同位 体
この
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概要
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同位 体 比
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で
ただし
また
同位 体 標識 化合 物
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利用 方法
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- ポジトロン
断層 法 (PET診断 ) - ガン
診断 に用 いられるポジトロン断層 法 の試薬 には、放射 性 同位 体 フッ素 18(半減 期 約 108分 )で標識 した18F-FDGが用 いられている。またその原料 として、酸素 の安定 同位 体 、酸素 18原子 で標識 した水 -18O(重 酸素 水 H218O)が製造 されている[4]。
地球 惑星 科学 前述 の通 り、地球 惑星 科学 の研究 分野 では、物質 の同位 体 比 を質量 分析 器 で測定 することにより、物質 の起源 、変遷 の解析 や、年代 測定 を行 うことができる。そこから、地球 の古 環境 やマントルなどの地球 深部 の物質 の移動 などが解 き明 かされてきた。
熱 電 変換 素子 太陽系 の小惑星 帯 よりも外側 で活動 する惑星 探査 機 では、太陽 電池 では電力 が不足 するという理由 で原子力 電池 として利用 される。これは放射 性 核種 の原子核 崩壊 の際 に発生 するエネルギーを熱源 として熱 電 変換 素子 により電力 に変換 する仕組 みである。
代謝 測定 重水 、水 -18Oあるいは13Cで標識 した試薬 を生体 内 に投入 すると、生体 内 で代謝 が進 むことにより、呼気 や尿 などから 13C, 18O,重水素 (D) を天然 存在 比 よりも多 く含 んだ二酸化炭素 や水分 などが採取 できる。この採取 した物質 の同位 体 比 を測定 することにより、生体 内 の代謝 状 況 を解析 できる。この安定 同位 体 を用 いた代謝 測定 の技術 は、胃 内 にその存在 の有無 が確認 できるピロリ菌 の呼気 検査 や、エネルギー代謝 測定 が不可欠 な肥満 科学 やスポーツ科学 などに利用 されている。同様 に、炭素 の放射 性 同位 体 で生成 した二酸化炭素 をマーカーとして代謝 測定 することは、動物 のみならず、植物 の光合成 に関 する試験 等 でも用 いられる。
ホウ素 中性子 捕捉 療法 (BNCT)ホウ素 の同位 体 10Bの原子核 に中性子 を照射 すると、核 反応 により高 エネルギーのリチウムの同位 体 7Li原子核 とヘリウム4He原子核 を放出 する。そこで、このホウ素 10を特定 の化合 物 に標識 しガン細胞 に選択 的 に取 り込 ませると、ガン細胞 を選択 的 に中性子 照射 により破壊 することができる。このガン治療 法 をホウ素 中性子 捕捉 療法 (Boron Neutron Capture Therapy, BNCT) といい、日本 国内 では京都大学 複 合 原子力 科学 研究所 [9]の京大 炉 (KUR)、武蔵工業大学 原子力 研究所 [10]の武蔵 工大 炉 (MITRR)、日本 原子力 研究 開発 機構 のJRR-4[11]の3箇所 に実施 できる施設 があったが、2018年 5月 時点 で利用 可能 な施設 は京大 炉 (KUR) のみである(武蔵 工大 炉 は既 に廃 炉 であり、JRR-4も廃 炉 予定 (2017年 6月 に廃止 認可 )である。京大 炉 は福島 第 一 原子力 発電 所 事故 の影響 で研究 用 原子 炉 にも安全 対策 の強化 が求 められたことから2014年 5月 26日 の定期 検査 入 りをもって運転 停止 中 であったが、新 規制 基準 に対応 する工事 を終 え、2017年 8月 29日 に再 稼働 した。)。BNCTの課題 として、中性子 源 に原子 炉 が必要 ということで、汎用 性 に乏 しかったが、NEDO-PJに参加 する京都大学 ・森 義治 教授 が、原子 炉 を使 わずに中性子 線 を発生 する小型 加速器 (百 平方 メートル程度 の大 きさ)のアイデアを2006年 イタリアで開 かれた国際 学会 で発表 した[12][13][14]。2013年 には住友重機械工業 が福島 県 の一般 財団 法人 脳神経 疾患 研究所 からBNCTシステムを受注 し、世界 初 の院内 設置 型 BNCTシステムとして2016年 の治験 開始 、2018年 の治療 開始 を目指 している[15][16]。
安定 同位 体 比 による食品 産地 分析 安定 同位 体 として、水素 1Hの同位 体 2H、炭素 12Cの同位 体 13C、窒素 14Nの同位 体 15N、酸素 16Oの同位 体 17O、18Oがそれぞれ存在 していることを利用 し、食品 の生育 環境 ・地理 学 上 の違 いを判断 するもの。標準 となる物質 に安定 同位 体 が存在 する割合 (炭素 なら、12Cに対 する13C)と、サンプルの安定 同位 体 が存在 する割合 を比較 し、どの程度 ずれているかを示 す値 を、安定 同位 体 比 (炭素 なら、δ 13C - デルタ13C)で示 す。単位 は%(パーセント、百分率 )ではなく‰(パーミル、千 分 率 )で、正 の値 を取 るとき、標準 となる物質 よりもサンプルの方 に重 たい同位 体 が多 いことを示 す。標準 となる物質 は、水素 と酸素 は世界 標準 平均 海水 SMOW (Standard Mean Ocean Water(英語 : Standard Mean Ocean Water)) を、炭素 は矢 石 化石 (ベレムナイト化石 のPDB (Pee Dee Belemnite))を、窒素 は空気 (大気 )を、それぞれ用 いている[17]。- コシヒカリの
産地 判別 [18]、豚肉 の産地 判別 [19]、果汁 やはちみつへの異性 化 糖 添加 やはちみつの産地 判別 [20]などが報告 されている。 - また
同 じ原理 を覚醒剤 のプロファイリングに応用 し、密造 地 の特定 に結 び付 ける研究 も行 われている[21]。
脚注
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- ^ すなわち
同 じ元素 である。 - ^
放射 性 同位 体 は時間 とともに放射 性 崩壊 を起 こすが、安定 同位 体 は自然 界 で一定 の割合 をもって安定 に存在 する。 - ^ “10B
濃縮 ホウフッ化 カリウム”.事業 紹介 >高 純度 薬品 事業 >原子力 関連 . ステラケミファ. 2012年 3月 22日 時点 のオリジナルよりアーカイブ。2012年 4月 11日 閲覧 。 - ^ a b
水 -18O製造 、JST、2012年 4月 11日 閲覧 。 - ^
大 陽 日 酸 SI事業 部 、安定 同位 体 試薬 /酸素 安定 同位 体 、2012年 4月 11日 閲覧 。 - ^
親切 な物理 (下 )P374 - ^
隕石 中 の希 ガスの同位 体 異常 とプレソーラー粒子 の説明 - ^
東京大学 大学院 理学 研究 科 、プレスリリース「はやぶさが持 ち帰 った小惑星 の微粒子 を分析 -希 ガス同位 体 分析 からわかったこと-」、2011年 8月 26日 掲載 、2012年 4月 11日 閲覧 。 - ^
京都大学 複 合 原子力 科学 研究所 - ^
武蔵工業大学 原子力 研究所 - ^
日本 原子力 研究 開発 機構 原子力 科学 研究所 JRR-4 - ^ BNCTの
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次世代 DDS型 悪性 腫瘍 治療 システム研究 開発 事業 - ^ http://www.shi.co.jp/info/2012/6kgpsq0000001in0.html
世界 初 病院 設置 型 加速器 によるホウ素 中性子 捕捉 療法 システム(BNCT)を受注 (2013年 3月 4日 ) - ^ http://southerntohoku-bnct.com/
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参考 文献
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日本 化 学会 編 『化学 総説 23同位 体 の化学 』学会 出版 センター、1979年 、ISBN 4-7622-2181-3和田 英太郎 『生物 界 におけるδ 15N,δ 13Cの分布 -その40年 史 』酒井 均 、松久 幸 敬 著 『安定 同位 体 地球 化学 』1996年 、東京 大学 出版 会 、ISBN 978-4-13-060713-1- J.ヘフス
著 、和田 秀樹 /服部 陽子 訳 『同位 体 地球 科学 の基礎 』シュプリンガージャパン、2007年 、ISBN 978-4-431-71245-9 山中 勤 編集 『環境 循環 系 診断 のための同位 体 トレーサー技術 』筑波大学 陸 域 環境 研究 センター、2006年