常见同位素气体分别用于哪些场景

一、稳定同位素气体（无放射性）

1. 氘（D₂，重氢）

• 核磁共振（NMR）：氘代溶剂（如D₂O、CDCl₃）用于溶剂峰抑制和分子结构解析。

• 核聚变研究：作为聚变燃料（如D-T反应中的氘源）。

• 示踪剂：研究化学反应机理或生物代谢路径（如氘标记药物）。

2. 碳-13（¹³CO₂、¹³CH₄）

• 医学诊断：¹³C-尿素呼气试验检测幽门螺杆菌。

• 生态研究：追踪碳循环、光合作用路径（¹³CO₂标记）。

• NMR：用于复杂分子结构的碳谱分析。

3. 氮-15（¹⁵N₂）

• 农业研究：示踪氮肥吸收效率及土壤氮循环。

• 生物化学：标记蛋白质、DNA，研究代谢机制。

4. 氧-18（¹⁸O₂、H₂¹⁸O）

• 气候研究：通过水或冰芯中的¹⁸O比例推断古气候温度。

• 医学成像：正电子发射断层扫描（PET）前体制备（如¹⁸F标记化合物）。

二、放射性同位素气体

1. 氚（T₂，超重氢）

• 自发光源：氚气填充荧光管（如夜光手表、武器瞄具）。

• 水文示踪：追踪地下水流动路径（半衰期12.3年）。

• 核武器：氢弹的聚变增强剂。

2. 碳-14（¹⁴CO₂）

• 考古测年：通过¹⁴C衰变测定生物遗骸年代（≤5万年）。

• 生物示踪：研究药物代谢或污染物降解路径。

3. 氪-85（⁸⁵Kr）

• 工业检测：检测密闭系统的泄漏（如半导体密封性测试）。

• 大气监测：追踪核燃料再处理活动的排放。

4. 氙-133（¹³³Xe）

• 医学影像：用于肺通气功能评估（γ射线成像）。

• 核反应堆：中子吸收剂或冷却剂监测。

5. 氡-222（²²²Rn）

• 地质勘探：通过地下氡气浓度预测铀矿或断层位置。

• 环境危害：室内氡污染监测（致癌性）。

三、惰性气体同位素

1. 氦-3（³He）

• 低温物理：与⁴He混合制取极低温（mK级）。

• 中子探测：用于核安保（如探测走私核材料）。

• 聚变燃料：未来清洁能源研究（³He-D反应）。

2. 氩-39（³⁹Ar）

• 地下水测年：测定50-1000年前的水体年龄。

四、应用场景总结

注意事项

• 放射性同位素需严格管理（如⁸⁵Kr、²²²Rn），遵守辐射防护法规。

• 稳定同位素（如¹³C、¹⁵N）虽无辐射风险，但高纯度气体价格昂贵。

根据具体需求（如灵敏度、半衰期、成本），选择适合的同位素气体。