Nitrogén izotópok
A nitrogén ( N ) 16 izotóppal rendelkezik, ismert tömegszáma 10-25 és egy nukleáris izomer , 11m N. Közülük kettő stabil és jelen van a természetben, a nitrogén-14 ( 14 N) és a nitrogén 15 ( 15 N) , előbbi a jelen lévő nitrogén szinte teljes részét képviseli (99,64%). Széles körben használják izotóp vizsgálatokhoz, különös tekintettel a nitrogén körforgásra és az élelmiszerhálózatokra.
A nitrogénhez standard atomtömeg 14,0067 u .
Valamennyi radioizotópjának rövid a felezési ideje , a nitrogén-13 ( 13 N) felezési ideje a leghosszabb, 9,965 perc, az összes többi felezési ideje kevesebb, mint 7,15 másodperc, és többségük kevesebb, mint 625 ms .
Az izotópok, amelyek könnyebbek, mint a stabil izotópok általában bomlanak szénizotóp , a proton emissziós vagy pozitronemissziós (β + ), és a nehezebb a β - bomlás be oxigén izotópok .
Természetes nitrogén
A természetes nitrogént a két stabil 14 N és 15 N izotóp alkotja , utóbbi nagyon kicsi.
| Izotóp
|
Bőség
(moláris százalék)
|
Variációk tartománya
|
|---|
|
14 N
|
99,636 (20)%
|
99.579–99.654
|
|
15 N
|
0,364 (20)%
|
0,346 - 0,421
|
Nitrogén 13
A nitrogén-13 ( 13 N ) nitrogén izotóp, amelynek magja 7 protonból és 6 neutronból áll. Ez egy radioizotóp, különösen eredő radioaktív transzmutációja oxigén 13 , amely átalakul szén-13 által pozitronemissziós , és ez az oka alkalmazott pozitronemissziós tomográfia .
Nitrogén 14
A nitrogén-14 ( 14 N ) nitrogén izotóp, amelynek magja hét protonból és hét neutronból áll. Ez a nitrogén két stabil izotópjának egyike , és a Földön jelen lévő nitrogén 99,636% -át képviseli.
A nitrogén-14 egyike azon kevés stabil izotópnak, amelyekben páratlan számú proton és neutron is található. Mindegyik járulékos nukleáris centrifugálás plusz vagy mínusz 1/2 értékre, így a teljes spin-mágneses momentum 1.
Mint minden nehezebb elemek, mint a bór , az eredeti forrása a 14 N (és 15 N) a Világegyetem vélhetően csillagok nukleoszintézis , ahol termelik során a CNO ciklus .
Nitrogén-14 a forrása a természetes szén-14 : bizonyos kozmikus sugárzások okoznak nukleáris reakciót a 14 N a felső atmoszférában, ami 14 C. Ez a radioizotóp majd bomlások ismét nitrogénnel-14 felezési ideje körülbelül 5.730 éves .
Nitrogén 15
A nitrogén-15 ( 15 N ) nitrogén izotóp, amelynek magja 7 protonból és 8 neutronból áll. Ez a nitrogén két stabil izotópja közül a második , és a Földön jelen lévő nitrogén 0,364% -át képviseli. Részt vesz a CNO-ciklusban, amely a Napnál masszívabb csillagok energiájának legnagyobb részét szolgáltatja.
Ezt az izotópot gyakran használják mezőgazdasági és orvosi kutatásokban , például a Meselson-Stahl kísérletben a DNS replikáció jellegének megállapítására . Ennek a kutatásnak a kiterjesztése egy DNS-alapú stabil izotóppróba-módszer kifejlesztését eredményezte, amely lehetővé teszi a metabolikus funkciók és a mikroorganizmusok taxonómiai azonossága közötti összefüggések megfigyelését anélkül, hogy el kellene különíteni a tenyésztést. A nitrogén-15-et széles körben használják a nitrogénből álló ásványi anyagok (különösen a műtrágyák ) nyomon követésére , és más izotópos jelölőszerekkel kombinálva nagyon fontos nyomjelző a szennyező anyagok fejlődésének leírására.
A nitrogén-15-et gyakran használják az NMR-spektroszkópiában , mert a rengeteg nitrogén-14-től eltérően, amelynek az egész spinje és ezért kvadrupólmomentuma van, a 15 N-nek a spinje 1/2 - , amely előnyöket kínál az NMR-ben, például a vékonyabb vonalvastagságot. . A fehérjéket izotóposan jelölhetjük a tenyésztésben olyan táptalajon, amely egyedüli nitrogénforrásként 15 N-ot tartalmaz . Nitrogén 15 is lehet használni a címkén a fehérjék proteomikai kvantitatív ( SILAC (en) ).
Továbbá, a szervezetben a 15 N / 14 N arány adhat nyomokat az étrendjéhez, az élelmiszerláncban egy felfelé irányuló mozgás hajlamos a 15 N izotóp koncentrálására , 3 és 4 ‰ között az élelmiszerlánc minden egyes lépésében.
Nitrogén 15 lehet előállítani két forrásból, a pozitron emissziós származó oxigén 15 és β - bomlás a szén-15 .
Nitrogén 16
A 16- os nitrogén ( 16 N ) az instabil nitrogén-izotóp, amelynek magja 7 protonból és 9 neutronból áll. Időszaka 7,13 s. Elektron és egy speciálisan energetikai gammasugár (10,419 MeV ) kibocsátásával oxigénné 16 bomlik . Különösen a vízreaktorok szívében képződik a vízben lévő oxigén gyors neutronfluxussal történő aktiválásával . A gamma- nitrogén a fő 16, amely a vízreaktorok elsődleges rendszerének sugárforrása mellett helyezkedik el . A sugárzó nagyon rövid időtartama miatt ez a sugárzás a reaktor leállítását követő első pillanatokban eltűnik.
Izotóp
szimbólum |
Z ( p )
|
N ( n )
|
izotóp tömeg (u)
|
Fél élet
|
Bomlási mód (ok) |
Izotóp (ok)
fiú
|
Spin
nukleáris
|
|---|
| Gerjesztő energia
|
|---|
|
10 N
|
7
|
3
|
10.04165 (43)
|
200 (140) × 10 −24 s
[2,3 (16) MeV]
|
o
|
9 C
|
(2−)
|
|
11 N
|
7
|
4
|
11.02609 (5)
|
590 (210) × 10 −24 s
[1,58 (+ 75−52) MeV]
|
o
|
10 ° C
|
1/2 +
|
|
11m É
|
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 Legyen |
| 13 N |
7
|
6.
|
13.00573861 (29)
|
9,965 (4) perc
|
β + |
13 C
|
1 / 2−
|
|
14 N |
7
|
7
|
14.0030740048 (6)
|
Stabil
|
1+
|
|
15 N
|
7
|
8.
|
15 0001088982 (7)
|
Stabil
|
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
|
nem
|
23 N
|
|
|
25 N
|
7
|
18.
|
25.06066 (54) #
|
<260 ns
|
|
|
1 / 2− #
|
-
A nitrogén 14 mellett a másik négy stabil atom, páratlan számú protonnal és neutronnal a deutérium , a lítium 6 , a bór 10 és a tantál 180 m .
-
A zsírban stabil izotópok találhatók.
-
egyértelmű reakció érdekében azonnal két α részecskévé bomlik: 12 N → 3 4 He + e +
-
Használt pozitronemissziós tomográfia .
Megjegyzések
- Az izotóp bőség és az atomtömeg pontosságát a variációk korlátozzák. A megadott variációs tartományok általában érvényesek minden normális földi anyagra.
- A # jelű értékek nem pusztán kísérleti adatokból származnak, hanem legalább részben szisztematikus trendekből is. A pörgetések, amelyek meghatározása bizonytalan, zárójelben vannak.
- A bizonytalanságokat tömören zárójelben adjuk meg a megfelelő tizedesjegy után. A bizonytalansági értékek egy szórást jelölnek, kivéve az izotópos összetételt és az IUPAC standard atomtömegét, amelyek kiterjesztett bizonytalanságokat használnak.
Megjegyzések és hivatkozások
-
Macko, SA (1982). Stabil nitrogén izotóp arányok, mint szerves geokémiai folyamatok nyomjelzői. Dissertation Abstracts International B rész: Tudomány és technika [DISS. ABST. INT. PT. B- SCI. & ENG.]., 42 (7), 1982 ( absztrakt ).
-
(a) Meselson Mr. Stahl FW, " A replikációját DNS E. coli " , Proc. Natl. Acad. Sci. USA , vol. 44,1958, P. 671–682 ( PMID 16590258 , PMCID 528642 , DOI 10.1073 / pnas.44.7.671 , Bibcode 1958PNAS ... 44..671M )
-
(a) Radajewski S., McDonald IR, Murrell JC, " stabil izotóp tapintás nukleinsavak: egy ablak, hogy a funkció a műveletlen mikroorganizmusok " , Curr. Opin. Biotechnol , vol. 14,2003, P. 296–302
-
Cupples, AM, EA Shaffer, JC Chee-Sanford, és a GK Sims. 2007. A DNS felhajtó denzitása eltolódik a 15N DNS stabil izotóp szondázás során. Mikrobiológiai Res. 162: 328-334.
-
Marsh, KL, GK Sims és RL Mulvaney. 2005. A karbamid elérhetősége autotróf ammóniát oxidáló baktériumokhoz, összefüggésben a talajba adott 14C- és 15N-jelzett karbamid sorsával. Biol. Fert. Talaj. 42: 137-145.
-
Bichat, F., GK Sims és RL Mulvaney. 1999. Atrazinból származó heterociklusos nitrogén mikrobiális felhasználása. Soil Sci. Soc. Am. J. 63: 100-110.
-
CRC Handbook of Chemistry and Physics , 64 th kiadás, 1983-1984; B-234. oldal
-
(en) Univerzális nukliddiagram
- Izotópok tömege:
- (en) G. Audi, AH Wapstra, C. Thibault, J. Blachot és O. Bersillon, „ A nukleáris és bomlási tulajdonságok NUBASE értékelése ” , Nuclear Physics A , vol. 729,2003, P. 3–128 ( DOI 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001 , Bibcode 2003NuPhA.729 .... 3A , online olvasás [ archívum2008. szeptember 23] )
- Izotóp összetételek és standard atomtömegek:
- (en) JR de Laeter, JK Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, HS Peiser, KJR Rosman és PDP Taylor: „ Az elemek atomtömege. Review 2000 (IUPAC Technical Report) ” , Pure and Applied Chemistry , vol. 75, n o 6,2003, P. 683–800 ( DOI 10.1351 / pac200375060683 , online olvasás )
- (en) ME Wieser, „ Az elemek atomtömege 2005 (IUPAC technikai jelentés) ” , Pure and Applied Chemistry , vol. 78, n o 11,2006, P. 2051–2066 ( DOI 10.1351 / pac200678112051 , összefoglaló , online olvasható )
- Felezési idő, spin és a kiválasztott izomerek adatai a következő forrásokból származnak:
- (en) G. Audi, AH Wapstra, C. Thibault, J. Blachot és O. Bersillon, „ A nukleáris és bomlási tulajdonságok NUBASE értékelése ” , Nuclear Physics A , vol. 729,2003, P. 3–128 ( DOI 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.001 , Bibcode 2003NuPhA.729 .... 3A , online olvasás [ archívum2008. szeptember 23] )
- en) Nemzeti Nukleáris Adatközpont , „ NuDat 2.1 adatbázis ” , Brookhaven Nemzeti Laboratórium (konzultáció 2005 szeptemberében )
- (en) NE Holden és DR Lide ( szerk. ), CRC kémiai és fizikai kézikönyv , CRC Press ,2004, 85 th ed. , 2712 p. ( ISBN 978-0-8493-0485-9 , online olvasás ) , „Az izotópok táblázata” , 11. szakasz
Kapcsolódó cikkek
Bibliográfia
- Atwell, L., Hobson, KA, és Welch, HE (1998). A higany biomagnifikációja és bioakkumulációja egy sarkvidéki tengeri élelmiszer-hálóban: betekintés a stabil nitrogén izotóp elemzésbe . Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 55 (5), 1114-1121.
- Broida, HP és Chapman, MW (1958). Stabil nitrogén izotóp elemzés optikai spektroszkópiával. Analitical Chemistry, 30 (12), 2049-2055 ( absztrakt ).
- Cabana, G., & Rasmussen, JB (1994). Az élelmiszerlánc szerkezetének és a szennyező bioakkumuláció modellezése stabil nitrogén izotópok alkalmazásával . Nature, 372 (6503), 255-257.
- Hansson, S., Hobbie, JE, Elmgren, R., Larsson, U., Fry, B., és Johansson, S. (1997). [A stabil nitrogén izotóp arány mint az élelmiszer-web interakciók és a halmigráció markere] . Ökológia, 78 (7), 2249-2257 ( absztrakt ).
- Hobson, KA, Gloutney, ML és Gibbs, HL (1997). Vér- és szövetminták megőrzése stabil szén-dioxid és stabil nitrogén izotóp analízishez . Canadian Journal of Zoology, 75 (10), 1720-1723 ( absztrakt ).
- Hobson, KA, Alisauskas, RT és Clark, RG (1993). Stabilis-nitrogén izotópdúsítás a madárszövetekben az éhezés és a táplálkozási stressz miatt: következmények az étrend izotópos elemzéséhez . Condor, 388-394.
- Kidd, KA, Schindler, DW, Hesslein, RH és Muir, DCG (1995). A stabil nitrogén-izotóp arányok és a szerves klórkoncentrációk közötti korreláció az édesvízi élelmiszer-hálóból származó biótában . Science of the Total Environment, 160, 381-390 ( absztrakt ).
- Lund, LJ, Horne, AJ és Williams, AE (1999). A denitrifikáció becslése egy nagy beépített vizes élőhelyen stabil nitrogén izotóp arányok alkalmazásával . Ecological Engineering, 14 (1), 67-76 ( http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925857499000208 absztrakt].
- Macko, SA, Fogel, ML, Hare, PE és Hoering, TC (1987). A nitrogén és a szén izotópos frakcionálása az aminosavak mikroorganizmusok általi szintézisében . Kémiai geológia: Izotóp geotudomány szakasz, 65 (1), 79-92.
- Macko, SA (1982). Stabil nitrogén izotóp arányok, mint szerves geokémiai folyamatok nyomjelzői. Dissertation Abstracts International B rész: Tudomány és technika [DISS. ABST. INT. PT. B- SCI. & ENG.], 42 (7), 1982
- Macko, SA, Estep, MLF, Engel, MH és Hare, PE (1986). A stabil nitrogén izotópok kinetikus frakcionálása az aminosav-transzaminálás során. Geochimica és Cosmochimica Acta, 50 (10), 2143-2146. ( összefoglaló )
- Macko, SA és Estep, ML (1984). A szerves anyagok stabil nitrogén- és szén-izotópos összetételeinek mikrobiális megváltoztatása . Szerves geokémia, 6, 787-790.
- Nadelhoffer, KJ, és Fry, B. (1994). Nitrogén izotóp vizsgálatok erdei ökoszisztémákban ; Stabil izotópok az ökológiában és a környezettudományban. Blackwell, Oxford, 316.
- Schoeninger, MJ, DeNiro, MJ és Tauber, H. (1983). A csontkollagén stabil nitrogén-izotóp aránya tükrözi az őskori emberi étrend tengeri és szárazföldi összetevőit . Science, 220 (4604), 1381-1383.
- Schoeninger, MJ és DeNiro, MJ (1984). Tengeri és szárazföldi állatok csontkollagénjének nitrogén- és szén-izotópos összetétele . Geochimica és Cosmochimica Acta, 48 (4), 625-639 ( http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0016703784900917 absztrakt].
- Vander Zanden, MJ, Cabana, G., és Rasmussen, JB (1997). Az édesvízi halak trofikus helyzetének összehasonlítása stabil nitrogén izotóp arányok (δ15N) és irodalmi étrendi adatok felhasználásával számítva . Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 54 (5), 1142-1158.
Periódusos az
izotópok