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重氧水

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重氧水是一種化學物質。又稱氧18水。天然丰度的氫和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時的温度為4.305℃。無色無臭、無味液體。一些物理性質與普通水略有差異。液相蒸汽壓比為 。用水精餾、 NO低温精餾和氧低温精餾等方法制取。主要應用於化學、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。
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
應用領域
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（常温）

目錄

  1. 1 物品信息
  2. 2 編號系統
  3. 3 物化性質
  1. 4 分子結構數據
  2. 5 計算化學數據
  3. 6 用途説明
  1. 7 製備裝備方法
  2. 8 方法
  3. 9 重氧水裝置

重氧水物品信息

重氧水 重氧水
中文名稱：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%
丰度：1～99at%

重氧水編號系統

CAS號：14314-42-2
MDL號：MFCD00064503
EINECS號：暫無
RTECS號：暫無
BRN號：暫無
PubChem號：24872241 [1] 

重氧水物化性質

天然丰度的氫和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時的温度為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低温精餾和氧低温精餾等方法制取。

重氧水分子結構數據

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 [1] 

重氧水計算化學數據

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 [1] 

重氧水用途説明

主要應用於化學、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迴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制得。

重氧水製備裝備方法

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等離子體自由基反應制備H2180(重氧水)的裝置和方法。裝置由等離子體反應器、氣體流量控制、等離子體電源、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等離子體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,包括等離子體反應器、氣體流量控制、等離子體電源、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,等離子體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等離子體反應器；
等離子體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温冷卻循環泵控制冷卻水的温度和流量；
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。

重氧水方法

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,為了瞭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 [2]  。
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、原酸的三酰滷和三酯、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 [3]  。
重氧水是一種高附加值的產品，可廣泛應用於化學反應機理、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。經臨牀試用證明，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。
參考資料
  • 1.    重氧水  ．物競化學品數據庫[引用日期2018-10-13]
  • 2.    範可強. 利用重氧水合成同位素標記化合物的方法[J]. 大學化學, 1999, 14(4):56-58.
  • 3.    李晴.我國首套重氧水裝置投產[N].中國工業報/2007 年/4 月/19 日/第 B04 版 .