Isotoper av jod - Isotopes of iodine

Det er 37 kjente isotoper av jod ( ₅₃ I) fra ¹⁰⁸ I til ¹⁴⁴ I; alle gjennomgår radioaktivt forfall bortsett fra ¹²⁷ I, som er stabilt. Jod er dermed et monoisotopisk element .

Dens lengstlevende radioaktive isotop , ¹²⁹ I, har en halveringstid på 15,7 millioner år, noe som er altfor kort til at den kan eksistere som et urnuklid . Kosmogene kilder til ¹²⁹ Jeg produserer veldig små mengder av det som er for små til å påvirke atomvektmålingene; Jod er dermed også et mononuklidisk element - et som bare finnes i naturen som et enkelt nuklid. Mest ¹²⁹ I avledet radioaktivitet på Jorden er menneskeskapt, et uønsket langlivet biprodukt av tidlige atomprøvesprengninger og kjernefysjonsulykker.

Alle andre jodradioisotoper har halveringstider på mindre enn 60 dager, og fire av disse brukes som sporstoffer og terapeutiske midler i medisin. Disse er ¹²³ I, ¹²⁴ I, ¹²⁵ I og ¹³¹ I. All industriell produksjon av radioaktive jodisotoper involverer disse fire nyttige radionuklider.

Isotopen ¹³⁵ I har en halveringstid på mindre enn syv timer, som er for kort til å brukes i biologi. Uunngåelig in situ- produksjon av denne isotopen er viktig i atomreaktor kontroll, da det faller til ¹³⁵ Xe, den kraftigste kjente nøytronabsorberer , og den nuklid ansvarlig for den såkalte jod grop fenomen.

I tillegg til kommersiell produksjon er ¹³¹ I (halveringstid 8 dager) et av de vanlige radioaktive fisjonproduktene fra kjernefysiske fisjoner , og blir dermed utilsiktet produsert i veldig store mengder inne i atomreaktorer . På grunn av sin flyktighet, korte halveringstid og store mengde fisjonprodukter er ¹³¹ I (sammen med den kortlivede jodisotopen ¹³² I fra den lengre levetiden ¹³² Te med en halveringstid på 3 dager) ansvarlig for største delen av radioaktiv forurensning i løpet av den første uken etter tilfeldig miljøforurensning fra det radioaktive avfallet fra et atomkraftverk.

Andelen av den totale strålingsaktiviteten (i luften) bidro av hver isotop kontra tiden etter Tsjernobyl -katastrofen , på stedet. Vær oppmerksom på strålingen fra I-131 og Te-132/I-132 den første uken. (Bilde ved hjelp av data fra OECD -rapporten, og den andre utgaven av 'The radiochemical manual'.)

Liste over isotoper

Kjente radioisotoper

Radioisotoper av jod kalles radioaktivt jod eller radiojod . Det finnes flere titalls, men omtrent et halvt dusin er de mest kjente innen anvendt vitenskap som biovitenskap og kjernekraft, som beskrevet nedenfor. Omtaler av radiojod i helsesektorsammenheng refererer oftere til jod-131 enn til andre isotoper.

Jod-129 som et utdødd radionuklid

Overskudd av stabile ¹²⁹ Xe i meteoritter har vist seg å skyldes forfall av "ur" jod-129 produsert nylig av supernovaene som skapte støvet og gassen som solsystemet dannet seg fra. Denne isotopen har lenge forfalt og blir derfor referert til som "utdødd". Historisk sett var ¹²⁹ I det første utdødde radionuklidet som ble identifisert som tilstede i det tidlige solsystemet . Forfallet er grunnlaget for I-Xe jod-xenon radiometrisk datingsystem, som dekker de første 85 millioner årene av utviklingen av solsystemet .

Jod-129 som en lang levetid markør for forurensning av kjernefysiske fisjoner

Jod-129 ( ¹²⁹ I; halveringstid 15,7 millioner år) er et produkt av kosmisk strålespallasjon på forskjellige isotoper av xenon i atmosfæren , i kosmisk stråle- muon- interaksjon med tellur-130, og også uran- og plutoniumfisjoner , begge i undergrunnen bergarter og atomreaktorer. Kunstige kjernefysiske prosesser, spesielt kjernefysisk drivstoffopparbeidelse og atmosfæriske atomvåpenprøver, har nå oversvømmet det naturlige signalet for denne isotopen. Likevel fungerer det nå som et grunnvannsspor som en indikator på spredning av atomavfall i det naturlige miljøet. På lignende måte ble jeg ¹²⁹ brukt i regnvannsstudier for å spore fisjonprodukter etter Tsjernobyl -katastrofen .

På noen måter ligner ¹²⁹ I ³⁶ Cl . Det er et løselig halogen, eksisterer hovedsakelig som et ikke-sorberende anion , og produseres av kosmogene, termonukleære og in situ reaksjoner. I hydrologiske studier rapporteres vanligvis ¹²⁹ I -konsentrasjoner som forholdet mellom ¹²⁹ I og totalt I (som er praktisk talt alle ¹²⁷ I). Som tilfellet er med ³⁶ Cl/Cl, er ¹²⁹ I/I -forhold i naturen ganske små, 10 ⁻¹⁴ til 10 ⁻¹⁰ (topp termonukleære ¹²⁹ I/I i løpet av 1960- og 1970 -årene nådde omtrent 10 ⁻⁷ ). ¹²⁹ I adskiller seg fra ³⁶ Cl ved at halveringstiden er lengre (15,7 vs. 0,301 millioner år), er det svært biophilic, og forekommer i flere ioniske former (som vanligvis, I ^- og IO ₃ ^- ), som har forskjellige kjemiske oppførsel . Dette gjør det ganske enkelt for ¹²⁹ I å komme inn i biosfæren når den blir inkorporert i vegetasjon, jord, melk, dyrevev, etc.

Radioiodiner ¹²³ I, ¹²⁴ I, ¹²⁵ I og ¹³¹ I innen medisin og biologi

Et feokromocytom blir sett på som en mørk sfære i midten av kroppen (den er i venstre binyre). Bildet er ved MIBG -scintigrafi , med stråling fra radiojod i MIBG. To bilder er sett av den samme pasienten forfra og bak. Legg merke til det mørke bildet av skjoldbruskkjertelen på grunn av uønsket opptak av radiojod fra medisinen av skjoldbruskkjertelen i nakken. Akkumulering på sidene av hodet er fra spyttkjertelopptak av jodid. Radioaktivitet ses også i blæren.

Av de mange isotopene til jod brukes vanligvis bare to i medisinske omgivelser: jod-123 og jod-131 . Siden ¹³¹ I har både en beta- og gamma -forfallsmodus, kan den brukes til strålebehandling eller til bildebehandling. ¹²³ I, som ikke har beta -aktivitet, er mer egnet for rutinemessig kjernefysisk medisinsk avbildning av skjoldbruskkjertelen og andre medisinske prosesser og mindre skadelig internt for pasienten. Det er noen situasjoner der jod-124 og jod-125 også brukes i medisin.

På grunn av foretrukket opptak av jod fra skjoldbruskkjertelen, brukes radiojod i stor grad ved avbildning av og, i tilfelle av ¹³¹ I, ødelegger dysfunksjonelt skjoldbruskvev. Andre typer vev tar selektivt opp visse jod-131-holdige vevsmålrettende og drepende radiofarmasøytiske midler (for eksempel MIBG ). Jod-125 er den eneste andre jodradioisotopen som brukes i strålebehandling, men bare som en implantert kapsel i brachyterapi , hvor isotopen aldri har mulighet til å frigjøres for kjemisk interaksjon med kroppens vev.

Jod-131

Jod-131 (¹³¹
Jeg
) er en beta-avgivende isotop med en halveringstid på åtte dager, og relativt energisk (190 keV gjennomsnitt og 606 keV maksimal energi) beta stråling, som trenger inn 0,6 til 2,0 mm fra opptaksstedet. Denne betastrålingen kan brukes til ødeleggelse av skjoldbruskkjertelknuter eller hyperfunksjonelt skjoldbruskvev og for eliminering av gjenværende skjoldbruskvev etter operasjon for behandling av Graves sykdom . Formålet med denne terapien, som først ble utforsket av Dr. Saul Hertz i 1941, er å ødelegge skjoldbruskvev som ikke kunne fjernes kirurgisk. I denne prosedyren administreres ¹³¹ I enten intravenøst ​​eller oralt etter en diagnostisk skanning. Denne prosedyren kan også brukes, med høyere doser radiojod, for å behandle pasienter med kreft i skjoldbruskkjertelen .

Den ¹³¹ I blir tatt opp i skjoldbruskvevet og konsentrert der. Betapartiklene som sendes ut av radioisotopen ødelegger det tilhørende skjoldbruskkjertelen med liten skade på omkringliggende vev (mer enn 2,0 mm fra vevene som absorberer jod). På grunn av lignende ødeleggelse er ¹³¹ I jodradioisotopen som brukes i andre vannløselige jodmerkede radiofarmaka (for eksempel MIBG ) som brukes terapeutisk for å ødelegge vev.

Betainstrålingen med høy energi (opptil 606 keV) fra ¹³¹ I får den til å være den mest kreftfremkallende av jodisotopene. Det antas å forårsake størstedelen av overflødig skjoldbruskkjertelkreft sett etter forurensning av kjernefysiske fisjoner (for eksempel bombeavfall eller alvorlige atomreaktorulykker som Tsjernobyl -katastrofen ) Disse epidemiologiske effektene sees imidlertid først og fremst hos barn og behandling av voksne og barn med terapeutiske ¹³¹ I, og epidemiologi av voksne utsatt for lavdose ¹³¹ I har ikke påvist karsinogenitet.

Jod-123 og jod-125

De gamma-avgivende isotoper jod-123 (halveringstid 13 timer) og (mindre vanlig) lengre levetid og mindre energisk jod-125 (halveringstid 59 dager) brukes som kjernefysiske sporingsmetoder for å evaluere det anatomiske og fysiologiske funksjonen til skjoldbruskkjertelen. Unormale resultater kan være forårsaket av lidelser som Graves sykdom eller Hashimotos tyreoiditt . Begge isotoper forfaller ved elektronfangst (EC) til de tilsvarende telluriumnuklidene , men i ingen av tilfellene er disse de metastabile nuklidene ^123m Te og ^125m Te (som er av høyere energi og ikke er produsert fra radiojod). I stedet forfaller de opphissede tellur-nuklidene umiddelbart (halveringstid for kort til å oppdage). Etter EC sender den opphissede ¹²³ Te fra ¹²³ I ut et høyhastighets 127 keV internt konverteringselektron (ikke en beta-stråle ) omtrent 13% av tiden, men dette gjør liten mobilskade på grunn av nuklidets korte halveringstid og den relativt lave liten brøkdel av slike hendelser. I resten av tilfellene sendes det ut en 159 keV gammastråle, som er godt egnet for gammabilde.

Spent ¹²⁵ Te som følge av elektronfangst av ¹²⁵ I avgir også et mye lavere energi internt konverteringselektron (35,5 keV), som gjør relativt lite skade på grunn av den lave energien, selv om utslippet er mer vanlig. Den relativt lavenergi gamma fra ¹²⁵ I/ ¹²⁵ Te forfall er dårlig egnet for avbildning, men kan fortsatt sees, og denne isotopen med lengre levetid er nødvendig i tester som krever flere dagers bildebehandling, for eksempel fibrinogen scan imaging for å oppdage blodpropp.

Både ¹²³ I og ¹²⁵ I avgir rikelig lavenergi- augerelektroner etter forfallet, men disse forårsaker ikke alvorlig skade (dobbeltstrenget DNA-brudd) i celler, med mindre nuklidet er inkorporert i en medisin som akkumuleres i kjernen eller i DNA (dette er aldri tilfelle er klinisk medisin, men det har blitt sett i eksperimentelle dyremodeller).

Jod-125 brukes også ofte av stråleonkologer ved brachyterapi med lav dose ved behandling av kreft på andre steder enn skjoldbruskkjertelen, spesielt ved prostatakreft . Når ¹²⁵ I brukes terapeutisk, blir det innkapslet i titanfrø og implantert i svulstområdet, der det forblir. Den lave energien til gammaspektret i dette tilfellet begrenser strålingsskader på vev langt fra den implanterte kapsel. Jod-125, på grunn av sin passende lengre halveringstid og mindre gjennomtrengende gammaspektrum, er også ofte foretrukket for laboratorietester som er avhengige av jod som et sporstoff som telles av en gammateller , for eksempel ved radioimmunanalyse .

De fleste medisinsk bildediagnostikk med jod utføres med et standard gammakamera . Imidlertid kan gammastrålingene fra jod-123 og jod-131 også sees ved hjelp av enkeltfotonemisjonstatografi (SPECT).

Jod-124

Jod-124 er en protonrik isotop av jod med en halveringstid på 4,18 dager. Forfallsmåtene er: 74,4% elektronfangst, 25,6% positronemisjon. ¹²⁴ I forfaller til ¹²⁴ Te. Jod-124 kan fremstilles ved mange kjernefysiske reaksjoner via en syklotron . Det vanligste utgangsmaterialet som brukes er ¹²⁴ Te.

Jod-124 som jodidsaltet kan brukes til direkte bilde av skjoldbruskkjertelen ved hjelp av positronemisjonstomografi (PET). Jod-124 kan også brukes som et PET- radiospor med en nyttig lengre halveringstid sammenlignet med fluor-18 . Ved denne bruken bindes nuklidet kjemisk til et legemiddel for å danne et positronemitterende radiofarmaka, og injiseres i kroppen, hvor det igjen avbildes ved PET-skanning.

Jod-135 og atomreaktorkontroll

Jod-135 er en isotop av jod med en halveringstid på 6,6 timer. Det er en viktig isotop sett fra kjernefysisk reaktorfysikk . Den produseres i relativt store mengder som et fisjonprodukt , og forfaller til xenon-135 , som er en atomgift med et veldig stort termisk nøytrontverrsnitt , som er en årsak til flere komplikasjoner ved kontroll av atomreaktorer . Prosessen med oppbygging av xenon-135 fra akkumulert jod-135 kan midlertidig forhindre at en nedstengningsreaktor starter på nytt. Dette er kjent som xenonforgiftning eller "å falle ned i en jodgrop ".

Jod-128 og andre isotoper

Jod-fisjonproduserte isotoper som ikke er diskutert ovenfor (jod-128, jod-130, jod-132 og jod-133) har halveringstider på flere timer eller minutter, noe som gjør dem nesten ubrukelige i andre relevante områder. De nevnte er nøytronrike og gjennomgår beta-forfall til isotoper av xenon. Jod-128 (halveringstid 25 minutter) kan forfalle til enten tellur-128 ved elektronfangst eller til xenon-128 ved beta-forfall. Den har en spesifikk radioaktivitet på2,177 × 10 ⁶  TBq/g .

Ikke -radioaktivt jodid ( ¹²⁷ I) som beskyttelse mot uønsket radiojodopptak av skjoldbruskkjertelen

I daglig tale kan radioaktive materialer beskrives som "varme", og ikke-radioaktive materialer kan beskrives som "kalde". Det er tilfeller der kaldt jodid administreres til mennesker for å forhindre opptak av varmt jodid fra skjoldbruskkjertelen. Blokkade av opptak av skjoldbruskkjertel med kaliumjodid brukes for eksempel i nukleærmedisinsk scintigrafi og terapi med noen radiojoderte forbindelser som ikke er målrettet mot skjoldbruskkjertelen, for eksempel iobenguane ( MIBG ), som brukes til å bilde eller behandle nevrale vevssvulster , eller jodert fibrinogen, som brukes i fibrinogenskanninger for å undersøke koagulering. Disse forbindelsene inneholder jod, men ikke i jodidformen. Siden de til slutt kan metaboliseres eller brytes ned til radioaktivt jodid, er det imidlertid vanlig å administrere ikke-radioaktivt kaliumjodid for å sikre at metabolitter av disse radiofarmaka ikke blir sekvestrert av skjoldbruskkjertelen og utilsiktet administrerer en radiologisk dose til det vevet.

Kaliumjodid har blitt distribuert til befolkninger som er utsatt for kjernefysiske ulykker som Tsjernobyl -katastrofen . Den jodløsning SSKI , en s aturated s olution av kalium ( K ) i odide i vann, er blitt brukt til å blokkere opptaket av radiojod (det har ingen effekt på andre radioisotoper fra fisjons). Tabletter som inneholder kaliumjodid blir nå også produsert og lagret på sentrale katastrofeområder av noen myndigheter for dette formålet. I teorien kan mange skadelige senkreft-effekter av kjernefysisk nedfall forhindres på denne måten, siden et overskudd av kreft i skjoldbruskkjertelen, antagelig på grunn av radiojodopptak, er den eneste påviste radioisotopforurensningseffekten etter en fisjonulykke, eller fra forurensning av nedfall fra en atombombe (rask stråling fra bomben forårsaker også andre kreftformer, for eksempel leukemier, direkte). Å ta store mengder jod metter skjoldbruskreseptorer og forhindrer opptak av det meste radioaktivt jod-131 som kan være tilstede fra fisjonprodukteksponering (selv om det ikke beskytter mot andre radioisotoper, eller fra noen annen form for direkte stråling). Den beskyttende effekten av KI varer omtrent 24 timer, så må doseres daglig til det ikke lenger er fare for betydelig eksponering for radiojod fra fisjonprodukter. Jod-131 (den vanligste radioaktive jodforurensningen ved nedfall) forfaller også relativt raskt med en halveringstid på åtte dager, slik at 99,95% av det opprinnelige radiojodet har forsvunnet etter tre måneder.

Referanser

• Isotopmasser fra:
  • Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "N UBASE -evalueringen av kjernefysiske og forfallende egenskaper" , Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729 .... 3A , doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11 .001
• Isotopiske sammensetninger og standard atommasser fra:
  • de Laeter, John Robert ; Böhlke, John Karl; De Bièvre, Paul; Hidaka, Hiroshi; Peiser, H. Steffen; Rosman, Kevin JR; Taylor, Philip DP (2003). "Atomvekter av elementene. Gjennomgang 2000 (IUPAC teknisk rapport)" . Ren og anvendt kjemi . 75 (6): 683–800. doi : 10.1351/pac200375060683 .
  • Wieser, Michael E. (2006). "Atomvekter av elementene 2005 (IUPAC teknisk rapport)" . Ren og anvendt kjemi . 78 (11): 2051–2066. doi : 10.1351/pac200678112051 . Legg oppsummering .
• Halveringstid, spinn og isomerdata valgt fra følgende kilder.
  • Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "N UBASE -evalueringen av kjernefysiske og forfallende egenskaper" , Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729 .... 3A , doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11 .001
  • Nasjonalt nuklear datasenter . "NuDat 2.x database" . Brookhaven National Laboratory .
  • Holden, Norman E. (2004). "11. Tabell over isotopene". I Lide, David R. (red.). CRC Handbook of Chemistry and Physics (85. utg.). Boca Raton, Florida : CRC Press . ISBN 978-0-8493-0485-9.

Eksterne linker

• Jodisotoper data fra The Berkeley Laboratory Isotopes Project's
• Jod-128, Jod-130, Jod-132 data fra 'Wolframalpha'