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 기호Ga
양성자 수31
동위 원소
66Gana: 합성
hl: 약 9.5시간
dm1: β+ 붕괴
perc1: 해당 없음
link1: 66Zn
pn1: 66
ps1: Zn
67Gana: 합성
hl: 약 3.3일
dm1: 전자 포획
perc1: 해당 없음
link1: 67Zn
pn1: 67
ps1: Zn
68Gana: 합성
hl: 약 1.2시간
dm1: β+ 붕괴
perc1: 해당 없음
link1: 68Zn
pn1: 68
ps1: Zn
69Gana: 60.11%
hl: 안정
70Gana: 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
71Gana: 39.89%
hl: 안정
72Gana: 합성
hl: 약 14.1시간
dm1: β− 붕괴
perc1: 해당 없음
link1: 72Ge
pn1: 72
ps1: Ge
73Gana: 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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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

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갈륨의 주요 동위 원소
핵종양성자 수중성자 수반감기붕괴 방식딸핵종비고
60Ga312972.4(17) msβ+ (98.4%)
β+, p (1.6%)
β+, α (<0.023%)
60Zn
59Cu
56Ni
61Ga3130165.9(25) msβ+
β+, p (<0.25%)
61Zn
60Cu
62Ga3131116.122(21) msβ+62Zn
63Ga313232.4(5) sβ+63Zn
64Ga31332.627(12) minβ+64Zn
64mGa313321.9(7) μsIT64Ga
65Ga313415.133(28) minβ+65Zn
66Ga31359.304(8) hβ+66Zn
67Ga31363.2617(4) dEC67Zn
68Ga313767.842(16) minβ+68Zn
69Ga3138안정
70Ga313921.14(5) minβ− (99.59%)
EC (0.41%)
70Ge
70Zn
71Ga3140안정
72Ga314114.025(10) hβ−72Ge
72mGa314139.68(13) msIT72Ga
73Ga31424.86(3) hβ−73Ge
73mGa3142<200 msIT?, β−73Ga, 73Ge
74Ga31438.12(12) minβ−74Ge
74mGa31439.5(10) sIT (>75%)
β− (<25%)
74Ga
74Ge
75Ga3144126(2) sβ−75Ge
76Ga314530.6(6) sβ−76Ge
77Ga314613.2(2) sβ−77mGe (88%)
77Ge (12%)
78Ga31475.09(5) sβ−78Ge
78mGa3147110(3) nsIT78Ga
79Ga31482.848(3) sβ− (99.911%)
β−, n (0.089%)
79Ge
78Ge
80Ga31491.9(1) sβ− (99.14%)
β−, n (0.86%)
80Ge
79Ge
80mGa31491.3(2) sβ−
β−, n?
IT
80Ge
79Ge
80Ga
81Ga31501.217(5) sβ− (87.5%)
β−, n (12.5%)
81mGe
80Ge
82Ga3151600(2) msβ− (78.8%)
β−, n (21.2%)
β−, 2n?
82Ge
81Ge
80Ge
82mGa315193.5(67) nsIT82Ga
83Ga3152310.0(7) msβ−, n (85%)
β− (15%)
β−, 2n?
82Ge
83Ge
81Ge
84Ga315397.6(12) msβ− (55%)
β−, n (43%)
β−, 2n (1.6%)
84Ge
83Ge
82Ge
85Ga315495.3(10) msβ−, n (77%)
β− (22%)
β−, 2n (1.3%)
84Ge
85Ge
83Ge
86Ga315549(2) msβ−, n (69%)
β−, 2n (16.2%)
β− (15%)
85Ge
84Ge
86Ge
87Ga315629(4) msβ−, n (81%)
β−, 2n (10.2%)
β− (9%)
84Ge
85Ge
87Ge
88Ga3157β−?
β−, n?
88Ge
87Ge

2.2. 동위 원소 표

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핵종Z(p)N(n)동위 원소 질량 (u)반감기붕괴 방식[10붕괴 생성물핵 스핀전형적 동위 원소 구성비 (몰 분율)자연적 구성비 변동 범위 (몰 분율)
56Ga312555.99491(28)#p55Zn3+#
57Ga312656.98293(28)#p56Zn1/2-#
58Ga312757.97425(23)#p57Zn2+#
59Ga312858.96337(18)#p58Zn3/2-#
60Ga312959.95706(12)#70(10) msβ+60Zn(2+)
61Ga313060.94945(6)168(3) msβ+61Zn3/2-
62Ga313161.944175(30)116.18(4) msβ+62Zn0+
63Ga313262.9392942(14)32.4(5) sβ+63Zn(3/2-)
64Ga313363.9368387(22)2.627(12) minβ+64Zn0(+#)
64mGa42.85(8) keV21.9(7) µs2+
65Ga313464.9327348(9)15.2(2) minβ+65Zn3/2-
66Ga313565.931589(3)9.49(7) hβ+66Zn0+
67Ga313666.9282017(14)3.2612(6) dε67Zn3/2-
68Ga313767.9279801(16)67.71(9) minβ+68Zn1+
69Ga313868.9255736(13)안정3/2-0.60108(9)
70Ga313969.9260220(13)21.14(3) minβ- (99.59)70Ge1+
ε (0.41%)70Zn
71Ga314070.9247013(11)안정3/2-0.39892(9)
72Ga314171.9263663(11)14.095(3) hβ-72Ge3-
72mGa119.66(5) keV39.68(13) msIT72Ga(0+)
73Ga314272.9251747(18)4.86(3) hβ-73Ge3/2-
74Ga314373.926946(4)8.12(12) minβ-74Ge(3-)
74mGa59.571(14) keV9.5(10) s(0)
75Ga314474.9265002(26)126(2) sβ-75Ge(3/2)-
76Ga314575.9288276(21)32.6(6) sβ-76Ge(2+,3+)
77Ga314676.9291543(26)13.2(2) sβ-77Ge(3/2-)
78Ga314777.9316082(26)5.09(5) sβ-78Ge(3+)
79Ga314878.93289(11)2.847(3) sβ- (99.911%)79mGe(3/2-)#
β-, n (0.089%)78Ge
80Ga314979.93652(13)1.697(11) sβ- (99.11%)80Ge(3)
β-, n (0.89%)79Ge
81Ga315080.93775(21)1.217(5) sβ- (88.11%)81mGe(5/2-)
β-, n (11.89%)80Ge
82Ga315181.94299(32)#0.599(2) sβ- (78.5%)82Ge(1,2,3)
β-, n (21.5%)81Ge
83Ga315282.94698(32)#308(1) msβ- (60%)83Ge3/2-#
β-, n (40%)82Ge
84Ga315383.95265(43)#0.085(10) sβ-, n (70%)83Ge
β- (30%)84Ge
85Ga315484.95700(54)#50# ms [>300 ns]3/2-#
86Ga315585.96312(86)#30# ms [>300 ns]


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

2.3.2. PET 스캔 (<sup>68</sup>Ga)

Gallium-68영어 (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-67영어 (67Ga)을 사용할 수도 있다. Gallium-68영어은 DOTATOC와 같이 특정 조직에 결합하는 리간드의 양전자 방출 표지자로만 사용되며, 이는 신경내분비 종양의 영상화에 유용한 소마토스타틴 유사체이다. Gallium-68영어 DOTA 스캔은 점차 옥트레오타이드 스캔(소마토스타틴 수용체 리간드로 옥트레오타이드를 사용하는 {{lang 스캔의 일종)을 대체하고 있다. Gallium-68영어은 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.