갈륨 동위 원소

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1. 개요

갈륨의 동위 원소는 질량수가 56부터 86까지 다양하며, 이 중 ⁶⁹Ga과 ⁷¹Ga은 안정 동위 원소이다. 갈륨-67은 감마선을 방출하며 갈륨 스캔에 사용되고, 갈륨-68은 양전자를 방출하여 PET 스캔에 활용된다. 갈륨-68은 신경내분비 종양과 췌장암 영상화에 사용되는 소마토스타틴 유사체인 DOTATOC과 결합하여 PET-CT 스캔에 활용된다.

갈륨 동위 원소

개요

원소 기호	Ga
양성자 수	31

동위 원소

⁶⁶Ga	na: 합성 hl: 약 9.5시간 dm1: β+ 붕괴 perc1: 해당 없음 link1: ⁶⁶Zn pn1: 66 ps1: Zn
⁶⁷Ga	na: 합성 hl: 약 3.3일 dm1: 전자 포획 perc1: 해당 없음 link1: ⁶⁷Zn pn1: 67 ps1: Zn
⁶⁸Ga	na: 합성 hl: 약 1.2시간 dm1: β⁺ 붕괴 perc1: 해당 없음 link1: ⁶⁸Zn pn1: 68 ps1: Zn
⁶⁹Ga	na: 60.11% hl: 안정
⁷⁰Ga	na: 합성 hl: 약 21분 dm1: β⁻ 붕괴 perc1: 해당 없음 link1: ⁷⁰Ge pn1: 70 ps1: Ge dm2: 전자 포획 perc2: 해당 없음 link2: ⁷⁰Zn pn2: 70 ps2: Zn
⁷¹Ga	na: 39.89% hl: 안정
⁷²Ga	na: 합성 hl: 약 14.1시간 dm1: β⁻ 붕괴 perc1: 해당 없음 link1: ⁷²Ge pn1: 72 ps1: Ge
⁷³Ga	na: 합성 hl: 약 4.9시간 dm1: β⁻ 붕괴 perc1: 해당 없음 link1: ⁷³Ge pn1: 73 ps1: Ge

참고 문헌

Kumlin J, Dam J, Langkjaer N, Chua CJ, Borjian S, Kassaian A, Hook B, Zeisler S, Schaffer P, Helge ThisgaardMulti-Curie Production of Ga-68 on a Biomedical CyclotronConference: EANM'19October 2019
Thisgaard, Helge; Kumlin, Joel; Langkjær, Niels; Chua, Jansen; Hook, Brian; Jensen, Mikael; Kassaian, Amir; Zeisler, Stefan; Borjian, Sogol; Cross, Michael; Schaffer, Paul (2021-01-07). “Multi-curie production of gallium-68 on a biomedical cyclotron and automated radiolabelling of PSMA-11 and DOTATATE”. EJNMMI Radiopharmacy and Chemistry. 6 (1): 1. doi:10.1186/s41181-020-00114-9. ISSN 2365-421X. PMC 7790954. PMID 33411034.

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1. 개요
2. 갈륨 동위 원소

2. 갈륨 동위 원소

갈륨은 원자번호 31번의 원소로, 38개의 동위 원소가 알려져 있다. 이 중 질량수가 69, 71인 두 종류의 동위 원소가 안정적이며, 자연에 존재하는 갈륨은 이 두 동위 원소로만 구성되어 있다. ⁶⁹Ga는 60.108%, ⁷¹Ga는 39.892%의 비율로 존재한다.

나머지 갈륨 동위 원소들은 모두 방사성 동위 원소이며, 이들 중 의학적으로 중요한 동위 원소는 다음과 같다.

* ⁶⁷Ga: 반감기가 3.26일이며, 전자 포획을 통해 안정된 ⁶⁷Zn로 붕괴한다. 감마선을 방출하므로 갈륨 스캔에 사용된다.
* ⁶⁸Ga: 반감기가 68분으로, 양전자 방출을 통해 안정된 ⁶⁸Zn로 붕괴한다. 양전자 방출 단층촬영(PET)에 사용된다.

갈륨의 방사성 동위 원소들은 베타 붕괴나 전자 포획 등의 붕괴 방식을 통해 다른 원소로 변환된다.

2.1. 주요 동위 원소

👆

좌우로 밀어서 보기

갈륨의 주요 동위 원소
핵종	양성자 수	중성자 수	반감기	붕괴 방식	딸핵종
⁶⁰Ga	31	29	72.4(17) ms	β⁺ (98.4%) β⁺, p (1.6%) β⁺, α (<0.023%)	⁶⁰Zn ⁵⁹Cu ⁵⁶Ni
⁶¹Ga	31	30	165.9(25) ms	β⁺ β⁺, p (<0.25%)	⁶¹Zn ⁶⁰Cu
⁶²Ga	31	31	116.122(21) ms	β⁺	⁶²Zn
⁶³Ga	31	32	32.4(5) s	β⁺	⁶³Zn
⁶⁴Ga	31	33	2.627(12) min	β⁺	⁶⁴Zn
^64mGa	31	33	21.9(7) μs	IT	⁶⁴Ga
⁶⁵Ga	31	34	15.133(28) min	β⁺	⁶⁵Zn
⁶⁶Ga	31	35	9.304(8) h	β⁺	⁶⁶Zn
⁶⁷Ga	31	36	3.2617(4) d	EC	⁶⁷Zn
⁶⁸Ga	31	37	67.842(16) min	β⁺	⁶⁸Zn
⁶⁹Ga	31	38	안정
⁷⁰Ga	31	39	21.14(5) min	β⁻ (99.59%) EC (0.41%)	⁷⁰Ge ⁷⁰Zn
⁷¹Ga	31	40	안정
⁷²Ga	31	41	14.025(10) h	β⁻	⁷²Ge
^72mGa	31	41	39.68(13) ms	IT	⁷²Ga
⁷³Ga	31	42	4.86(3) h	β⁻	⁷³Ge
^73mGa	31	42	<200 ms	IT?, β⁻	⁷³Ga, ⁷³Ge
⁷⁴Ga	31	43	8.12(12) min	β⁻	⁷⁴Ge
^74mGa	31	43	9.5(10) s	IT (>75%) β⁻ (<25%)	⁷⁴Ga ⁷⁴Ge
⁷⁵Ga	31	44	126(2) s	β⁻	⁷⁵Ge
⁷⁶Ga	31	45	30.6(6) s	β⁻	*⁷⁶Ge*
⁷⁷Ga	31	46	13.2(2) s	β⁻	^77mGe (88%) ⁷⁷Ge (12%)
⁷⁸Ga	31	47	5.09(5) s	β⁻	⁷⁸Ge
^78mGa	31	47	110(3) ns	IT	⁷⁸Ga
⁷⁹Ga	31	48	2.848(3) s	β⁻ (99.911%) β⁻, n (0.089%)	⁷⁹Ge ⁷⁸Ge
⁸⁰Ga	31	49	1.9(1) s	β⁻ (99.14%) β⁻, n (0.86%)	⁸⁰Ge ⁷⁹Ge
^80mGa	31	49	1.3(2) s	β⁻ β⁻, n? IT	⁸⁰Ge ⁷⁹Ge ⁸⁰Ga
⁸¹Ga	31	50	1.217(5) s	β⁻ (87.5%) β⁻, n (12.5%)	^81mGe ⁸⁰Ge
⁸²Ga	31	51	600(2) ms	β⁻ (78.8%) β⁻, n (21.2%) β⁻, 2n?	⁸²Ge ⁸¹Ge ⁸⁰Ge
^82mGa	31	51	93.5(67) ns	IT	⁸²Ga
⁸³Ga	31	52	310.0(7) ms	β⁻, n (85%) β⁻ (15%) β⁻, 2n?	⁸²Ge ⁸³Ge ⁸¹Ge
⁸⁴Ga	31	53	97.6(12) ms	β⁻ (55%) β⁻, n (43%) β⁻, 2n (1.6%)	⁸⁴Ge ⁸³Ge ⁸²Ge
⁸⁵Ga	31	54	95.3(10) ms	β⁻, n (77%) β⁻ (22%) β⁻, 2n (1.3%)	⁸⁴Ge ⁸⁵Ge ⁸³Ge
⁸⁶Ga	31	55	49(2) ms	β⁻, n (69%) β⁻, 2n (16.2%) β⁻ (15%)	⁸⁵Ge ⁸⁴Ge ⁸⁶Ge
⁸⁷Ga	31	56	29(4) ms	β⁻, n (81%) β⁻, 2n (10.2%) β⁻ (9%)	⁸⁴Ge ⁸⁵Ge ⁸⁷Ge
⁸⁸Ga	31	57		β⁻? β⁻, n?	⁸⁸Ge ⁸⁷Ge

2.2. 동위 원소 표

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좌우로 밀어서 보기

핵종	Z(p)	N(n)	동위 원소 질량 (u)	반감기	붕괴 방식^[10	붕괴 생성물	핵 스핀	전형적 동위 원소 구성비 (몰 분율)
⁵⁶Ga	31	25	55.99491(28)#		p	⁵⁵Zn	3+#
⁵⁷Ga	31	26	56.98293(28)#		p	⁵⁶Zn	1/2-#
⁵⁸Ga	31	27	57.97425(23)#		p	⁵⁷Zn	2+#
⁵⁹Ga	31	28	58.96337(18)#		p	⁵⁸Zn	3/2-#
⁶⁰Ga	31	29	59.95706(12)#	70(10) ms	β⁺	⁶⁰Zn	(2+)
⁶¹Ga	31	30	60.94945(6)	168(3) ms	β⁺	⁶¹Zn	3/2-
⁶²Ga	31	31	61.944175(30)	116.18(4) ms	β⁺	⁶²Zn	0+
⁶³Ga	31	32	62.9392942(14)	32.4(5) s	β⁺	⁶³Zn	(3/2-)
⁶⁴Ga	31	33	63.9368387(22)	2.627(12) min	β⁺	⁶⁴Zn	0(+#)
^64mGa	42.85(8) keV			21.9(7) µs			2+
⁶⁵Ga	31	34	64.9327348(9)	15.2(2) min	β⁺	⁶⁵Zn	3/2-
⁶⁶Ga	31	35	65.931589(3)	9.49(7) h	β⁺	⁶⁶Zn	0+
⁶⁷Ga	31	36	66.9282017(14)	3.2612(6) d	ε	⁶⁷Zn	3/2-
⁶⁸Ga	31	37	67.9279801(16)	67.71(9) min	β⁺	⁶⁸Zn	1+
⁶⁹Ga	31	38	68.9255736(13)	안정			3/2-	0.60108(9)
⁷⁰Ga	31	39	69.9260220(13)	21.14(3) min	β^- (99.59)	⁷⁰Ge	1+
⁷⁰Ga	31	39	69.9260220(13)	21.14(3) min	ε (0.41%)	⁷⁰Zn	1+
⁷¹Ga	31	40	70.9247013(11)	안정			3/2-	0.39892(9)
⁷²Ga	31	41	71.9263663(11)	14.095(3) h	β^-	⁷²Ge	3-
^72mGa	119.66(5) keV			39.68(13) ms	IT	⁷²Ga	(0+)
⁷³Ga	31	42	72.9251747(18)	4.86(3) h	β^-	⁷³Ge	3/2-
⁷⁴Ga	31	43	73.926946(4)	8.12(12) min	β^-	⁷⁴Ge	(3-)
^74mGa	59.571(14) keV			9.5(10) s			(0)
⁷⁵Ga	31	44	74.9265002(26)	126(2) s	β^-	⁷⁵Ge	(3/2)-
⁷⁶Ga	31	45	75.9288276(21)	32.6(6) s	β^-	⁷⁶Ge	(2+,3+)
⁷⁷Ga	31	46	76.9291543(26)	13.2(2) s	β^-	⁷⁷Ge	(3/2-)
⁷⁸Ga	31	47	77.9316082(26)	5.09(5) s	β^-	⁷⁸Ge	(3+)
⁷⁹Ga	31	48	78.93289(11)	2.847(3) s	β^- (99.911%)	^79mGe	(3/2-)#
⁷⁹Ga	31	48	78.93289(11)	2.847(3) s	β^-, n (0.089%)	⁷⁸Ge	(3/2-)#
⁸⁰Ga	31	49	79.93652(13)	1.697(11) s	β^- (99.11%)	⁸⁰Ge	(3)
⁸⁰Ga	31	49	79.93652(13)	1.697(11) s	β^-, n (0.89%)	⁷⁹Ge	(3)
⁸¹Ga	31	50	80.93775(21)	1.217(5) s	β^- (88.11%)	^81mGe	(5/2-)
⁸¹Ga	31	50	80.93775(21)	1.217(5) s	β^-, n (11.89%)	⁸⁰Ge	(5/2-)
⁸²Ga	31	51	81.94299(32)#	0.599(2) s	β^- (78.5%)	⁸²Ge	(1,2,3)
⁸²Ga	31	51	81.94299(32)#	0.599(2) s	β^-, n (21.5%)	⁸¹Ge	(1,2,3)
⁸³Ga	31	52	82.94698(32)#	308(1) ms	β^- (60%)	⁸³Ge	3/2-#
⁸³Ga	31	52	82.94698(32)#	308(1) ms	β^-, n (40%)	⁸²Ge	3/2-#
⁸⁴Ga	31	53	83.95265(43)#	0.085(10) s	β^-, n (70%)	⁸³Ge
⁸⁴Ga	31	53	83.95265(43)#	0.085(10) s	β^- (30%)	⁸⁴Ge
⁸⁵Ga	31	54	84.95700(54)#	50# ms [>300 ns]			3/2-#
⁸⁶Ga	31	55	85.96312(86)#	30# ms [>300 ns]

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* #로 표시된 값은 순수하게 실험값에서 산출된 것이 아니라 일부 체계적인 경향에서 도출된 추정값을 포함한다. 명확한 데이터가 얻어지지 않은 핵 스핀에 관해서는 괄호 안에 표기한다.
* 수치의 마지막에 괄호 안에 표기된 것은 그 값의 오차를 나타낸다. 오차의 값은 동위 원소의 구성과 표준 원자 질량에 관해서는 IUPAC가 공표하는 오차로 표기하고 있으며, 그 외의 값은 표준 편차를 표기하고 있다.

2.3. 의학적 이용

갈륨의 동위 원소 중 의학적으로 이용되는 것은 갈륨-67(⁶⁷Ga)과 갈륨-68(⁶⁸Ga)이다. 갈륨-67은 반감기가 3.26일이며 감마선을 방출하여 안정적인 아연-67로 붕괴한다. 갈륨-68은 반감기가 68분으로 짧고 양전자 방출을 하여 안정적인 아연-68로 붕괴한다. 이 두 동위 원소는 각각 갈륨 스캔과 PET 스캔에 사용된다.

2.3.1. 갈륨 스캔 (<sup>67</sup>Ga)

Gallium-67^영어 (⁶⁷Ga)은 반감기가 3.26일이며, 전자 포획 및 감마선 방출 (탈여기)을 통해 안정적인 Zinc-67^영어 (⁶⁷Zn)으로 붕괴한다. 이 동위 원소는 갈륨 스캔에 사용되는 방사성의약품이다 (반감기가 더 짧은 Gallium-68^영어을 사용할 수도 있다). 감마선 방출 동위 원소는 감마 카메라로 영상을 얻는다.

2.3.2. PET 스캔 (<sup>68</sup>Ga)

Gallium-68^영어 (⁶⁸Ga)은 반감기가 68분인 양전자 방출 방사성 동위원소로, 안정적인 아연-68로 붕괴된다. 짧은 반감기로 인해 전자 포획을 통해 271일의 반감기를 가진 게르마늄-68에서 in situ로 방사성 의약품인 갈륨-68 발생기가 생성된다. 이 양전자 방출 동위원소는 PET 스캔(갈륨 스캔 참조)으로 효율적으로 영상을 얻을 수 있으며, 더 긴 수명의 Gallium-67^영어 (⁶⁷Ga)을 사용할 수도 있다. Gallium-68^영어은 DOTATOC와 같이 특정 조직에 결합하는 리간드의 양전자 방출 표지자로만 사용되며, 이는 신경내분비 종양의 영상화에 유용한 소마토스타틴 유사체이다. Gallium-68^영어 DOTA 스캔은 점차 옥트레오타이드 스캔(소마토스타틴 수용체 리간드로 옥트레오타이드를 사용하는 {{lang 스캔의 일종)을 대체하고 있다. Gallium-68^영어은 DOTATOC와 같은 화학 물질에 결합하며, 방출되는 양전자는 PET-CT 스캔으로 영상화된다. 이러한 스캔은 신경내분비 종양과 췌장암의 위치를 찾는 데 유용하다. 따라서 NET 종양에 대한 옥트레오타이드 스캔은 점점 더 갈륨-68 DOTATOC 스캔으로 대체되고 있다.