Dusíkové izotopy
Dusík ( N ) má 16 izotopy známý hmotnostní číslo pohybující se v rozmezí od 10 do 25, a nukleární izomer , 11m N. Dva z nich jsou stabilní a jsou obsaženy v přírodě, dusík-14 ( 14 N) a dusík 15 ( 15 N) , první představuje téměř veškerý přítomný dusík (99,64%). Jsou široce používány pro izotopové studie, zejména pro cyklus dusíku a potravinové sítě.
Dusík je přiřazeno standardní atomovou hmotnost 14.0067 u .
Všechny jeho radioizotopy mají krátký poločas , přičemž dusík-13 ( 13 N) má nejdelší poločas, 9 965 minut, všechny ostatní mají poločas menší než 7,15 sekundy a většina mezi nimi méně než 625 ms .
Izotopy, které jsou lehčí než stabilní izotopy obecně rozpad do izotopů uhlíku , od protonů emise nebo emisí positron (β + ) a těžší beta - rozpad do izotopů kyslíku .
Přírodní dusík
Přírodní dusík je tvořen dvěma stabilními izotopy 14 N a 15 N, přičemž druhý je velmi malý.
Izotop
|
Hojnost
(molární procento)
|
Rozsah variací
|
---|
14 N
|
99,636 (20)%
|
99,579– 99,654
|
15 N.
|
0,364 (20)%
|
0,346 - 0,421
|
Dusík 13
Dusík-13 ( 13 N ), je dusík izotop, jehož jádro se skládá ze 7 protonů a 6 neutronů. Je to radioizotop, a to zejména v důsledku radioaktivního transmutace kyslíku 13 , který je transformován do uhlík 13 u emisí positron , a je z tohoto důvodu použitého v pozitronové emisní tomografii .
Dusík 14
Dusík-14 ( 14 N ), je dusík izotop, jehož jádro se skládá ze sedmi protonů a sedmi neutronů. Je to jeden ze dvou stabilních izotopů dusíku a představuje 99,636% dusíku přítomného na Zemi.
Dusík-14 je jedním z mála stabilních izotopů s lichým počtem protonů i neutronů. Každý přispívající jaderný spin pro plus nebo minus 1/2, což má za následek celkový magnetický moment rotace 1.
Stejně jako všechny prvky těžší než bór se za původní zdroj 14 N (a 15 N) ve vesmíru považuje hvězdná nukleosyntéza , kde se produkuje během cyklu CNO .
Dusík 14 je zdrojem přírodního uhlíku 14 : některá kosmická záření způsobují jadernou reakci s 14 N v horní atmosféře a vytvářejí 14 C. Tento radioizotop se poté opět rozpadá na dusík 14 s poločasem asi 5 730 let.
Dusík 15
Dusík-15 ( 15 N ), je dusík izotop, jehož jádro se skládá ze 7 protonů a 8 neutronů. Je to druhý ze dvou stabilních izotopů dusíku a představuje 0,364% dusíku přítomného na Zemi. Podílí se na cyklu CNO, což je proces dodávající většinu energie hvězd hmotnější než Slunce.
Tento izotop se často používá v zemědělském a lékařském výzkumu , například při experimentu Meselson-Stahl , aby se zjistila povaha replikace DNA . Rozšíření tohoto výzkumu vedlo k vývoji metody stabilní izotopové sondy založené na DNA, která umožňuje pozorovat vazby mezi metabolickými funkcemi a taxonomickou identitou mikroorganismů v prostředí, aniž by bylo nutné izolovat kulturu. Dusík-15 je široce používán ke sledování minerálů složených z dusíku (zejména hnojiv ) a je-li používán v kombinaci s jinými izotopovými stopovacími látkami, je velmi důležitým indikátorem pro popis vývoje znečišťujících látek. Organo-nitro.
Dusík-15 se často používá v NMR spektroskopii , protože na rozdíl od hojného dusíku-14, který má celočíselný spin a tedy kvadrupólový moment, má 15 N spin 1/2 - , což nabízí výhody v NMR, jako je tloušťka tenčí čáry . Tyto proteiny mohou být označeny isotopy při kultivaci na médiu obsahujícím 15 N jako jediný zdroj dusíku. Dusík 15 lze také použít k označení proteinů proteomickým kvantitativním způsobem ( SILAC (en) ).
Poměr 15 N / 14 N v organismu může také poskytnout informace o jeho stravě, což je pohyb nahoru v potravinovém řetězci, který má tendenci koncentrovat 15 N izotop , od 3 do 4 ‰ v každé fázi potravinového řetězce.
Dusík 15 může být vyroben ze dvou zdrojů, emisí positron z kyslíku 15 a p - rozpadu z uhlíku 15 .
Dusík 16
Dusíku 16 ( 16 N ), je nestabilní dusík izotop, jehož jádro se skládá ze 7 protonů a 9 neutronů. Jeho perioda je 7,13 s. Rozpadá se na kyslík 16 emitováním elektronu a speciálně energetického paprsku gama (10,419 MeV ). Vzniká zejména v srdci vodních reaktorů aktivací kyslíku ve vodě rychlým tokem neutronů . Gama dusík je hlavní 16 v blízkosti zdroje záření primárního systému reaktorů . Vzhledem k velmi krátké době jeho emitoru toto záření mizí v prvních okamžicích následujících po odstavení reaktoru.
Symbol izotopu
|
Z ( p )
|
N ( n )
|
izotopová hmotnost (u)
|
Poločas rozpadu
|
Decay způsob (y) |
Izotop (y)
syn
|
Roztočit
jaderný
|
---|
Budicí energie
|
---|
10 N
|
7
|
3
|
10.04165 (43)
|
200 (140) × 10 −24 s [2,3 (16) MeV]
|
p
|
9 ° C
|
(2−)
|
11 N
|
7
|
4
|
11.02609 (5)
|
590 (210) × 10 −24 s [1,58 (+ 75–52) MeV]
|
p
|
10 ° C
|
1/2 +
|
11 m severní šířky
|
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 Buďte |
13 N |
7
|
6
|
13,00573861 (29)
|
9,965 (4) min
|
β + |
13 ° C
|
1 / 2−
|
14 N |
7
|
7
|
14,0030740048 (6)
|
Stabilní
|
1+
|
15 N.
|
7
|
8
|
15 0001088982 (7)
|
Stabilní
|
1 / 2−
|
16 N
|
7
|
9
|
16.0061017 (28)
|
7,13 odst. 2 písm
|
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
|
ne
|
23 N
|
|
25 N.
|
7
|
18
|
25.06066 (54) #
|
<260 ns
|
|
|
1 / 2− #
|
-
Kromě dusíku 14 jsou dalšími čtyřmi stabilními atomy s lichým počtem protonů a neutronů deuterium , lithium 6 , bór 10 a tantal 180m .
-
Stabilní izotopy v tuku.
-
Okamžitě se rozpadá na dvě částice α pro jasnou reakci: 12 N → 3 4 He + e +
-
Používá se v pozitronové emisní tomografii .
Poznámky
- Přesnost hojnosti izotopů a atomové hmotnosti je omezena variacemi. Uvedené variační rozsahy jsou obvykle platné pro veškerý běžný pozemský materiál.
- Hodnoty označené # nejsou odvozeny čistě z experimentálních údajů, ale také alespoň částečně ze systematických trendů. Točení, jejichž určení je nejisté, jsou v závorkách.
- Nejistoty jsou stručně uvedeny v závorkách za odpovídajícím desetinným místem. Hodnoty nejistoty označují jednu směrodatnou odchylku, s výjimkou izotopového složení a standardní atomové hmotnosti IUPAC, které používají rozšířené nejistoty.
Poznámky a odkazy
-
Macko, SA (1982). Stabilní poměry izotopů dusíku jako stopovací látky organických geochemických procesů. Disertační abstrakty International Část B: Věda a inženýrství [DISS. ABST. INT. PT. B- SCI. & ENG.]., 42 (7), 1982 ( abstrakt ).
-
(in) Meselson Pan Stahl FW, „ Replikace DNA v E. coli “ , Proc. Natl. Acad. Sci. USA , roč. 44,1958, str. 671–682 ( PMID 16590258 , PMCID 528642 , DOI 10.1073 / pnas.44.7.671 , Bibcode 1958PNAS ... 44..671M )
-
(in) Radajewski S., McDonald IR, Murrell JC, „ Stabilní izotopové sondování nukleových kyselin: okno do funkce nekulturních mikroorganismů “ , Curr. Opin. Biotechnol , sv. 14,2003, str. 296–302
-
Cupples, AM, EA Shaffer, JC Chee-Sanford a GK Sims. 2007. Plovoucí hustota DNA se během 15N sondování stabilního izotopu DNA posune. Microbiological Res. 162: 328-334.
-
Marsh, KL, GK Sims a RL Mulvaney. 2005. Dostupnost močoviny pro autotrofní bakterie oxidující amoniak ve vztahu k osudu močoviny značené 14C a 15N přidané do půdy. Biol. Plod. Půda. 42: 137-145.
-
Bichat, F., GK Sims a RL Mulvaney. 1999. Mikrobiální využití heterocyklického dusíku z atrazinu. Půda Sci. Soc. Am. J. 63: 100-110.
-
CRC Handbook of Chemistry and Physics , 64 th edition, 1983 - 1984; strana B-234
-
(en) Universal Nuclide Chart
- Hmotnost izotopů z:
- (en) G. Audi, AH Wapstra, C. Thibault, J. Blachot a O. Bersillon, „ Hodnocení jaderných vlastností a vlastností rozkladu NUBASE “ , Nuclear Physics A , sv. 729,2003, str. 3–128 ( DOI 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001 , Bibcode 2003NuPhA.729 .... 3A , číst online [ archiv23. září 2008] )
- Standardní izotopové složení a atomové hmotnosti:
- (en) JR de Laeter, JK Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, HS Peiser, KJR Rosman a PDP Taylor, „ Atomové váhy prvků. Review 2000 (IUPAC Technical Report) “ , Pure and Applied Chemistry , sv. 75, n O 6,2003, str. 683–800 ( DOI 10.1351 / pac200375060683 , číst online )
- (en) ME Wieser, „ Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report) “ , Pure and Applied Chemistry , sv. 78, n o 11,2006, str. 2051–2066 ( DOI 10.1351 / pac200678112051 , shrnutí , číst online )
- Poločas, spin a data o vybraných izomerech z následujících zdrojů:
- (en) G. Audi, AH Wapstra, C. Thibault, J. Blachot a O. Bersillon, „ Hodnocení jaderných vlastností a vlastností rozkladu NUBASE “ , Nuclear Physics A , sv. 729,2003, str. 3–128 ( DOI 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001 , Bibcode 2003NuPhA.729 .... 3A , číst online [ archiv23. září 2008] )
- (en) National Nuclear Data Center , „ NuDat 2.1 database “ , Brookhaven National Laboratory (konzultováno v září 2005 )
- (en) NE Holden and DR Lide ( eds. ), CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC Press ,2004, 85 th ed. , 2712 str. ( ISBN 978-0-8493-0485-9 , číst online ) , „Tabulka izotopů“ , část 11
Související články
Bibliografie
- Atwell, L., Hobson, KA, & Welch, HE (1998). Biomagnifikace a bioakumulace rtuti v arktické mořské potravní síti: poznatky ze stabilní analýzy izotopů dusíku . Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 55 (5), 1114-1121.
- Broida, HP a Chapman, MW (1958). Stabilní analýza izotopů dusíku optickou spektroskopií. Analytical Chemistry, 30 (12), 2049-2055 ( abstrakt ).
- Cabana, G., & Rasmussen, JB (1994). Modelování struktury potravinového řetězce a bioakumulace kontaminujících látek pomocí stabilních izotopů dusíku . Nature, 372 (6503), 255-257.
- Hansson, S., Hobbie, JE, Elmgren, R., Larsson, U., Fry, B., & Johansson, S. (1997). [Stabilní poměr izotopů dusíku jako marker interakcí mezi potravinami a sítí a migrace ryb] . Ecology, 78 (7), 2249-2257 ( abstrakt ).
- Hobson, KA, Gloutney, ML a Gibbs, HL (1997). Zachování vzorků krve a tkání pro analýzu izotopů stabilního uhlíku a stabilního dusíku . Canadian Journal of Zoology, 75 (10), 1720-1723 ( abstrakt ).
- Hobson, KA, Alisauskas, RT a Clark, RG (1993). Obohacení izotopů stabilního dusíku ve ptačích tkáních v důsledku hladovění a nutričního stresu: důsledky pro izotopové analýzy stravy . Condor, 388-394.
- Kidd, KA, Schindler, DW, Hesslein, RH a Muir, DCG (1995). Korelace mezi stabilními poměry izotopů dusíku a koncentracemi organochlorů v biotě ze sladkovodní potravinové sítě . Science of the Total Environment, 160, 381-390 ( abstrakt ).
- Lund, LJ, Horne, AJ, & Williams, AE (1999). Odhad denitrifikace ve velké vybudované mokřadní oblasti za použití stabilních poměrů izotopů dusíku . Ecological Engineering, 14 (1), 67-76 ( http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925857499000208 abstrakt]).
- Macko, SA, Fogel, ML, Hare, PE, & Hoering, TC (1987). Izotopová frakcionace dusíku a uhlíku při syntéze aminokyselin mikroorganismy . Chemická geologie: Isotope Geoscience section, 65 (1), 79-92.
- Macko, SA (1982). Stabilní poměry izotopů dusíku jako stopovací látky organických geochemických procesů. Disertační abstrakty International Část B: Věda a inženýrství [DISS. ABST. INT. PT. B- SCI. & ENG.]., 42 (7), 1982
- Macko, SA, Estep, MLF, Engel, MH a Hare, PE (1986). Kinetická frakcionace stabilních izotopů dusíku během transaminace aminokyselinami. Geochimica and Cosmochimica Acta, 50 (10), 2143-2146. ( shrnutí )
- Macko, SA, a Estep, ML (1984). Mikrobiální změna stabilního dusíkatého a uhlíkového izotopového složení organické hmoty . Organic Geochemistry, 6, 787-790.
- Nadelhoffer, KJ a Fry, B. (1994). Studie izotopů dusíku v lesních ekosystémech ; Stabilní izotopy v ekologii a environmentální vědě. Blackwell, Oxford, 316.
- Schoeninger, MJ, DeNiro, MJ, a Tauber, H. (1983). Stabilní poměry izotopů dusíku v kostním kolagenu odrážejí mořské a suchozemské složky prehistorické lidské stravy . Science, 220 (4604), 1381-1383.
- Schoeninger, MJ, a DeNiro, MJ (1984). Dusíkové a uhlíkové izotopové složení kostního kolagenu z mořských a suchozemských živočichů . Geochimica and Cosmochimica Acta, 48 (4), 625-639 ( http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0016703784900917 abstrakt]).
- Vander Zanden, MJ, Cabana, G., & Rasmussen, JB (1997). Porovnání trofické polohy sladkovodních ryb vypočítané pomocí stabilních poměrů izotopů dusíku (δ15N) a literárních údajů o stravě . Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 54 (5), 1142-1158.
Periodická tabulka z
izotopů