KEM A02
Allmän- och oorganisk kemi
KÄRNKEMI
FOKUS: användbara(radio)nuklider
A: Kap 17.6 – 17.8
KEMA02/ ©Sofi Elmroth 2012
Periodiska systemet –
finns alla grundämnen?
SVAR:
NEJ!
Exempel
på lätta kärnor
som
”inte finns”, dvs
ej stabila:
Tc, Rn
KEMA02/ ©Sofi Elmroth 2012
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
KEMA02/ ©Sofi Elmroth 2012
Användningsområden
använd det du har - smartast vinner!
H2O/H+ – NMR (MRI)-aktivt H
D2O – saknar NMR(MRI)-aktiviet
H+ kan studeras
i D2O omgivning!
De olika massorna ger upphov
till ”fingeravtrycks-”mönster
mass-spektrometri
Reaktioner
mellan metalljoner
och
DNA/RNA/protein
kan följas även med
lite material att analysera
Instabilt (radioaktivt) Tc
utnyttjas vid radiodiagnostik
(röngen) och behandling
Ligander kan
utnyttjas för riktad
vävnadsinteraktion
KEMA02/ ©Sofi Elmroth 2012
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
KEMA02/ ©Sofi Elmroth 2012
Halveringstider; några exempel
A: TABELL 17.5
Kärna
Tritium, 3H
Kol-14
Kol-15
Kalium-40
Kobolt-60
Strontium-90
Jod-131
Cesium-137
Radium-226
Uran-235
Uran-238
Uran-244
KEMA02/ ©Sofi Elmroth 2012
Halveringstid, t1/2
12.3 a
5.73 ka
2.4 s
1.26 Ga
5.26 a
28.1 a
8.05 d
30.17 a
1.60 ka
0.71 Ga
4.5 Ga
3.3 ms
Kommentar
a=år
k=kilo
s = sekund
G=giga, 109
Riskbedömning – Cs
FÖRVÄNTADE EGENSKAPER
Liknar sannolikt Na, K!
GRUPP 1A
Li
Na
K
Rb
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 E0 (Cs+/Cs) = -2.92 V
dvs starkt reducerande och väteutdrivande
Cs
Fr
KEMA02/ ©Sofi Elmroth 2012
SLUTSATSER
Assimileras i såväl växter som djur
Kraftigt reaktiv i metallisk form
Tidsberoende aktivitet
N = No exp(-kt)
1:a ordningens sönderfall!
t½
KEMA02/ ©Sofi Elmroth 2012
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 t1/2
EXEMPEL:
KEMA02/ ©Sofi Elmroth 2012
Cesium
t1/2 = 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
KEMA02/ ©Sofi Elmroth 2012
Att bestämma halveringstiden
UPPGIFT A:17.37
Bestämning av halveringstiden när aktiviteten uppmätts
vid två tidpunkter
KEMA02/ ©Sofi Elmroth 2012
Radionuklider
Användning: PET scanning
Positron Emission Tomography
EXEMPEL: PET-scan
Utnyttjar:
18F – positronsönderfall (β+);
t ½ ca 1.5 h
Taktik:
märk biomolekyl (tex östrogen)
med F och
följ förhöjt upptag tex till tumör
KEMA02/ ©Sofi Elmroth 2012
Technetium
en kortlivad men mångsidig kontrast
Användning:
KONTRAST för tex
hjärtat och sköldkörteln
Halveringstid:
ca 6 h
Sönderfall:
γ sönderfall; 99mTc → 99Tc + γ
Technetium (99mTc) sestamibi
godkänd 2008
KEMA02/ ©Sofi Elmroth 2012
Produktion:
Sönderfall av 99Mo; t1/2 ca 2.5
dygn
Fosfor
inmärkning av DNA/RNA, fosforylering av protein
32
15
P
P: 23 kända isotoper
Vanlig ”lab-isotop” :
- 32P – β sönderfall
-t1/2 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)
KEMA02/ ©Sofi Elmroth 2012
Svavel
inmärkning av protein - proteinproduktion
35
16
S
P: 25 kända isotoper
Vanlig ”lab-isotop”:
- 35S – β(-) sönderfall
- t1/2 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.
Metod:
Låt proteinproduktionen äga rum efter tillsats
av 35S-inmärkta aminosyror
Kombination av 32P och 35S användes
för att visa att virus infekterar celler med
sitt DNA och ej proteinhöljet
(Hershey & Chase 1952)
KEMA02/ ©Sofi Elmroth 2012
Användning:
Proteinproduktion/tidsenhet, lokalisering
Kol
för åldersbestämning
14
6
C
oväntad upptäckt i fjällen| 2008-04-11 10:39 –
Forskarfynd: världens äldsta träd finns i Dalarna
Av Erik Klefbom
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.
KEMA02/ ©Sofi Elmroth 2012
KÄLLA: http://miljoaktuellt.idg.se/2.1845/1.155680
Kol
för åldersbestämning forts.
EXEMPEL 17.4
14C analys av trä från arkeologisk utgrävning i Arizona
14C
bildas och söderfaller i troposfären
JÄMVIKTSHALTER av 12C och 14C tillgängliga för upptag
prov
Konstant förhållande
KEMA02/ ©Sofi Elmroth 2012
14C/12C
kontroll
14C-halten i
Bundet C:
14C-halten avtar nu levande växt
