氧-18是氧元素的穩(wěn)定同位素，由8個(gè)質(zhì)子和10個(gè)中子構(gòu)成，氧-18主要作為同位素示蹤劑應(yīng)用于化學(xué)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)及地質(zhì)學(xué)等領(lǐng)域。自然界中氧-18的天然豐度為0.204%，需通過精密分離裝置進(jìn)行近千次分離富集才能提取。醫(yī)學(xué)領(lǐng)域利用氧-18進(jìn)行藥物代謝示蹤、雙標(biāo)記水能量代謝檢測及PET顯像劑制備。雙標(biāo)記水技術(shù)通過攝入含氘和氧-18的水，分析同位素代謝速率測定人體能量消耗，運(yùn)動(dòng)員在持續(xù)多日的比賽中最高日消耗能量達(dá)9000卡路里。

圖1 氧-18組成的氧氣化學(xué)結(jié)構(gòu)式

基本介紹

在自然界中，氧元素以三種穩(wěn)定的同位素形式存在，分別為氧-16、氧-17和氧-18，其中氧-16在天然豐度中占據(jù)絕對優(yōu)勢，而氧-18則極為稀少。氧-18氣體是由兩個(gè)氧-18原子（每個(gè)原子含8個(gè)質(zhì)子和10個(gè)中子）結(jié)合形成的雙原子分子，其化學(xué)形式與普通氧氣高度相似，但由于氧-18的原子質(zhì)量更大，因此在物理性質(zhì)上表現(xiàn)出細(xì)微差異：標(biāo)準(zhǔn)狀況下，氧-18的密度約為1.977 g/L（普通氧氣約為1.429 g/L），其沸點(diǎn)約為-182.72 °C（普通氧氣約為-183 °C），熔點(diǎn)約為-218.4 °C（普通氧氣約為-218.8 °C）。與普通氧氣相比，氧-18具有更多獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值，這主要?dú)w功于其優(yōu)異的可追蹤性。氧-18能夠通過同位素比質(zhì)譜儀（IRMS）、激光光譜法等先進(jìn)分析技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)檢測，甚至可以量化其在混合物中的豐度，這種“可追蹤性”正是氧-18區(qū)別于普通氧氣、并使其成為多個(gè)核心應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)鍵載體的本質(zhì)原因。正是憑借這一特性，氧-18在科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用中展現(xiàn)出不可替代的重要地位。

檢測高豐度氧-18水

研究人員報(bào)道了一種高豐度氧-18水純度檢測技術(shù)，尤其涉及高豐度氧-18水的純度檢測方法。氧-18水的檢測過程首先需要進(jìn)行樣品制備（S1），同時(shí)將無水硫酸銅烘干備用（S2）；隨后啟動(dòng)真空系統(tǒng)（S3），將0.2～0.6 g烘干后的無水硫酸銅裝入電解池中，插入正負(fù)電極并塞好活塞，啟動(dòng)真空泵對系統(tǒng)抽真空，然后轉(zhuǎn)動(dòng)活塞閥以切斷與真空泵的連接，使電解池與氣體采集裝置連通，并向其中注入0.1～0.3 mL已制備好的重氧水樣品；最后進(jìn)行電解（S4），收集電解產(chǎn)生的氣體用于分析。該方法能夠?qū)Ω哓S度（≥95%）氧-18水中氧-18的同位素豐度進(jìn)行精準(zhǔn)檢測，且樣品用量少、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，同時(shí)電解過程中不產(chǎn)生其他氣體雜質(zhì)，因此氧-18的檢測結(jié)果不受干擾，可有效保證高豐度氧-18水純度分析的真實(shí)性和可靠性。[1]

應(yīng)用

氧-18是制備放射性核素氟-18的關(guān)鍵起始原料，而氟-18作為正電子發(fā)射斷層顯像（PET）中常用的放射性標(biāo)記物，被廣泛用于制備臨床顯像藥物18F-FDG。在環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域，氧-18以穩(wěn)定同位素示蹤劑的形式應(yīng)用于地下水稀釋擴(kuò)散速率的監(jiān)測工作中。此外，在生產(chǎn)氧-18過程中聯(lián)產(chǎn)得到的低氘水，可通過模擬自然蒸發(fā)冷凝的工藝將普通水中約150 ppm的氘含量有效降低至25 ppm以下。

醫(yī)藥學(xué)

在醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域，氧-18是示蹤人體生理過程的重要基礎(chǔ)材料，其應(yīng)用主要體現(xiàn)在三個(gè)方面。第一，在藥物研究中，氧-18可作為穩(wěn)定的同位素標(biāo)記物，由于氧元素是大多數(shù)藥物分子結(jié)構(gòu)中的必需組成，因此采用氧-18替代普通氧進(jìn)行同位素示蹤，能夠靈敏、準(zhǔn)確且快速地揭示藥物在機(jī)體內(nèi)的分布規(guī)律、代謝途徑及動(dòng)力學(xué)行為，這種示蹤研究對于新藥開發(fā)不可或缺，同時(shí)也對指導(dǎo)藥物在人體內(nèi)的臨床應(yīng)用具有重要意義。第二，在能量代謝研究方面，由氧-18與氫組成的氧-18水（化學(xué)式為H?1?O）被廣泛應(yīng)用于雙標(biāo)記水技術(shù)（DLW），即氫氧雙重同位素示蹤法，通過在人或動(dòng)物體內(nèi)給予一定劑量的氘（2H）和氧-18雙標(biāo)記水后，取樣測定排出體外的同位素消除速率，即可準(zhǔn)確評估能量代謝狀態(tài)，該技術(shù)已在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、兒童營養(yǎng)、食品營養(yǎng)學(xué)、減肥研究及宇航員飲食調(diào)配等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。第三，自1990年以來興起的正電子發(fā)射斷層顯像（PET）技術(shù)，使得氧-18的應(yīng)用獲得了前所未有的拓展，與CT、核磁共振等從形態(tài)學(xué)角度進(jìn)行診斷的成像技術(shù)相比，PET能夠從分子水平提供病變的功能、代謝或受體結(jié)合等信息，被譽(yù)為“活體生化顯像”，且由于疾病的生化改變往往早于形態(tài)學(xué)變化，PET技術(shù)在腫瘤、冠心病及腦部疾病的早期診斷方面具有更靈敏、更準(zhǔn)確的優(yōu)勢，而PET顯像劑中90%以上依賴于氟-18，氧-18正是作為靶材在加速器中經(jīng)質(zhì)子轟擊生成氟-18的關(guān)鍵原料，因此作為正電子發(fā)射靶材已成為氧-18最重要的應(yīng)用方向之一。

環(huán)境科學(xué)和水文地質(zhì)學(xué)

在環(huán)境科學(xué)和水文地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域，氧-18以重氧水形式作為地表水和地下水的示蹤劑，是一項(xiàng)新興的實(shí)用技術(shù)。該技術(shù)采用簡單的稀釋法，即在測定點(diǎn)注入一定量的重氧水，然后在其下游不同位置取樣分析，通過測定水樣中氧-18含量的變化，可以獲得示蹤劑從原點(diǎn)向四周擴(kuò)散的速率、范圍和分布等數(shù)據(jù)，從而得出相關(guān)水文地質(zhì)結(jié)論。氧-18作為穩(wěn)定同位素示蹤劑具有顯著優(yōu)勢，因?yàn)橹匮跛粫?huì)與水環(huán)境中的任何組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，僅與被測水體發(fā)生物理混合，不干擾原有水文系統(tǒng)，且其總費(fèi)用遠(yuǎn)低于其他常規(guī)測定方法，具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 王緒強(qiáng).高豐度氧-18水的純度檢測方法:CN202111062111.1[P].