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重氧水

重氧水是一种化学物质。又称氧18水。天然丰度的氢和100%18O的化合物。分子量20.01496。沸点100.13℃,熔点0.28℃。25℃密度1.10935g/cm3,最大密度1.11253g/cm3时的温度为4.305℃。无色无臭、无味液体。一些物理性质与普通水略有差异。液相蒸汽压比为 。用水精馏、 NO低温精馏和氧低温精馏等方法制取。主要应用于化学、生物、医学、农业、地质等科研领域作示踪剂。亦可和同位素纯的H216O配制人工校正样品。

中文名称:重氧水

中文别名:氧18水;氧十八水

英文名称:Heavy-oxygen water

英文别名:Water-18O (normalized); Water-18O; Oxygen 18 water; Oxygen 18 Enriched Water; (~18~O)water

CAS号:14314-42-2

分子量:20.015

纯度:≥97%

丰度:1~99at%

CAS号:14314-42-2

MDL号:MFCD00064503

EINECS号:暂无

RTECS号:暂无

BRN号:暂无

PubChem号:24872241 [1]

天然丰度的氢和100%18O的化合物。分子量20.01496。沸点100.13℃,熔点0.28℃。25℃密度1.10935g/cm3,最大密度1.11253g/cm3时的温度为4.305℃。无色无臭、无味液体。一些物理性质与普通水略有差异。用水精馏、 NO低温精馏和氧低温精馏等方法制取。

1、摩尔折射率:无可用的

2、摩尔体积(cm3/mol):无可用的

3、等张比容(90.2K):无可用的

4、表面张力(dyne/cm):无可用的

5、介电常数:无可用的

6、极化率(10-24cm3):无可用的

7、单一同位素质量:20.01481 Da

8、标称质量:20 Da

9、平均质量:20.015 Da [1]

1.疏水参数计算参考值(XlogP):-0.5

2.氢键供体数量:1

3.氢键受体数量:1

4.可旋转化学键数量:0

5.互变异构体数量:无

6.拓扑分子极性表面积1

7.重原子数量:1

8.表面电荷:0

9.复杂度:0

10.同位素原子数量:1

11.确定原子立构中心数量:0

12.不确定原子立构中心数量:0

13.确定化学键立构中心数量:0

14.不确定化学键立构中心数量:0

15.共价键单元数量:1 [1]

主要应用于化学、生物、医学、农业、地质等科研领域作示踪剂。亦可和同位素纯的H216O配制人工校正样品。

重氧水作为示踪剂在核医学成像、生物医药、环境监测以及化学反应机理研究等领域具有重要的用途。例如:在核医学成像领域,重氧水主要用于制备正电子显像药物SF一FDG,,该药物是正电子发射计算机断层显像(POSitron EmiSSI On computedTomograPhy,PET)技术的必需品,SF一FDG的合成过程是利用医用回旋加速器轰击重氧水中的氧一18获得氟一18离子,再与非放射性原料经过亲核取代反应制得。

当前,重氧水主要通过H2和02在贵金属催化剂的作用下发生氧化还原反应制取。其中,02是通过电解双标水(D2O)产生,而D2O是由天然水精馏所得。专利eNloo342955e和CN101618857B披露了一种以天然水为原料经精馏、电解及催化反应得到重氧水,其主要特征是使用铂金丝网或把触媒等贵金属催化剂。

一种以H21802为原料制备重氧水的装置和方法

具体是指一种使H21802的混合气在无催化剂的条件下经等离子体自由基反应制备H2180(重氧水)的装置和方法。装置由等离子体反应器、气体流量控制、等离子体电源、冷却水循环装置和检测尾气组成的气相色谱仪五部分构成。其中,由石英和硬质玻璃等材料加工而成的等离子体反应器是该装置的核心。用18O2浓度为1一5mol%的H21802混合气为原料可直接得到重氧水,装置简单,易于操作,所得的重氧水不含有其它杂质,可直接利用。

一种以H2和1802为原料制备重氧水的装置,包括等离子体反应器、气体流量控制、等离子体电源、冷却水循环装置和检测尾气组成的气相色谱仪;其特征在于,等离子体反应器由三部分组成,分别是放电反应管、冷凝管及重氧水收集罐;

放电反应管为管式套筒结构,主体是由外径8一15mm的石英玻璃管加工而成,中心电极采用外径为2一4mm的金属棒,接地电极采用与石英玻璃管紧贴的金属套管;冷凝管是由硬质玻璃加工而成,内管采用螺旋形结构以增大反应气体与冷却循环水接触面积,螺旋管外部由玻璃套管包围,并充满冷却循环水,冷凝管下部有冷却循环水入口,上部有冷却循环水出口;

重氧水收集罐也是由硬质玻璃加工而成,在收集罐下端有取样口,并由取样阀门控制,在收集罐上端有尾气出口;

气体流量控制采用质量流量计分别控制H21802的流量,再经混合器混合均匀进入等离子体反应器;

等离子体电源采用交流高压电源,高压线与反应器中心的金属高压电极相连,接地线与反应器外部的金属接地极相连,通过调节电压来控制反应器中的放电功率;

冷却水循环装置采用低温冷却循环泵控制冷却水的温度和流量;

检测尾气组成的气相色谱仪采用5A分子筛柱,以检测1802是否反应完全。

利用重氧水合成同位素标记化合物的方法

同位素标记化合物可以在对反应机理等方面的研究中起重要的作用,为了了解反应中特定的化学键的断裂、形成等情况,可以使用在特定的位置标记的化合物。对其合成的研究也广泛开展 [2]

在自然界中存在的氧以O-16为主,也含有稳定的同位素O-18。对天然产物的同位素氧进行富集,可得到富含O-18的产物,通常情况下,以重氧水H182O的形式储存。制备O-18标记的有机化合物,可以重氧水为原料引进O-18。

对大多数同位素而言,同位素取代的化合物,在热力学及动力学性质上与天然产物并无大的差别。稳定同位素取代的化合物的合成,可以遵循与天然成分化合物相同的原则和方法,但仍须注意到其特点。由于标记化合物的价格比较昂贵,必须注意节约原料,选用合适的制备反应及操作方法。在普通合成过程中,为了推动某些水解反应的平衡移动,提高产量,常加入过量的水,或以水为溶剂。而制备标记化合物时,就不能采取这种方法,而应选用易于进行的水解反应。

在合成同位素O-18标记化合物时,经常利用的水解反应是腈、原酸的三酰卤和三酯、亚胺等的水解反应。有时,利用同位素交换反应也可得到较好的效果。

我国首套 100 千克/年重氧水(氧-18)生产装置已在上海金山产业化基地完成土建工程。该装置主要由一系列高效分离塔构成,于 2007 年 3 月投产,将填补我国重氧水产业化的空白,并彻底结束该产品全部依赖进口的历史 [3]

重氧水是一种高附加值的产品,可广泛应用于化学反应机理、生命科学、医药研究、核医学等高端研究领域。据介绍,重氧水的生产是以天然水为原料,通常天然水中含有 0.2%的重氧水,但要将这含量极微的重氧水提取出来,必需有高效的分离技术与设备,技术难度极大,过去世界上只有美国、俄罗斯、以色列 3 个国家可以生产此类产品。

该套重氧水装置的生产技术来自上海化工研究院。上海化工研究院从 2002 年开始从事天然水中氧-18 的分离,经过 3 年多的研制,生产出了含量为 98%左右的高纯度重氧水。经临床试用证明,产品质量达到国际标准,完全可替代国外进口产品,且生产成本低于国外同类产品。

在国际市场上,每克重氧水的售价是 90~120 美元,国内市场售价在 1000 元/克以上。当前全球对高纯度重氧水的总需求量约为 600 千克/年,并以年均 20%~30%的速度递增;我国当前的年需求量约为 10 千克,预计到 2010 年前国内需求量将超过 50 千克。因此,100 千克/年装置投产后,我国将有一大部分产品出口到国际市场。


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