Carbono-13

Carbono-13,  ¹³ C

General
Símbolo	13 C
Nombres	carbono-13, C-13
Protones	6
Neutrones	7
Datos de nucleidos
Abundancia natural	1,109%
Masa de isótopos	13.003355 [1] u
Girar	- 1 ⁄ 2
Isótopos de carbono Tabla completa de nucleidos

El carbono 13 ( ¹³ C) es un isótopo natural estable de carbono con un núcleo que contiene seis protones y siete neutrones . Como uno de los isótopos ambientales , constituye aproximadamente el 1,1% de todo el carbono natural de la Tierra.

Detección por espectrometría de masas

Un espectro de masas de un compuesto orgánico normalmente contendrá un pequeño pico de una unidad de masa mayor que el pico aparente de iones moleculares (M) de toda la molécula. Esto se conoce como el pico M + 1 y proviene de las pocas moléculas que contienen un átomo de ¹³ C en lugar de ¹² C. Se espera que una molécula que contiene un átomo de carbono tenga un pico M + 1 de aproximadamente el 1,1% del tamaño del pico M, como 1,1% de las moléculas tendrá un ¹³ C en lugar de un ¹² C . Del mismo modo, se espera que una molécula que contiene dos átomos de carbono a tener un pico M + 1 de aproximadamente 2,2% del tamaño del pico M, ya que es el doble de la probabilidad previa de que cualquier molécula contendrá un ¹³ átomo de C.

En lo anterior, las matemáticas y la química se han simplificado, sin embargo, se puede usar de manera efectiva para dar el número de átomos de carbono para moléculas orgánicas de tamaño pequeño a mediano. En la siguiente fórmula, el resultado debe redondearse al número entero más cercano :

${\displaystyle C={\frac {100Y}{1.1X}}}$

C = número de átomos de C X = amplitud del pico de iones M Y = amplitud del pico de iones M +1

Los compuestos enriquecidos con ¹³ C se utilizan en la investigación de procesos metabólicos mediante espectrometría de masas. Dichos compuestos son seguros porque no son radiactivos. Además, el ¹³ C se utiliza para cuantificar proteínas ( proteómica cuantitativa ). Una aplicación importante es el "Marcado de isótopos estables con aminoácidos en cultivo celular" ( SILAC ). Los compuestos enriquecidos con ¹³ C se utilizan en pruebas de diagnóstico médico como la prueba de urea en el aliento . El análisis en estas pruebas suele ser de la relación de ¹³ C a ¹² C mediante espectrometría de masas de relación de isótopos .

La proporción de ¹³ C a ¹² C es ligeramente más alta en plantas que emplean fijación de carbono C4 que en plantas que emplean fijación de carbono C3 . Debido a que las diferentes proporciones de isótopos para los dos tipos de plantas se propagan a través de la cadena alimentaria, es posible determinar si la dieta principal de un ser humano u otro animal consiste principalmente en plantas C3 o plantas C4 midiendo la firma isotópica de su colágeno y otros tejidos. El aumento deliberado de la proporción de ¹³ C en la dieta es el concepto de i-food , una forma propuesta para aumentar la longevidad .

Usos en ciencia

Artículo principal: δ ¹³ C

Debido a la absorción diferencial en las plantas, así como en los carbonatos marinos de ¹³ C, es posible utilizar estas firmas isotópicas en las ciencias de la tierra. Los procesos biológicos toman preferentemente el isótopo de menor masa a través del fraccionamiento cinético . En geoquímica acuosa, al analizar el valor δ ¹³ C del material carbonoso que se encuentra en las aguas superficiales y subterráneas, se puede identificar la fuente del agua. Esto se debe a que δ ¹³ atmosférico, carbonato y derivado de plantasTodos los valores de C son diferentes. En biología, la proporción de isótopos de carbono 13 y carbono 12 en los tejidos vegetales es diferente según el tipo de fotosíntesis de la planta y esto se puede utilizar, por ejemplo, para determinar qué tipos de plantas consumían los animales. Las mayores concentraciones de carbono 13 indican limitaciones estomáticas , lo que puede proporcionar información sobre el comportamiento de las plantas durante la sequía. ^[2] El análisis de los anillos de los árboles de los isótopos de carbono se puede utilizar para comprender retrospectivamente la fotosíntesis de los bosques y cómo se ve afectada por la sequía. ^[3]

En geología, la relación ¹³ C / ¹² C se utiliza para identificar la capa en la roca sedimentaria creada en el momento de la extinción del Pérmico 252 Mya cuando la relación cambió abruptamente en un 1%. Puede encontrar más información sobre el uso de la relación ¹³ C / ¹² C en la ciencia en el artículo sobre firmas isotópicas .

El carbono 13 tiene un número cuántico de espín distinto de cero de 1/2 y, por lo tanto, permite investigar la estructura de las sustancias que contienen carbono mediante resonancia magnética nuclear de carbono 13 .

La prueba de aliento con urea carbono-13 es una herramienta de diagnóstico segura y altamente precisa para detectar la presencia de una infección por Helicobacter pylori en el estómago. ^[4] La prueba de urea en el aliento que utiliza carbono 13 se prefiere al carbono 14 para ciertas poblaciones vulnerables debido a su naturaleza no radiactiva. ^[4]

Producción

El carbono 13 a granel para uso comercial, por ejemplo, en síntesis química, se enriquece con su abundancia natural del 1%. Aunque el carbono 13 se puede separar del isótopo principal del carbono 12 mediante técnicas como la difusión térmica, el intercambio químico, la difusión de gases y la destilación láser y criogénica, actualmente solo la destilación criogénica de metano o monóxido de carbono es una técnica de producción industrial económicamente viable. ^[5] Las plantas industriales de producción de carbono 13 representan una inversión sustancial, se necesitan columnas de destilación criogénica de más de 100 metros de altura para separar los compuestos que contienen carbono 12 o carbono 13. La planta de producción comercial de carbono-13 más grande del mundo en 2014 ^[6]tiene una capacidad de producción de ~ 400 kg de carbono-13 al año. ^[7] En contraste, una planta piloto de destilación criogénica de monóxido de carbono de 1969 en Los Alamos Scientific Laboratories podría producir 4 kg de carbono-13 al año. ^[8]

Ver también

• Isótopos de carbono
• Fraccionamiento de isótopos

Notas

1. "Masas exactas de los elementos y abundancias isotópicas" . sisweb.com.
2. Francey, RJ; Farquhar, GD (mayo de 1982). "Una explicación de las variaciones del 13 C / 12 C en los anillos de los árboles" . Naturaleza . 297 (5861): 28–31. doi : 10.1038 / 297028a0 . ISSN 1476-4687 . 
3. McDowell, Nate G .; Adams, Henry D .; Bailey, John D .; Hess, Marcey; Kolb, Thomas E. (2006). "Mantenimiento homeostático de intercambio de gas de pino Ponderosa en respuesta a cambios de densidad del soporte" . Aplicaciones ecológicas . 16 (3): 1164-1182. doi : 10.1890 / 1051-0761 (2006) 016 [1164: HMOPPG] 2.0.CO; 2 . ISSN 1939-5582 . 
4. Manaf, Mohd Rizal Abdul; Hassan, Mohd Rohaizat; Shah, Shamsul Azhar; Johani, Fadzrul Hafiz; Rahim, Muhammad Aklil Abd (24 de julio de 2019). "Exactitud de la prueba de respiración 13C-urea para la infección por Helicobacter pylori en la población asiática: un metaanálisis" . Annals of Global Health . 85 (1): 110. doi : 10.5334 / aogh.2570 . ISSN 2214-9996 . PMC 6659579 . PMID 31348624 .   
5. Li, Hu-Lin; Ju, Yong-Lin; Li, Liang-Jun; Xu, Da-Gang (2010). "Separación del isótopo 13C mediante empaquetadura estructurada de alto rendimiento". Ingeniería química y procesamiento: intensificación de procesos . Elsevier BV. 49 (3): 255-261. doi : 10.1016 / j.cep.2010.02.001 . ISSN 0255-2701 . 
6. "Resumen corporativo" . Laboratorios de isótopos de Cambridge . Consultado el 10 de noviembre de 2020 .
7. "Laboratorios de isótopos de Cambridge" . Historia . Consultado el 10 de noviembre de 2020 .
8. Armstrong, Dale E .; Briesmesiter, Arthur C .; McInteer, BB; Potter, Robert M. (10 de abril de 1970). "Una planta de producción de carbono 13 mediante destilación de monóxido de carbono" (PDF) . Informe LASL . LA-4391.

Más ligero: carbono-12	El carbono 13 es un isótopo del carbono.	Más pesado: carbono-14
Producto de descomposición de: boro-13 , nitrógeno-13	Cadena de desintegración del carbono-13	Decae a: estable