산소-18

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1. 개요
2. 이용
3. 생산
참조

1. 개요

산소-18(¹⁸O)은 산소의 안정 동위 원소로, 여러 분야에서 활용된다. 양전자 방출 단층촬영(PET)에 사용되는 플루오로데옥시글루코스(FDG) 생산에 사용되며, 고기후학 연구에서는 빙핵이나 해양 퇴적물에 포함된 산소-16과의 비율(δ¹⁸O)을 분석하여 과거 기후를 추정하는 데 활용된다. 또한, 식물 생리학 연구에서 광호흡 경로를 연구하기 위해 사용되기도 한다. 산소-18은 사이클로트론이나 선형 가속기에서 양성자를 이용하여 생산된다.

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산소 동위 원소 - 산소-16
산소-16은 산소의 가장 풍부한 동위 원소이며, 별의 진화 과정에서 생성되고 고기후학 연구에 활용되며, 과거 원자 질량 단위 정의에도 사용되었다.

산소-18
일반 정보
질량수	18
원소 기호	O
중성자 수	10
양성자 수	8
존재비	0.2%
반감기	안정
붕괴 생성물	해당 없음
붕괴 질량	해당 없음
붕괴 기호	해당 없음
질량	17.9991610
스핀	0
과잉 에너지	해당 없음
결합 에너지	해당 없음
붕괴 방식 1	해당 없음
붕괴 에너지 1	해당 없음
붕괴 방식 2	해당 없음
붕괴 에너지 2	해당 없음
붕괴 방식 3	해당 없음
붕괴 에너지 3	해당 없음
붕괴 방식 4	해당 없음
붕괴 에너지 4	해당 없음
기타 정보
부모 원소	¹⁸N, ¹⁹N, ¹⁸F

2. 이용

산소-18(¹⁸O)은 양전자 방출 단층촬영(PET)에 사용되는 플루오로데옥시글루코스(FDG) 생산에 사용된다. FDG에 들어가는 플루오린-18은 ¹⁸O와 수소가 결합한 물 분자(H₂¹⁸O)를 사이클로트론이나 선형 가속기에서 수소 이온과 고속으로 충돌시켜 얻는다.

고기후학에서는 남극이나 북극에서 채취한 빙핵이나 해양 퇴적물에 포함된 산소-16과 ¹⁸O의 비율(δ¹⁸O)을 분석하여 과거의 기후를 추정한다.^[14] 지구의 온도가 낮을수록 해수에서 H₂¹⁸O의 비율이 높아지고 대기에서는 낮아지는 점을 이용한다.^[14]

2. 1. 양전자 방출 단층촬영 (PET)

산소-18은 양전자 방출 단층촬영(PET)에 사용되는 방사성 의약품인 플루오로데옥시글루코스(FDG) 생산에 필수적인 원료이다. ¹⁸O 농축수(H₂¹⁸O)를 사이클로트론이나 선형 가속기에서 양성자와 충돌시켜 플루오린-18(¹⁸F)을 생산한다.^[13] ¹⁸F는 FDG와 같은 방사성 의약품 합성에 사용되어 암 진단 등에 활용된다.¹⁸F 플루오린화물 수용액은 ¹⁸O-농축수(H₂¹⁸O)에 사이클로트론 또는 선형 가속기에서 생성된 고에너지(약 18 MeV) 양성자를 조사하여 생성한다. 이 용액은 플루오린 원자가 종종 수산기를 대체하는 동위 원소 표지 분자의 신속한 합성에 사용된다. 표지된 분자 또는 방사성 의약품은 고에너지 양성자 방사선이 분자를 파괴하므로 방사성 플루오린이 준비된 후에 합성해야 한다.

많은 양의 산소-18 농축수가 양전자 방출 단층 촬영 센터에서 ¹⁸F 표지 플루데옥시글루코스 (FDG)의 현장 생산에 사용된다.

생산 주기의 예로는 17.5 MeV의 에너지와 30 마이크로암페어의 빔 전류를 갖는 양성자 빔으로 Havar (코발트 합금) 호일로 만들어진 25μm 두께의 창을 통해 티타늄 셀에 2ml의 ¹⁸O-농축수를 90분 동안 조사하는 것이다.

다른 조사를 하기 전에 조사된 물을 정제하여 유기 오염 물질, ¹⁸O(p,t)¹⁶O 반응으로 생성된 삼중 수소의 흔적, 표적 셀에서 침출되고 Havar 호일에서 스퍼터링된 이온을 제거해야 한다.

2. 2. 고기후학 연구

고기후학에서는 남극이나 북극에서 채취한 빙핵(ice core)이나 해양 퇴적물에 포함된 산소-16과 산소-18의 비율(δ¹⁸O)을 분석하여 과거의 기후를 추정한다^[14]. 이는 지구의 온도가 낮을수록 해수에서 H₂¹⁸O의 비율이 높아지고 대기에서는 낮아지는 점을 이용한 것이다^[14].

주로 북극과 남극에서 채취한 얼음 코어에서 와 의 비율 (δ)은 시간에 따른 강수량의 온도를 결정하는 데 사용될 수 있다. 물 분자는 대기 중의 물이 적도에서 극쪽으로 이동하면서 레일리 분별 작용^[4]을 받으며, 이로 인해 가 점진적으로 고갈되거나 δ 값이 낮아진다.

δ¹⁸O 값은 특정 유형의 화석에서 고생물 온도 측정법을 결정하는 데에도 사용될 수 있다. 사용되는 화석 물질은 일반적으로 방해석 또는 아라고나이트이지만, 인산염 화석에서도 SHRIMP를 사용하여 산소 동위 원소 고생물 온도 측정법이 수행되었다.^[5] 예를 들어, 가리비 껍질에서 얻은 성장 띠를 측정하여 계절별 온도 변화를 추정할 수 있다.

2. 3. 식물 생리학 연구

식물의 광호흡 연구에서, ¹⁸O로 대기를 표지하면 광호흡 경로에 의한 산소 흡수를 측정할 수 있다. ¹⁸O₂를 이용하면 순 광합성 ¹⁶O₂ 방출과 함께 O₂ 흡수의 단방향 플럭스를 알 수 있다. 산업화 이전의 대기 조건에서 대부분의 식물은 광합성에 의해 생성된 산소의 절반을 광호흡을 통해 재흡수한다는 것이 밝혀졌다.^[7]^[8] 이로 인해 광합성 수율은 대기 중의 산소 존재로 인해 절반으로 줄어들었다.

3. 생산

플루오린-18은 사이클로트론이나 선형 가속기에서 생성된 고에너지(약 18 MeV) 양성자로 ¹⁸O-농축수(H₂¹⁸O)를 조사하여 생성되며, ¹⁸F 플루오린화물 수용액을 만든다.^[1] 이 용액은 플루오린 원자가 수산기를 대체하는 동위 원소 표지 분자를 빠르게 합성하는 데 사용된다.^[1] 표지된 분자 또는 방사성 의약품은 고에너지 양성자 방사선이 분자를 파괴하기 때문에 방사성 플루오린을 준비한 후에 합성해야 한다.^[1]

많은 양의 산소-18 농축수는 양전자 방출 단층 촬영 센터에서 ¹⁸F 표지 플루데옥시글루코스(FDG)를 현장에서 생산하는 데 사용된다.^[2]

생산 주기의 예로는 17.5 MeV 에너지와 30μA 빔 전류를 갖는 양성자 빔으로 Havar(코발트 합금) 호일로 만든 25μm 두께 창을 통해 티타늄 셀에 2ml의 ¹⁸O-농축수를 90분 동안 조사하는 것이다.^[3]

다른 조사를 하기 전에 조사된 물을 정제하여 유기 오염 물질, ¹⁸O(p,t)¹⁶O 반응으로 생성된 삼중 수소의 흔적, 표적 셀에서 침출되고 Havar 호일에서 스퍼터링된 이온을 제거해야 한다.^[4]

참조

_[1] 웹사이트 Mapping Oxygen-18 in Meteoric Precipitation over Peninsular Spain using Geostatistical Tools http://www.cedex.es/[...] Ninth Conference on Geostatistics for Environmental Applications 2017-05-08
_[2] 서적 General Chemistry https://archive.org/[...] Dover
_[3] 학술지 Oxidized silver cups can skew oxygen isotope results of small samples 2020
_[4] 서적 Isotope Tracers in Catchment Hydrology Elsevier Science B.V., Amsterdam.
_[5] 학술지 Did Cooling Oceans Trigger Ordovician Biodiversification? Evidence from Conodont Thermometry
_[6] 서적 Isotope Tracers in Catchment Hydrology http://wwwrcamnl.wr.[...] Elsevier Science B.V., Amsterdam.
_[7] 학술지 Photosynthesis and photorespiration in whole plants of wheat 1979-11
_[8] 학술지 Oxygen exchange in leaves in the light 1980-08
_[9] 웹사이트 Enriched water-H₂¹⁸O purification to be used in routine ¹⁸FDG production http://www.iaea.org/[...] 2024-05-20
_[10] 웹인용 Isotope data for Oxygen-18 http://www.periodict[...] 2014-09-08
_[11] 웹인용 Oxygen-18 http://www.wolframal[...] 2014-09-08
_[12] 웹인용 Mapping Oxygen-18 in Meteoric Precipitation over Peninsular Spain using Geostatistical Tools http://www.cedex.es/[...] Ninth Conference on Geostatistics for Environmental Applications 2017-05-08
_[13] 서적 General Chemistry Dover
_[14] 웹인용 생명의 기체, 산소 http://navercast.nav[...] 2011-09-04