallisuuden ruokavalion tietoja . Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 54 (5), 1142-1158.
Jaksollisen of
isotooppien