基本介紹
- 中文名：重氧水
- 外文名：Heavy-oxygen water
- 中文別名：氧18水;氧十八水
- 英文別名：Water-18O; Oxygen 18 water;
- 分子量：20.015
- 套用領域：化學、生物、醫學、農業等
- CAS號：14314-42-2
- 熔點：0.28℃
- 沸點：100.13℃
- 狀態：無色液體（常溫）
物品信息,編號系統,物化性質,分子結構數據,計算化學數據,用途說明,製備裝備方法,方法,重氧水裝置,
物品信息
中文名稱：重氧水
重氧水
重氧水中文別名：氧18水;氧十八水
英文名稱：Heavy-oxygen water
英文別名：Water-18O (normalized); Water-18O; Oxygen 18 water; Oxygen 18 Enriched Water; (~18~O)water
CAS號：14314-42-2
分子量：20.015
純度：≥97%
豐度：1～99at%
編號系統
CAS號：14314-42-2
MDL號：MFCD00064503
EINECS號：暫無
RTECS號：暫無
BRN號：暫無
PubChem號：24872241
物化性質
天然豐度的氫和100%18O的化合物。分子量20.01496。沸點100.13℃，熔點0.28℃。25℃密度1.10935g/cm3，最大密度1.11253g/cm3時的溫度為4.305℃。無色無臭、無味液體。一些物理性質與普通水略有差異。用水精餾、 NO低溫精餾和氧低溫精餾等方法製取。
分子結構數據
1、摩爾折射率：無可用的
2、摩爾體積（cm3/mol）：無可用的
3、等張比容（90.2K）：無可用的
4、表面張力（dyne/cm）：無可用的
5、介電常數：無可用的
6、極化率（10-24cm3）：無可用的
7、單一同位素質量：20.01481 Da
8、標稱質量：20 Da
9、平均質量：20.015 Da
計算化學數據
1.疏水參數計算參考值（XlogP）:-0.5
2.氫鍵供體數量:1
3.氫鍵受體數量:1
4.可旋轉化學鍵數量:0
5.互變異構體數量:無
6.拓撲分子極性表面積1
7.重原子數量:1
8.表面電荷:0
9.複雜度:0
10.同位素原子數量:1
11.確定原子立構中心數量:0
12.不確定原子立構中心數量:0
13.確定化學鍵立構中心數量:0
14.不確定化學鍵立構中心數量:0
15.共價鍵單元數量:1
用途說明
主要套用於化學、生物、醫學、農業、地質等科研領域作示蹤劑。亦可和同位素純的H216O配製人工校正樣品。
重氧水作為示蹤劑在核醫學成像、生物醫藥、環境監測以及化學反應機理研究等領域具有重要的用途。例如:在核醫學成像領域,重氧水主要用於製備正電子顯像藥物SF一FDG,,該藥物是正電子發射計算機斷層顯像(POSitron EmiSSI On computedTomograPhy,PET)技術的必需品,SF一FDG的合成過程是利用醫用回旋加速器轟擊重氧水中的氧一18獲得氟一18離子,再與非放射性原料經過親核取代反應製得。
製備裝備方法
當前,重氧水主要通過H2和02在貴金屬催化劑的作用下發生氧化還原反應製取。其中,02是通過電解雙標水(D2O)產生，而D2O是由天然水精餾所得。專利eNloo342955e和CN101618857B披露了一種以天然水為原料經精餾、電解及催化反應得到重氧水,其主要特徵是使用鉑金絲網或把觸媒等貴金屬催化劑。
一種以H2和1802為原料製備重氧水的裝置和方法
具體是指一種使H2和1802的混合氣在無催化劑的條件下經電漿自由基反應製備H2180(重氧水)的裝置和方法。裝置由電漿反應器、氣體流量控制、電漿電源、冷卻水循環裝置和檢測尾氣組成的氣相色譜儀五部分構成。其中,由石英和硬質玻璃等材料加工而成的電漿反應器是該裝置的核心。用18O2濃度為1一5mol%的H2一1802混合氣為原料可直接得到重氧水，裝置簡單,易於操作,所得的重氧水不含有其它雜質，可直接利用。
一種以H2和1802為原料製備重氧水的裝置,包括電漿反應器、氣體流量控制、電漿電源、冷卻水循環裝置和檢測尾氣組成的氣相色譜儀;其特徵在於,電漿反應器由三部分組成，分別是放電反應管、冷凝管及重氧水收集罐；
放電反應管為管式套筒結構，主體是由外徑8一15mm的石英玻璃管加工而成，中心電極採用外徑為2一4mm的金屬棒,接地電極採用與石英玻璃管緊貼的金屬套管;冷凝管是由硬質玻璃加工而成,內管採用螺旋形結構以增大反應氣體與冷卻循環水接觸面積,螺旋管外部由玻璃套管包圍,並充滿冷卻循環水，冷凝管下部有冷卻循環水入口,上部有冷卻循環水出口；
重氧水收集罐也是由硬質玻璃加工而成,在收集罐下端有取樣口,並由取樣閥門控制,在收集罐上端有尾氣出口；
氣體流量控制採用質量流量計分別控制H2和1802的流量,再經混合器混合均勻進入電漿反應器；
電漿電源採用交流高壓電源，高壓線與反應器中心的金屬高壓電極相連,接地線與反應器外部的金屬接地極相連,通過調節電壓來控制反應器中的放電功率；
冷卻水循環裝置採用低溫冷卻循環泵控制冷卻水的溫度和流量；
檢測尾氣組成的氣相色譜儀採用5A分子篩柱,以檢測1802是否反應完全。
方法
利用重氧水合成同位素標記化合物的方法
同位素標記化合物可以在對反應機理等方面的研究中起重要的作用,為了了解反應中特定的化學鍵的斷裂、形成等情況,可以使用在特定的位置標記的化合物。對其合成的研究也廣泛開展。
在自然界中存在的氧以O-16為主,也含有穩定的同位素O-18。對天然產物的同位素氧進行富集,可得到富含O-18的產物,通常情況下,以重氧水H182O的形式儲存。製備O-18標記的有機化合物,可以重氧水為原料引進O-18。
對大多數同位素而言,同位素取代的化合物,在熱力學及動力學性質上與天然產物並無大的差別。穩定同位素取代的化合物的合成,可以遵循與天然成分化合物相同的原則和方法，但仍須注意到其特點。由於標記化合物的價格比較昂貴，必須注意節約原料,選用合適的製備反應及操作方法。在普通合成過程中，為了推動某些水解反應的平衡移動,提高產量,常加入過量的水,或以水為溶劑。而製備標記化合物時,就不能採取這種方法,而應選用易於進行的水解反應。
在合成同位素O-18標記化合物時，經常利用的水解反應是腈、原酸的三醯鹵和三酯、亞胺等的水解反應。有時,利用同位素交換反應也可得到較好的效果。
重氧水裝置
我國首套 100 千克/年重氧水(氧-18)生產裝置已在上海金山產業化基地完成土建工程。該裝置主要由一系列高效分離塔構成，於 2007 年 3 月投產，將填補我國重氧水產業化的空白，並徹底結束該產品全部依賴進口的歷史。
重氧水是一種高附加值的產品，可廣泛套用於化學反應機理、生命科學、醫藥研究、核醫學等高端研究領域。據介紹，重氧水的生產是以天然水為原料，通常天然水中含有 0.2%的重氧水，但要將這含量極微的重氧水提取出來，必需有高效的分離技術與設備，技術難度極大，過去世界上只有美國、俄羅斯、以色列 3 個國家可以生產此類產品。
該套重氧水裝置的生產技術來自上海化工研究院。上海化工研究院從 2002 年開始從事天然水中氧-18 的分離，經過 3 年多的研製，生產出了含量為 98%左右的高純度重氧水。經臨床試用證明，產品質量達到國際標準，完全可替代國外進口產品，且生產成本低於國外同類產品。
在國際市場上，每克重氧水的售價是 90～120 美元，國內市場售價在 1000 元/克以上。當前全球對高純度重氧水的總需求量約為 600 千克/年，並以年均 20%～30%的速度遞增；我國當前的年需求量約為 10 千克，預計到 2010 年前國內需求量將超過 50 千克。因此，100 千克/年裝置投產後，我國將有一大部分產品出口到國際市場。
