炭素の同位体

炭素 の同位体（6C）
主な同位体[ 1 ]減衰
アイソトープ豊富半減期（t 1/2）モード製品
11 ℃ シンセ20.34分β +11 B
12 ℃98.9% 安定した
13 ℃1.06% 安定した
14 ℃トレース5.70 × 10 3 年β −14北
標準原子量A r °(C)

炭素（6C）には14の同位体が知られており、8Cから20Cだけでなく22C、そのうち12Cと13Cは安定している。最も寿命の長い放射性同位体は14C、半減期は5700年。これはまた、自然界で見つかる唯一の炭素放射性同位体であり、微量ながら宇宙線生成反応によって14N + n →14C +1H . 最も安定した人工放射性同位体は11C、半減期は20.34分。その他の放射性同位体の半減期は20秒未満で、ほとんどが200ミリ秒未満です。軽い同位体はホウ素同位体へのベータプラス崩壊を示し、重い同位体は窒素同位体へのベータマイナス崩壊を示しますが、極限では粒子放出も発生します。

同位体のリスト

核種 Z北同位体質量( Da ) [ 4 ] [ n 1 ]半減期[ 1 ] [共鳴幅] 減衰モード[ 1 ] [ n 2 ]娘同位体[ n 3 ]スピンとパリティ[ 1 ] [ n 4 ] [ n 5 ]天然存在比（モル分率）
通常の割合[ 1 ]変動の範囲
8C6 2 8.037 643 (20)3.5(1.4) zs [230(50) keV ] 2ページ6なる[ n 6 ]0歳以上
9C6 3 9.031 0372 (23)126.5(9)ミリ秒β + (54.1（1.7）％） 9B [ n 7 ]3/2−
β + α (38.4（1.6）％） 5李[ n 7 ]
β + p (7.5(6)% ) 8なる[ n 7 ]
10C6 4 10.016 853 22 (8)19.3011(15) sβ +10B0歳以上
11C [ n 8 ]6 5 11.011 432 60 (6)20.3402(53)分β +11B3/2−
11メートルC12 160 (40) keVえ？ 10B  ? 1/2以上
12C6 6 ちょうど12 [ n 9 ]安定した0歳以上 [0.9884、0.9904 ] [ 5 ]
13C [ n 10 ]6 7 13.003 354 835 336 (252)安定した1/2− [0.0096、0.0116 ] [ 5 ]
14C [ n 11 ]6 8 14.003 241 989 (4)5.70(3) × 10 3 年β −14北0歳以上 トレース[ n 12 ]< 10 −12
14分C22 100 (100) keVそれ14C（2−）
15C6 9 15.010 5993 (9)2.449(5)秒β −15北1/2以上
16C6 10 16.014 701 (4)750(6)ミリ秒β − n (99.0(3)% ) 15北0歳以上
β −（1.0(3)% ) 16北
17C6 11 17.022 579 (19)193(6) ミリ秒β −（71.6（1.3）％） 17北3/2以上
β − n (28.4（1.3）％） 16北
β − 2n ? 15ん ？
18C6 12 18.026 75 (3)92(2) ミリ秒β −（68.5（1.5）％） 18北0歳以上
β − n (31.5（1.5）％） 17北
β − 2n ? 16ん ？
19C [ n 13 ]6 13 19.034 80 (11)46.2（2.3）ミリ秒β − n (47(3)% ) 18北1/2以上
β −（46.0（4.2）％） 19北
β − 2n (7(3)% ) 17北
20C6 14 20.040 26 (25)16(3) ミリ秒β − n (70(11)% ) 19北0歳以上
β − 2n (<18.6%） 18北
β −（>11.4%） 20北
22C [ n 14 ]6 16 22.057 55 (25)6.2（​​1.3）ミリ秒β − n (61(14)% ) 21北0歳以上
β − 2n (<37%） 20北
β −（>2％） 22北
この表のヘッダーとフッター:
  1. ^ ( ) – 不確実性 (1 σ ) は、対応する最後の数字の後の括弧内に簡潔に示されます。
  2. ^ 崩壊のモード:
    EC:電子捕獲

    名前:中性子放出
    p:陽子放出
  3. ^太字の記号は娘製品です – 娘製品は安定しています。
  4. ^ ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数によるスピンを示します。
  5. ^ # – # でマークされた値は、純粋に実験データから導き出されたものではなく、少なくとも部分的には近隣核種 (TNN) の傾向から導き出されたものです。
  6. ^また、正味反応として2つの陽子を直ちに放出する。8C →4彼+ 4 1H
  7. ^ a b c 3つの生成物核はすべて非結合なので、それぞれの場合の正味反応は9C → 2 4彼+1H + e+
  8. ^ PETスキャンにおける分子の標識に使用される
  9. ^ダルトンは、基底状態にある非結合炭素12原子の質量の1/12として定義されます。
  10. ^古代の生物生産性と様々な種類の光合成を測定するために使用された12Cと13Cの比率
  11. ^放射性年代測定において重要な用途がある（炭素年代測定を参照）
  12. ^主に宇宙線起源で、中性子が原子に衝突すること14N (14N + n →14C +1H )
  13. ^ハロー中性子を1個持つ
  14. ^ハロー中性子を2個持つ

炭素11

炭素11または11Cは炭素の放射性同位体であり、半減期20.34分でホウ素11に崩壊します。この崩壊は主に陽電子放出によって起こり、約0.19～0.23%の崩壊は電子捕獲によって起こります。 [ 6 ] [ 7 ]

11C →11B + e++ νe+0.96  MeV
11C + e−→11B + νe+1.98 MeV

サイクロトロン内で窒素に約16.5 MeVの陽子を衝突させることで生成される。この反応は吸熱反応を引き起こす[ 8 ] [ 9 ]。

14N + p →11C +4ヘリウム− 2.92 MeV

また、断片化によっても生成される。12高エネルギーの射撃でC12Cをターゲットに当てる。[ 10 ]

炭素11は、陽電子放出断層撮影（PET）における分子の放射性標識として、放射性同位元素として広く用いられている。この用途で用いられる多くの分子の中には、放射性リガンド[11C ]DASBと[11C ]シンビ-5。

安定同位体

炭素12と炭素13は、地球上の天然炭素の約98.9%と1.1%を占めています。[ 2 ]しかし、物質中の安定炭素13と安定炭素12の比率は、前駆物質の供給源の違いや、様々な生物地球化学的プロセスによって引き起こされる同位体分別によって変化する可能性があります。異なる同位体の量は、一般的に同位体比質量分析法によって測定され、標準物質の比率からの1000分の1（‰または「パーミル」）の偏差として表されます。 [ 11 ]

‰

化石ベレムナイトであるピーディー・ベレムナイト（PDB）は、同位体比の値を標準化するために最初に使用された標準物質でした。元のPDBが枯渇したため、今日では人工の「ウィーンPDB」（VPDB）が一般的に使用されています。[ 12 ]

古気候

12Cと13Cは底生有孔虫中の同位体比δ13Cとして測定され、栄養循環と温度依存の大気と海洋間のCO2交換（換気）の代理指標として用いられる。[ 13 ]植物はより軽い同位体（12C ) 太陽光と二酸化炭素を食物に変換するときに、プランクトン（浮遊生物）の大規模なブルームは大量の二酸化炭素を吸収します。12海からのC。もともと、12Cは主に大気から海水に取り込まれます。プランクトンが生息する海が成層構造（つまり、表層付近に暖かい水、深層に冷たい水がある層）になっている場合、表層水は深層水とあまり混ざらないため、プランクトンが死ぬと沈降し、必要な炭素を奪ってしまいます。12表面からCが除去され、表層は比較的13C . 冷たい水が深海から湧き出る場合（北大西洋など）、その水は12Cそれを裏付けるように、海が今日ほど成層化していなかった頃は、12表層に生息する種の骨格中の炭素。過去の気候を示す他の指標としては、熱帯種の存在やサンゴの年輪などが挙げられる。[ 14 ]

食料源と食生活の追跡

異なる光合成経路はより軽いものを優先的に選択する12Cですが、それらの選択性は異なります。温帯気候のイネ科植物（大麦、米、小麦、ライ麦、オート麦、ヒマワリ、ジャガイモ、トマト、ピーナッツ、綿、テンサイ、ほとんどの樹木とその実や果実、バラ、ケンタッキーブルーグラス）はC 3光合成経路に従い、δ 13 C値は平均約-26.5‰になります。高温乾燥気候のイネ科植物（特にトウモロコシ、またキビ、モロコシ、サトウキビ、メヒシバ）はC 4光合成経路に従い、δ 13 C値は平均約-12.5‰になります。[ 15 ]

したがって、これらの異なる植物を摂取すると、摂取者の体組織のδ13C値に影響が及ぶことになります。動物（または人間）がC3植物のみを摂取した場合、骨のコラーゲンのδ13C値は-18.5～-22.0‰、歯や骨のハイドロキシアパタイトのδ13C値は-14.5‰になります。 [ 16 ]

対照的に、C4 フィーダーの骨コラーゲンの値は -7.5‰、ハイドロキシアパタイトの値は -0.5‰ になります。

事例研究では、キビやトウモロコシを食べる人々と、米や小麦を食べる人々を容易に区別できます。これらの食嗜好が時系列的にどのように地理的に分布しているかを研究することで、人々の移動経路や様々な農作物の拡散経路を明らかにすることができます。しかし、人類集団はC3植物とC4植物を混合して生活してきたことも多く（中国北部は歴史的に小麦とキビを主食としていました）、あるいは植物と動物のグループを混合して生活してきました（例えば、中国南東部は米と魚を主食としていました）。[ 17 ]

炭素14

炭素14（放射性炭素とも呼ばれる）は微量に存在し、半減期は5700年です。14地球上のCは、14Nは上層大気中の宇宙線からの熱中性子と反応し、大気中で混合され、光合成などの生物学的プロセスに取り込まれる。14Cを生体に取り込む。生体はCの吸収を止めるので14C死亡時の量の測定14試料中のCは、その年代を推定するために用いられることがあります。この手法は放射性炭素年代測定と呼ばれ、考古学分野における 放射年代測定の主要な方法の一つです。

参照

炭素以外の子製品

参考文献

  1. ^ a b c d e Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). 「NUBASE2020による核特性の評価」(PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3) 030001. doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
  2. ^ a b「標準原子量：炭素」CIAAW . 2009年。
  3. ^ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). 「元素の標準原子量2021（IUPAC技術報告書）」 . Pure and Applied Chemistry . doi : 10.1515/pac-2019-0603 . ISSN 1365-3075 . 
  4. ^ Wang, Meng; Huang, WJ; Kondev, FG; Audi, G.; Naimi, S. (2021). 「AME 2020 原子質量評価 (II). 表、グラフ、参考文献*」. Chinese Physics C. 45 ( 3) 030003. doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
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  7. ^ Campbell, JL; Leiper, W.; Ledingham, KWD; Drever, RWP (1967-04-11). 「 11 Cの崩壊におけるK捕獲と陽電子放出の比」Nuclear Physics A . 96 (2): 279– 287. Bibcode : 1967NuPhA..96..279C . doi : 10.1016/0375-9474(67)90712-9 .
  8. ^ 「炭素11の生成と変換」。学術コミュニティ百科事典。
  9. ^ Lu, Shuiyu; et al. (2024年1月18日). 「Carbon-11 Chemistryにおける気相変換」 . Int . J. Mol. Sci . 25 (2): 1167. doi : 10.3390/ijms25021167 . PMC 10816134. PMID 38256240 .  
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  12. ^フォーレ、グンター、メンシング、テレサ・M. (2005). 「27 炭素」同位体：原理と応用（第3版） ホーボーケン、ニュージャージー州: ワイリーISBN 978-81-265-3837-9。
  13. ^リンチ＝スティグリッツ、ジーン；ストッカー、トーマス・F.；ブロッカー、ウォレス・S.；フェアバンクス、リチャード・G. (1995). 「大気と海洋の交換が海洋炭素同位体組成に与える影響：観測とモデリング」．地球規模生物地球化学循環．9 ( 4): 653– 665. Bibcode : 1995GBioC...9..653L．doi : 10.1029 /95GB02574．S2CID 129194624． 
  14. ^ティム・フラナリー著『気象予報士：気候変動の歴史と未来』 The Text Publishing Company、メルボルン、オーストラリア。ISBN 1-920885-84-6
  15. ^ O'Leary, Marion H. (1988年5月). 「光合成における炭素同位体」(PDF) . BioScience . 38 (5): 328– 336. doi : 10.2307/1310735 . JSTOR 1310735. S2CID 29110460. 2022年11月17日閲覧。  
  16. ^ Tycot, RH (2004). M. Martini; M. Milazzo; M. Piacentini (編). 「安定同位体と食事：あなたはあなたが食べたものでできている」（PDF） .国際物理学会「エンリコ・フェルミ」講座CLIV議事録.
  17. ^リチャード・ヘッジス (2006). 「タンパク質はどこから来るのか？」英国栄養学ジャーナル95 ( 6): 1031– 1032. doi : 10.1079/bjn20061782 . PMID 16768822 . 
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