KEM A02 Allmän- och oorganisk kemi KÄRNKEMI FOKUS: användbara(radio)nuklider A: Kap 17.6 17.8
Periodiska systemet finns alla grundämnen? SVAR: NEJ! Exempel på lätta kärnor som inte finns, dvs ej stabila: Tc, Rn KÄLLA: https://www.msu.edu/ ~zeluffjo/ periodic_table.gif
Periodiska systemet finns det mer än en typ av ett givet grundämne? SVAR: JA! De flesta grundämnen finns som olika isotoper Exempel H, C, Pt http://www.princeton.edu/~gschmidt/rider/lecture105/matter/atoms_molecules/table_stable_isotopes_hres.jpg
Användningsområden använd det du har - smartast vinner! H 2 O/H + NMR (MRI)-aktivt H D 2 O saknar NMR(MRI)-aktiviet H + kan studeras i D 2 O omgivning! De olika massorna ger upphov till fingeravtrycks- mönster mass-spektrometri Instabilt (radioaktivt) Tc utnyttjas vid radiodiagnostik (röngen) och behandling Reaktioner mellan metalljoner och DNA/RNA/protein kan följas även med lite material att analysera Ligander kan utnyttjas för riktad vävnadsinteraktion
Radioaktiva nuklider Radioaktivt sönderfall: En process där en instabil kärna förlorar energi genom att avge joniserande strålning Alfa-partiklar: - He-kärna - Stoppas av tunnt papper, hud Beta-partiklar: - Högenergetisk elektron/positron - Stoppas av tunn metallfolie Gamma-strålning: - Högenergetisk elektromagnetisk strålning, dvs ljus - Stoppas av tjockt lager bly
Halveringstider; några exempel A: TABELL 17.5 Kärna Halveringstid, t 1/2 Kommentar Tritium, 3 H 12.3 a a=år Kol-14 5.73 ka k=kilo Kol-15 2.4 s s = sekund Kalium-40 1.26 Ga G=giga, 10 9 Kobolt-60 5.26 a Strontium-90 28.1 a Jod-131 8.05 d Cesium-137 30.17 a Radium-226 1.60 ka Uran-235 0.71 Ga Uran-238 4.5 Ga Uran-244 3.3 ms
Riskbedömning Cs GRUPP 1A Li Na K Rb Cs Fr FÖRVÄNTADE EGENSKAPER Liknar sannolikt Na, K! Na +, K + : Viktiga bulkelektrolyter i växter/djur Upptag via samma system som Na +, K + KEMI - Lättlösliga salter vid surt och neutralt ph - Cs(OH) (s) kan förväntas bildas vid högt ph - Metallen reagerar med vatten E 0 (Cs + /Cs) = -2.92 V dvs starkt reducerande och väteutdrivande SLUTSATSER Assimileras i såväl växter som djur Kraftigt reaktiv i metallisk form
Tidsberoende aktivitet N = N o exp(-kt) 1:a ordningens sönderfall! t ½ = ln2 k
FRÅGA: När är radioaktiviteten borta? SVAR: Aldrig Dvs kurvan blir aldrig = 0 DOCK! Mycket litet värde vid stora t ISTÄLLET: Bestäm accepterbara bakgrundsnivåer OBS1! Uppskattad tid för att nå 10% ca 3.5 t 1/2 EXEMPEL: Cesium t 1/2 = 30.17 år 10% kvar/90% borta efter 100.2 år 1% kvar/99% borta efter 200.4 år 0.1% kvar/99.9% borta efter 300.7 år OBS2! Att minska till 1/10 tar lika lång tid oavsett start
Att mäta radioaktivitet GEIGER MÄTARE Counts per second RIKTAS MOT PROV
Att bestämma halveringstiden UPPGIFT A:17.37 Bestämning av halveringstiden när aktiviteten uppmätts vid två tidpunkter
Radionuklider Användning: PET scanning Positron Emission Tomography EXEMPEL: PET-scan Utnyttjar: 18 F positronsönderfall (β+); t ½ ca 1.5 h Taktik: märk biomolekyl (tex östrogen) med F och följ förhöjt upptag tex till tumör
Technetium en kortlivad men mångsidig kontrast Användning: KONTRAST för tex hjärtat och sköldkörteln Halveringstid: ca 6 h Sönderfall: γ sönderfall; 99m Tc 99 Tc + γ Technetium ( 99m Tc) sestamibi godkänd 2008 Produktion: Sönderfall av 99 Mo; t 1/2 ca 2.5 dygn
Fosfor inmärkning av DNA/RNA, fosforylering av protein 32 15 P P: 23 kända isotoper Vanlig lab-isotop : - 32 P β sönderfall -t 1/2 ca 16.3 dagar - Säkerhetsrutiner: skyddsskärm (plexiglas) - Slask: långtidsförvaring innan sluthantering Fördel: Tillåter detektion av DNA/RNA/protein i sub nmol-området. Användning: Sekvensering av DNA/RNA (genanalys)
Svavel inmärkning av protein - proteinproduktion 35 16 S P: 25 kända isotoper Vanlig lab-isotop : - 35 S β(-) sönderfall - t 1/2 ca 87 dagar (alla andra i ms sek skala) - Säkerhetsrutiner: skyddsskärm (plexiglas) - Slask: långtidsförvaring innan sluthantering Fördel: Tillåter detektion av protein i sub nmol-området. Kombination av 32 P och 35 S användes för att visa att virus infekterar celler med sitt DNA och ej proteinhöljet (Hershey & Chase 1952) Metod: Låt proteinproduktionen äga rum efter tillsats av 35 S-inmärkta aminosyror Användning: Proteinproduktion/tidsenhet, lokalisering
Kol för åldersbestämning 14 oväntad upptäckt i fjällen 2008-04-11 10:39 Forskarfynd: världens äldsta träd finns i Dalarna Av Erik Klefbom 6 C Natur Tre granar i nordvästra Dalarna tillhör de äldsta träden i världen, rapporterar SVT Gävledala. Med hjälp av kol-14-metoden har ett laboratorium i USA funnit att trädens rötter är 8 000, 6 000 respektive 5 000 år gamla. Det betyder att de tillhör den allra första skog som växte upp efter istiden i samband med att isen drog sig tillbaka. Det visar att granen är ett av de första träden som kom hit till Skandinavien, säger Leif Kullman, professor i naturgeografi, till TT. De små granarna växer högt upp på Dalarnas näst högsta fjäll Härjehogna på gränsen till Norge. De är ungefär 2 meter höga och ser inte mycket ut för världen, men trädens rotsystem tillhör alltså de äldsta i världen. De äldsta levande stammarna man hittat i Sverige är lite drygt 600 år. KÄLLA: http://miljoaktuellt.idg.se/2.1845/1.155680
Kol för åldersbestämning forts. EXEMPEL 17.4 14 C analys av trä från arkeologisk utgrävning i Arizona 14 C bildas och söderfaller i troposfären JÄMVIKTSHALTER av 12 C och 14 C tillgängliga för upptag Konstant förhållande 14 C/ 12 C prov Bundet C: 14 C-halten avtar kontroll 14 C-halten i nu levande växt