炭素の同位体

炭素の同位体（_6C）
標準原子量 A r °(C)
	[12.0096、 12.0116 ] ; 12.011 ± 0.002 （要約）;
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炭素（_6C）には14の同位体が知られており、⁸
Ｃ
に²⁰
Ｃ
同様に²²
Ｃ
、そのうち¹²
Ｃ
そして¹³
Ｃ
安定している。最も寿命の長い放射性同位元素は¹⁴
Ｃ
、半減期は5.70(3) × 10 ³年。これはまた、反応によって微量に宇宙線生成され、自然界で発見された唯一の炭素放射性同位体である。¹⁴
いいえ
+
ん
→¹⁴
Ｃ
+¹
H
最も安定した人工放射性同位元素は¹¹
Ｃ
、半減期は20.3402(53)分。他の放射性同位元素の半減期は20秒以下で、ほとんどが200ミリ秒以下です。最も不安定な同位元素は⁸
Ｃ
、半減期は3.5(1.4) × 10 ⁻²¹ s 。軽い同位体はホウ素同位体に崩壊し、重い同位体は窒素同位体に崩壊する傾向がある。

同位体のリスト

^ ( ) – 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。
^ 崩壊のモード:
^ 太字の記号は娘製品です – 娘製品は安定しています。
^ ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数によるスピンを示します。
^ # – # 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の傾向 (TNN) から導き出されたものです。
^ その後、二重陽子放出により崩壊し、⁴
彼
ネット反応は⁸
Ｃ
→⁴
彼
+ 4¹
H
^ すぐに陽子放出により崩壊し、⁴
彼
ネット反応は⁹
Ｃ
→ 2 ⁴
彼
+¹
H
+
e⁺
^ すぐに2つに崩壊する⁴
彼
原子の反応の正味の⁹
Ｃ
→ 2 ⁴
彼
+¹
H
+
e⁺
^ PETスキャンにおける分子の標識に使用
^ abc 示されている崩壊モードはエネルギー的には許容されるが、この核種で発生することは実験的に観察されていない。
^ 統一原子質量単位は、基底状態の炭素12の非結合原子の質量の1/12として定義されます。
^ 古代の生物生産性とさまざまなタイプの光合成を測定するために使用された¹² C と¹³ Cの比率
^ 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）
^ 主に宇宙線起源で、中性子が原子に衝突することで生成される。¹⁴
いいえ
（¹⁴
いいえ
+
ん
→¹⁴
Ｃ
+¹
H
）
^ ハロー中性子が1個ある
^ ハロー中性子が2個ある

炭素11

炭素11または¹¹
Ｃ
は炭素の放射性同位体で、ホウ素11に崩壊する。この崩壊は主に陽電子放出によって起こり、崩壊の約0.19～0.23％は電子捕獲によって起こる。^[6]^[7]半減期は20.3402(53)分

¹¹
Ｃ
→¹¹
B
+
e⁺
+
ν
_e+0.96 メガボルト

¹¹
Ｃ
+
e⁻
→¹¹
B
+
ν
_e+1.98 メガボルト

サイクロトロン内で窒素に約16.5MeVの陽子を衝突させることで生成されます。吸熱反応を引き起こします^[8]^[9]

¹⁴
いいえ
+
p
→¹¹
Ｃ
+⁴
彼
− 2.92 メガボルト

また、断片化によっても生成される。¹²
Ｃ
高エネルギーの射撃によって¹²
Ｃ
ターゲットに向かって^[10]

炭素11は、陽電子放出断層撮影における分子の放射性標識のための放射性同位元素として一般的に使用されています。この文脈で使用される多くの分子の中には、放射性リガンド [ ¹¹
Ｃ
]DASBと[¹¹
Ｃ
]シンビ-5。

天然同位体

炭素には天然に存在する同位体12、13、14 の3 つがあります。¹²
Ｃ
そして¹³
Ｃ
安定しており、自然な割合は約 93:1 で存在します。¹⁴
Ｃ
上層大気中の宇宙放射線からの熱中性子によって生成され、地球に運ばれ、生物の生体物質に吸収される。同位体的には、¹⁴
Ｃ
ごくわずかな量を占めるが、半減期が5.70(3) × 10 ³年で、放射線測定で検出可能です。死んだ組織は吸収しないので、¹⁴
Ｃ
、量の¹⁴
Ｃ
考古学の分野で生物学的物質の放射年代測定に使用される方法の 1 つです。

古気候

¹²
Ｃ
そして¹³
Ｃ
底生有孔虫 ^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）の代理として使用される。^[11]植物はより軽い同位体（ ¹²
Ｃ
）は太陽光と二酸化炭素を食物に変換するときに、大量の二酸化炭素を吸収します。たとえば、プランクトン（浮遊生物）の大群は、大量の二酸化炭素を吸収します。¹²
Ｃ
海から。もともと、¹²
Ｃ
大気から海水に取り込まれたものがほとんどです。プランクトンが生息する海が成層構造（つまり、上層近くに暖かい水があり、下層に冷たい水がある）の場合、表面の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んでいき、¹²
Ｃ
表面から比較的豊富な表面層を残して¹³
Ｃ
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¹²
Ｃ
それを裏付けるように、海が今ほど成層化していなかった頃は、¹²
Ｃ
地表に生息する種の骨格に見られる。過去の気候の他の指標としては、熱帯種の存在やサンゴの成長年輪などがある。^[12]

食料源と食生活の追跡

異なる同位体の量は質量分析法で測定され、標準物質と比較されます。その結果（例えば、¹³
Ｃ
= δ¹³
Ｃ
）は、標準の比率からの1000分の1（‰）の偏差として表される：^[13]

\delta {\ce {^{13}C}}=\left({\frac {\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{sample}}}{\left({\frac {{\ce {^{13}C}}}{{\ce {^{12}C}}}}\right)_{\text{standard}}}}-1\right)\times 1000

‰

通常の標準はピーディーベレムナイト（略して「PDB」）で、化石ベレムナイトです。オリジナルのPDBサンプルが不足しているため、今日では人工の「仮想PDB」または「VPDB」が一般的に使用されています。^[14]

二酸化炭素中の安定炭素同位体は、植物の光合成中に差別的に利用される。^[要出典]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木の実や果実、バラ、ケンタッキーブルーグラス）は、C3光合成経路に従い、平均約−26.5‰の^δ13C値を生成する。^[要出典]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、C4光合成経路に従い、平均約−12.5‰のδ13C値を生成する^。 [ ^15]

したがって、これらの異なる植物を食べることは、消費者の体組織のδ13C値に影響を与えることになります。動物（または人間）がC3植物のみを食べると、骨のコラーゲンのδ13C^値は^-18.5〜 -22.0‰ 、歯と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値は -7.5‰、ハイドロキシアパタイト値は -0.5‰ になります。

実際のケーススタディでは、キビやトウモロコシを食べる人と、米や小麦を食べる人とは簡単に区別できます。これらの食生活の好みが時間の経過ととも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、人々の移住経路やさまざま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、人間のグループはC3植物とC4植物を混ぜたり（中国北部は歴史的に小麦とキビで生活していた）、植物と動物のグループを混ぜたり（たとえば、中国南東部は米と魚で生活していた）することがよくあります。^[17]

参照

参考文献

^ 「標準原子量：炭素」CIAAW 2009年。
^ 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技術レポート）」.純粋および応用化学. doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN 1365-3075.
^ 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.
^ abcd 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.
^ ab 「炭素の原子量」CIAAW。
^ Scobie, J.; Lewis, GM (1957年9月1日). 「炭素11のK捕獲」. Philosophical Magazine . 2 (21): 1089–1099. Bibcode :1957PMag....2.1089S. doi :10.1080/14786435708242737.
^ 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率」。Nuclear Physics A . 96 (2): 279–287. Bibcode :1967NuPhA..96..279C. doi :10.1016/0375-9474(67)90712-9.
^ 「Carbon-11の生成と変換」。学術コミュニティ百科事典。
^ Lu, Shuiyu; et al. (2024年1月18日). 「Carbon-11化学における気相変換」. Int. J. Mol. Sci . 25 (2): 1167. doi : 10.3390/ijms25021167 . PMC 10816134. PMID 38256240 .
^ Daria Boscolo; et al. (2024年9月). 「放射性イオンビームによるマウス腫瘍の初の画像誘導治療」. arXiv : 2409.14898 .
^ Lynch-Stieglitz, Jean; Stocker, Thomas F.; Broecker, Wallace S.; Fairbanks, Richard G. (1995). 「大気と海洋の交換が海洋炭素の同位体組成に与える影響: 観察とモデリング」Global Biogeochemical Cycles . 9 (4): 653–665. Bibcode :1995GBioC...9..653L. doi :10.1029/95GB02574. S2CID 129194624.
^ ティム・フラナリー 『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
^ ミラー、チャールズ B.、ウィーラー、パトリシア (2012)。生物海洋学(第 2 版)。チチェスター、ウェストサセックス: ジョンワイリーアンドサンズ、リミテッド。p. 186。ISBN 9781444333022. OCLC 794619582.
^ 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: ワイリー。ISBN 978-81-265-3837-9。
^ 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。
^ Tycot, RH (2004). M. Martini; M. Milazzo; M. Piacentini (編). 「安定同位体と食事: 食べたものがあなたを構成する」(PDF)。国際物理学学校「エンリコ・フェルミ」コース CLIV の議事録。
^ 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): 1031–2. doi : 10.1079/bjn20061782 . PMID 16768822.

[4] ( ) – 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。

[6] 崩壊のモード:

[7] 太字の記号は娘製品です – 娘製品は安定しています。

[8] ( ) スピン値 – 弱い割り当て引数によるスピンを示します。

[TNN-9] # – # 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の傾向 (TNN) から導き出されたものです。

[10] その後、二重陽子放出により崩壊し、⁴
彼
ネット反応は⁸
Ｃ
→⁴
彼
+ 4¹
H

[11] すぐに陽子放出により崩壊し、⁴
彼
ネット反応は⁹
Ｃ
→ 2 ⁴
彼
+¹
H
+
e⁺

[12] すぐに2つに崩壊する⁴
彼
原子の反応の正味の⁹
Ｃ
→ 2 ⁴
彼
+¹
H
+
e⁺

[13] PETスキャンにおける分子の標識に使用

[decay_mode_1-14] 示されている崩壊モードはエネルギー的には許容されるが、この核種で発生することは実験的に観察されていない。

[15] 統一原子質量単位は、基底状態の炭素12の非結合原子の質量の1/12として定義されます。

[17] 古代の生物生産性とさまざまなタイプの光合成を測定するために使用された¹² C と¹³ Cの比率

[18] 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）

[19] 主に宇宙線起源で、中性子が原子に衝突することで生成される。¹⁴
いいえ
（¹⁴
いいえ
+
ん
→¹⁴
Ｃ
+¹
H
）

[20] ハロー中性子が1個ある

[21] ハロー中性子が2個ある

[1] 「標準原子量：炭素」CIAAW 2009年。

[CIAAW2021-2] 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技術レポート）」.純粋および応用化学. doi :10.1515/pac-2019-0603. ISSN 1365-3075.

[AME2020_II-3] 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.

[NUBASE2020-5] 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.

[Atomic_Weight_of_Carbon-16] 「炭素の原子量」CIAAW。

[11C-Scobie-22] Scobie, J.; Lewis, GM (1957年9月1日). 「炭素11のK捕獲」. Philosophical Magazine . 2 (21): 1089–1099. Bibcode :1957PMag....2.1089S. doi :10.1080/14786435708242737.

[11C-Campbell-23] 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率」。Nuclear Physics A . 96 (2): 279–287. Bibcode :1967NuPhA..96..279C. doi :10.1016/0375-9474(67)90712-9.

[24] 「Carbon-11の生成と変換」。学術コミュニティ百科事典。

[25] Lu, Shuiyu; et al. (2024年1月18日). 「Carbon-11化学における気相変換」. Int. J. Mol. Sci . 25 (2): 1167. doi : 10.3390/ijms25021167 . PMC 10816134. PMID 38256240 .

[26] Daria Boscolo; et al. (2024年9月). 「放射性イオンビームによるマウス腫瘍の初の画像誘導治療」. arXiv : 2409.14898 .

[27] Lynch-Stieglitz, Jean; Stocker, Thomas F.; Broecker, Wallace S.; Fairbanks, Richard G. (1995). 「大気と海洋の交換が海洋炭素の同位体組成に与える影響: 観察とモデリング」Global Biogeochemical Cycles . 9 (4): 653–665. Bibcode :1995GBioC...9..653L. doi :10.1029/95GB02574. S2CID 129194624.

[C-Flannery-28] ティム・フラナリー 『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

[C-Miller-29] ミラー、チャールズ B.、ウィーラー、パトリシア (2012)。生物海洋学(第 2 版)。チチェスター、ウェストサセックス: ジョンワイリーアンドサンズ、リミテッド。p. 186。ISBN 9781444333022. OCLC 794619582.

[Faure-30] 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: ワイリー。ISBN 978-81-265-3837-9。

[Oleary98-31] 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。

[C-Tycot-32] Tycot, RH (2004). M. Martini; M. Milazzo; M. Piacentini (編). 「安定同位体と食事: 食べたものがあなたを構成する」(PDF)。国際物理学学校「エンリコ・フェルミ」コース CLIV の議事録。

[C-Richard-33] 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): 1031–2. doi : 10.1079/bjn20061782 . PMID 16768822.