《低氘水的作用》word版

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1、自然界中已知的107个化学元素有近270个稳定同位素,质量最小的是氢元素,它有氕(1H)和氘(2H即D)两种稳定性同位素,由此组成的水1H2O和2H2O(即D2O)分别称为氕水(轻水)和氘水(也称重水)。天然水中氘的丰度很低,一般为150?10-4atom%,低氘水(又称贫氘水或无氘水)是指氘丰度低于天然丰度的水,是一种稳定性同位素产品。自从人类发现同位素以来,同位素的制备技术和同位素产品的应用研究不断得到发展,同位素产品在生命科学、核科学、生物学、医药学、地质学、农业科学等高科技研究领域发挥重要作用。氢同位素也是如此

2、,1931年氘被发现至今,重水的分离方法和应用范围取得了重大突破,对各国的经济和军事发展产生了深刻影响;而低氘水的研究则滞后于重水,是近年国外核医学和水生理学领域的研究成果。
低氘水的制备国内关于低氘水的研究报道较少,有些关于低氘水制备的专利技术,但大多缺乏实质性的研究内容。国外有不少国家涉足低氘水的研究,如匈牙利、乌克兰、罗马尼亚、俄罗斯、美国等国家的相关研究机构纷纷公开其研究成果:早在1992年,匈牙利Somlyai等人研制了用普通水经蒸馏制取低氘水的方法,获得氘丰度15~30?10-4atom%的产品;1997年

3、,匈牙利Somlyai等人又通过电解、蒸馏及其它方法的进一步研究,将水中的氘降低为0.1?10-4atom%;1995年乌克兰Nikolaevich等公开了一种高真空汽化水的方法制取低氘、氚的应用水1998年罗马尼亚RegiaAutonomaActivitatiNucleareSucur采用自来水或重水厂的废水,真空蒸馏得到低氘水;俄罗斯国家科学院也做过大量的水蒸馏研究工作;美国公开了以海水为原料生产低氘水的装置技术。纵观国内外的研究报道,低氘水主要以水为原料,采用分离方法制备而得。低氘水的分离原理虽然简单,但由于天然

4、水中氘同位素丰度极少且氢同位素的分离系数小,因此分离氘是很困难的,力求寻找能耗低、投资少、经济上适合工业规模的生产方法是研究重点。就分离方法而论,低氘水的分离方法有化学交换法、蒸馏法、电解法、热扩散法、膜扩散吸附法、离心法、激光法等方法以及上述几种方法的组合,但作为工业化生产的方法主要推荐化学交换法和蒸馏法。1.1?化学交换法化学交换法是分离氢同位素的方法之一,它根据热力学同位素效应,利用同位素在不同化学组分间的分配不同而达到分离的目的。依据操作过程的不同,化学交换法又可分成单温法和双温交换法。单温交换法的典型过程是H

5、2O?H2交换法,双温交换法的典型过程是H2S?H2O交换法。除H2O?H2交换法外,其它化学交换法生产的低氘水不适宜用作饮用水。1.2?蒸馏法蒸馏法是分离液相混合物的经典方法,是利用不同组分蒸汽压的差别来实现分离的,由于同位素分子变种的蒸汽压相差甚小,水蒸馏分离制备低氘水的能耗较高,但是水蒸馏法操作简单可靠,生产过程无污染,是一种较容易实现的方法。1.3?电解法电解法是一种古老的分离方法,水电解时,阴极上析出氢气,阳极上析出氧气,由于水溶液中氘离子在阴极上电析速度比氕离子慢得多,因此在阴极上析出的氢气中氕离子获得富集

6、,由此氢气和氧气可合成低氘水。2?低氘水的应用同一元素的同位素,在物理化学和核性质上是有差异的,这种差异(称为同位素效应)取决于同位素的相对质量变化和核壳层结构,越轻的元素由质量差异所引起的同位素效应越强,因此水中同位素氕和氘含量的变化,使水的有些性质发生很大变化而改变其用途。根据氘丰度的不同,低氘水主要用于制备超纯氕气、核磁共振溶剂、防治疾病、保健饮用水及配方用水等。2.1?制备超纯氕气和在核磁共振溶剂的应用氘丰度!1?10-4atom%的低氘水,可制备超纯氕气应用于实验研究。氘丰度2~3?10-4atom%的低氘水

7、,可用作核磁共振溶剂应用于核磁共振技术[13]。质子核磁共振技术是用来确定未知有机化合物结构的有效方法,已经成为分子认证主要技术之一,广泛应用在化学研究、生化、医药化学、聚合物科学、石油研究、农业化学和医学。核磁共振成像技术是核磁共振在医学领域的应用,人体内含有非常丰富的水,不同的组织水的含量也各不相同,探测水的分布信息,就能够绘制出一幅比较完整的人体内部结构图像,核磁共振成像技术就是通过识别水分子中氢原子信号的分布来推测水分子在人体内的分布,进而探测人体内部结构的技术。核磁共振技术是一种无侵袭的检查方法,对患者没有射

8、线影响,诊断的依据是人体内水分子氢核发出的核磁共振信号,信号强弱不仅取决于人体所含氢核密度,而且还取决于氢核在分子结构中的位置和分子周围的环境状态。核磁共振成像的优点是不需要移动患者就能获得无重叠的、不失真的、任何解剖方向的断层图象,打破了以往医学影像诊断的惯例,克服了以解剖学为基础的局限性,可以在分子结构的水平上进行诊断。它不仅