KEM A02 Allmän- och oorganisk kemi KÄRNKEMI FOKUS: användbara(radio)nuklider A: Kap 17.6 – 17.8

Periodiska systemet – finns alla grundämnen? SVAR: NEJ! Exempel på lätta kärnor som ”inte finns”, dvs ej stabila: Tc, Rn KÄLLA: https://www.msu.edu/ ~zeluffjo/ periodic_table.gif

Periodiska systemet – finns det mer än en typ av ett givet grundämne? SVAR: JA! De flesta grund- ämnen finns som olika isotoper Exempel H, C, Pt http://www.princeton.edu/~gschmidt/Rider/lecture105/matter/atoms_molecules/table_stable_isotopes_hres.jpg

Användningsområden använd det du har - smartast vinner! H2O/H+ – NMR (MRI)-aktivt H D2O – saknar NMR(MRI)-aktiviet H+ kan studeras i D2O omgivning! Reaktioner mellan metalljoner och DNA/RNA/protein kan följas även med lite material att analysera De olika massorna ger upphov till ”fingeravtrycks-”mönster mass-spektrometri Ligander kan utnyttjas för riktad vävnadsinteraktion Instabilt (radioaktivt) Tc utnyttjas vid radiodiagnostik (röngen) och behandling

Radioaktiva nuklider Radioaktivt sönderfall: En process där en instabil kärna förlorar energi genom att avge joniserande strålning Alfa-partiklar: - He-kärna - Stoppas av tunnt papper, hud Beta-partiklar: - Högenergetisk elektron/positron - Stoppas av tunn metallfolie Gamma-strålning: - Högenergetisk elektromagnetisk strålning, dvs ljus - Stoppas av tjockt lager bly

Halveringstider; några exempel A: TABELL 17.5 Kärna Halveringstid, t1/2 Kommentar Tritium, 3H 12.3 a a=år Kol-14 5.73 ka k=kilo Kol-15 2.4 s s = sekund Kalium-40 1.26 Ga G=giga, 109 Kobolt-60 5.26 a Strontium-90 28.1 a Jod-131 8.05 d Cesium-137 30.17 a Radium-226 1.60 ka Uran-235 0.71 Ga Uran-238 4.5 Ga Uran-244 3.3 ms

FÖRVÄNTADE EGENSKAPER Liknar sannolikt Na, K! Riskbedömning – Cs FÖRVÄNTADE EGENSKAPER Liknar sannolikt Na, K! Na+, K+: Viktiga bulkelektrolyter i växter/djur Upptag via samma system som Na+, K+ KEMI - Lättlösliga salter vid surt och neutralt pH - Cs(OH) (s) kan förväntas bildas vid högt pH - Metallen reagerar med vatten E0 (Cs+/Cs) = -2.92 V dvs starkt reducerande och väteutdrivande SLUTSATSER Assimileras i såväl växter som djur Kraftigt reaktiv i metallisk form GRUPP 1A Li Na K Rb Cs Fr

Tidsberoende aktivitet N = No exp(-kt) 1:a ordningens sönderfall! ln2 k t½ =

FRÅGA: När är radioaktiviteten borta? SVAR: Aldrig Dvs kurvan blir aldrig = 0 DOCK! Mycket litet värde vid stora t ISTÄLLET: Bestäm ”accepterbara bakgrundsnivåer” OBS1! Uppskattad tid för att nå 10% ca 3.5 t1/2 EXEMPEL: Cesium t1/2 = 30.17 år 10% kvar/90% borta efter 100.2 år 1% kvar/99% borta efter 200.4 år 0.1% kvar/99.9% borta efter 300.7 år OBS2! Att minska till 1/10 tar lika lång tid oavsett start

Att mäta radioaktivitet GEIGER MÄTARE ” Counts per second” RIKTAS MOT PROV

Att bestämma halveringstiden UPPGIFT A:17.37 Bestämning av halveringstiden när aktiviteten uppmätts vid två tidpunkter

Radionuklider Användning: PET scanning Positron Emission Tomography EXEMPEL: PET-scan Utnyttjar: 18F – positronsönderfall (+); t ½ ca 1.5 h Taktik: märk biomolekyl (tex östrogen) med F och följ förhöjt upptag tex till tumör PET = positron emission tomography tomography = imaging by sections or sectioning through the use of any penetrating wave

Technetium en kortlivad men mångsidig kontrast Användning: KONTRAST för tex hjärtat och sköldkörteln Halveringstid: ca 6 h Sönderfall:  sönderfall; 99mTc → 99Tc + γ Produktion: Sönderfall av 99Mo; t1/2 ca 2.5 dygn Technetium (99mTc) sestamibi godkänd 2008

Fosfor inmärkning av DNA/RNA, fosforylering av protein Kolla isotopmarkeingen S/P Fosfor inmärkning av DNA/RNA, fosforylering av protein 32 15 P: 23 kända isotoper Vanlig ”lab-isotop” : - 32P –  sönderfall t1/2 ca 16.3 dagar - Säkerhetsrutiner: skyddsskärm (plexiglas) - Slask: långtidsförvaring innan sluthantering Fördel: Tillåter detektion av DNA/RNA/protein i sub nmol-området. Användning: Sekvensering av DNA/RNA (genanalys) P

Svavel inmärkning av protein - proteinproduktion 35 16 P: 25 kända isotoper Vanlig ”lab-isotop”: - 35S – (-) sönderfall - t1/2 ca 87 dagar (alla andra i ms – sek skala) - Säkerhetsrutiner: skyddsskärm (plexiglas) - Slask: långtidsförvaring innan sluthantering Fördel: Tillåter detektion av protein i sub nmol-området. Metod: Låt proteinproduktionen äga rum efter tillsats av 35S-inmärkta aminosyror Användning: Proteinproduktion/tidsenhet, lokalisering S Kombination av 32P och 35S användes för att visa att virus infekterar celler med sitt DNA och ej proteinhöljet (Hershey & Chase 1952)

Kol för åldersbestämning 14 6 C oväntad upptäckt i fjällen| 2008-04-11 10:39 – Forskarfynd: världens äldsta träd finns i Dalarna Av Erik Klefbom Natur Tre granar i nordvästra Dalarna tillhör de äldsta träden i världen, rapporterar SVT Gävledala. Med hjälp av kol-14-metoden har ett laboratorium i USA funnit att trädens rötter är 8 000, 6 000 respektive 5 000 år gamla. Det betyder att de tillhör den allra första skog som växte upp efter istiden i samband med att isen drog sig tillbaka. – Det visar att granen är ett av de första träden som kom hit till Skandinavien, säger Leif Kullman, professor i naturgeografi, till TT. De små granarna växer högt upp på Dalarnas näst högsta fjäll Härjehogna på gränsen till Norge. De är ungefär 2 meter höga och ser inte mycket ut för världen, men trädens rotsystem tillhör alltså de äldsta i världen. De äldsta levande stammarna man hittat i Sverige är lite drygt 600 år.  KÄLLA: http://miljoaktuellt.idg.se/2.1845/1.155680

Kol för åldersbestämning forts. EXEMPEL 17.4 14C analys av trä från arkeologisk utgrävning i Arizona 14C bildas och söderfaller i troposfären  JÄMVIKTSHALTER av 12C och 14C tillgängliga för upptag prov kontroll Bundet C: 14C-halten avtar 14C-halten i nu levande växt Konstant förhållande 14C/12C 1n + 14N → 14C + 1p