人体中的Fe 稳定同位素：遗传性疾病的示踪剂 Fe 在人类生物学中的作用特别重要，因为含二价铁的血红蛋白是血液中氧气的主要携带者。其他Fe 储存在肝脏和肾脏里，主要为Fe（III）铁蛋白，它相当于包裹着一层蛋白质外壳的水合氧化铁。研究表明失血后血液里的Fe 同位素会变得比较重，这被解释成为了弥补血液中流失的Fe，而从肝脏和肾脏中快速补回了Fe。从Fe 的天然稳定同位素角度来研究的第一种疾病是遗传性血色素沉着病。 人体中的Cu 稳定同位素：潜在癌症的诊断标志、Cu 在几种重要的酶中同时扮演着催化剂与结构组成的作用。Cu 可能是快速发展疾病（如癌症）的一个有价值的指标。有癌症的病人，其血清中的Cu 含量通常很高。使用硫代钼酸盐和D- 青霉胺的螯合物来降低人体内的Cu 含量，这种方法已经被许可应用于癌症治疗。Cu 同位素在成为癌症标志方面具有很大的潜力。Cu 同位素信号比较强似乎与Cu 被乳酸螯合有关。 血清乳酸自身受膜运输过程严格控制，而发生代谢，因而很难代表细胞内的乳酸。相反，血液中的Cu 同位素反映了细胞内的新陈代谢状态及其对正常糖酵解的替代程度。因此，血清中的Cu 同位素丰度，似乎是癌症生长和扩散的一个强有力的潜在生物标志。 人体中的Ca 稳定同位素：骨骼疾病的医学诊断工具 我们身体中99% 的Ca 以羟磷灰石的形式存在于骨骼中，骨质流失是一个动态过程。Ca 是第一种对其6 种同位素变化进行了调查的非常规元素。Ca 同位素可采用两种方法进行常规分析：热电离质谱技术（TIMS）和多接收电感耦合等离子体质谱技术（MC-ICPMS）。两个主要结论包括：一是当Ca 通过食物链时，它将变成较轻的同位素；第二，骨骼里的Ca 是轻同位素。Ca 同位素可用于量化骨骼钙流出与流入的数量，而不需要往饮食中添加示踪剂。这也跟骨质疏松症的Ca 研究有关，骨质疏松症在老年女性人群中尤为常见。 将金属稳定同位素作为生物标志的发展前景良好，这个领域我建议称为“医学同位素金属组学”。体液中特定配位体对同位素变异性的影响可以根据第一性原理来预测，该原理可识别具体的生物学路径。同位素组成分析不需要严格的时间表，其重要性在于很多过去留下来的样本在采集多年后仍然可以进行分析。最后，不同的金属在人体内有不同的周转时间，于是同位素金属组学就能够为描述不同时间尺度的不同类型的疾病提供比较灵敏又广泛的潜在标志。

同位素地球化学的一个研究领域。主要研究自然界中稳定同位素的丰度及其变化规律，并用来解决地质问题。稳定同位素包括放射衰变成因的和非放射成因的，如206Pb、207Pb、208Pb、87Sr和143Nd就是分别由238U、235U、232Th、87Rb和147Sm放射衰变而形成的稳定同位素；而H、C、O、S的同位素如1H、2H、12C、13C、16O、17O、18O、32S、33S、34S、 36S则是天然稳定同位素。由于H、C、O、 S的原子序数小于20，所以其同位素又可称为轻稳定同位素。稳定同位素丰度发生变化的主要原因是同位素的分馏作用。 同位素分馏 指由物理、化学以及生物作用所造成的某一元素的同位素在两种物质或两种物相间分配上的差异现象。引起同位素分馏的主要机制有： （1）同位素交换反应。是不同化合物之间、不同相之间或单个分子之间发生同位素分配变化的反应，是可逆反应。反应前后的分子数、化学组分不变，只是同位素浓度在分子组分间重新分配。 （2）同位素动力学效应。是指物理或化学反应过程中同位素质量不同所引起的反应速率的差异。在不可逆反应中，结果总是导致轻同位素在反应产物中富集。 同位素分馏系数 分馏系数α 表示同位素的分馏程度，反映了两种物质或两种物相之间同位素相对富集或亏损程度。在自然界，分馏系数是指两种矿物或两种物相之间的同位素比值之商。其表达式为αA-B＝RA/RB式中A和B表示两种物质(物相),R代表重同位素对轻同位素的比值，如18O/16O，13C/12C等。α 值偏离1愈大，说明两种物质之间的同位素分馏程度也就愈大；α =1时，物质间没有同位素分馏。 δ值 δ值能清楚地反映同位素组成的变化，样品的δ值愈高，反映重同位素愈富集。样品的δ值总是相对于某个标准而言的，同一个样品，对比的标准不同得出的δ值各异。所以必须采用同一标准；或者将各实验室的数据换算成国际公认的统一标准，这样获得的δ值才有实际应用价值。比较普遍的国际公认标准为： （1）SMOW，即标准平均海洋水，作为氢和氧的同位素的国际统一标准； （2）PDB，是美国南卡罗来纳州白垩系皮狄组地层内的似箭石，一种碳酸钙样品，用作碳同位素的国际统一标准，有时也作为沉积碳酸盐氧同位素的标准； （3）CDT,是美国亚利桑纳州迪亚布洛峡谷铁陨石中的陨硫铁，用作硫同位素的国际统一标准。 在地质学中的应用 稳定同位素实验研究表明，大多数矿物对体系（矿物-矿物）或矿物-水体系，在有地质意义的温度范围内,103lnα 值与T 2成反比,T为绝对温度。103lnα 值可以近似地用两种物质的δ差值表示,即δ-δB=ΔA-B≈103lnαA-B。因此,只要测得样品的δ值,就可直接计算出103lnα值。它同样表示物质间同位素分馏程度的大小，利用它可绘制同位素分馏曲线，拟合同位素分馏方程式和计算同位素平衡温度(见地质温度计)。 在稳定同位素地球化学研究中，H、C、O、S等研究较深入。它们在天然物质中分布广泛，可形成多种化合物，由于它们的同位素质量数都比较小，相对质量差别大，因而同位素分馏更明显，这对确定地质体的成因及其物质来源和判明地质作用特征具有重要意义。 例如不同成因自然水具有不同的H、O同位素组成。海水δD与δ18O平均值接近0‰；大气降水的H、O同位素组成变化非常有规律，其关系总体符合大气降水线直线方程：δD＝8δ18O +10，并具有明显的纬度和高度效应；岩浆水的 δD=-40～-80‰；δ18O愒5.5～9.5‰；变质水δD愒0~-70‰,δ18O愒3~20‰;有机水的δD愒-90～-250‰，而δ18O受储油岩层δ18O值和交换温度的控制。因而研究水的H、O同位素组成及其变异，可以为水的分类与来源提供重要信息。

有机物种类繁多，可分为烃和烃的衍生物两大类。根据有机物分子的碳架结构，还可分成开链化合物、碳环化合物和杂环化合物三类。根据有机物分子中所含官能团的不同，又分为烷、烯、炔、芳香烃和卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸、酯等等。 按碳的骨架 1．链状化合物 这类化合物分子中的碳原子相互连接成链状，因其最初是在脂肪中发现的，所以又叫脂肪族化合物。其结构特点是碳与碳间连接成不闭口的链。 2．环状化合物 环状化合物指分子中原子以环状排列的化合物。环状化合物又分为脂环化合物和芳香化合物。 （1）脂环化合物：不含芳香环（如苯环、稠环或某些具有苯环或稠环性质的杂环）的带有环状的化合物。如环丙烷、环己烯、环己醇等。 （2）芳香化合物：含芳香环（如苯环、稠环或某些具有苯环或稠环性质的杂环）的带有环状的化合物。如苯、苯的同系物及衍生物，稠环芳烃及衍生物，吡咯、吡啶等。   按组成元素 1.烃 仅含碳和氢两种元素的有机物称为碳氢化合物，简称烃。如甲烷、乙烯、乙炔、苯等。甲烷是最简单的烃。 2.烃的衍生物 烃分子中的氢原子被其他原子或者原子团所取代而生成的一系列化合物称为烃的衍生物。如卤代烃、醇、氨基酸、核酸等。 按官能团 官能团：决定化合物特殊性质的原子或原子团称为官能团或功能基。含有相同官能团 的化合物，其化学性质基本上是相同的。常见官能团碳碳双键、碳碳三键、羟基、羧 基、醚键、醛基、羰基等。 同系物：结构相似，分子组成上相差一个或若干个“CH2”原子团的有机物称为同系物。且必须是同一类物质（含有相同且数量相等的官能团，羟基例外，酚和醇不能成为同系物，如苯酚和苯甲醇）。由于结构相似，同系物的化学性质相似；它们的物理性质，常随分子量的增大而有规律性的变化。 按结构和性质 开链烃：分子中碳原子彼此结合成链状，而无环状结构的烃，称为开链烃。根据分子中碳和氢的含量，链烃又可分为饱和链烃(烷烃)和不饱和链烃(烯烃、炔烃)。 脂肪烃：亦称“链烃”。因为脂肪是链烃的衍生物，故链烃又称为脂肪烃。 饱和烃：饱和烃可分为链状饱和烃即烷烃(亦称石蜡烃)和另一类含有碳碳单键而呈环状的饱和烃即环烷烃(参见闭链烃)。 烷烃：即饱和链烃，亦称石蜡烃。通式为CnH2n+2(n≥1)，烷烃中的含氢量已达到饱和。烷烃中最简单的是甲烷，是天然气和沼气的主要成分，烷烃主要来源是石油、天然气和沼气。可以发生取代反应，甲烷在光照的条件下可以与氯气发生取代反应，生成物为CH3Cl-----CH2Cl2-----CHCl3-----CCl4。 不饱和烃：系分子中含有“C=C”或“C≡C”的烃。这类烃也可分为不饱和链烃和不饱和环烃。不饱和链烃所含氢原子数比对应的烷烃少，化学性质活动，易发生加成反应和聚合反应。不饱和链烃又可分为烯烃和炔烃。不饱和环烃可分为环烯烃(如环戊二烯)和环炔烃(如苯炔)。 烯烃：系分子中含“C=C”的烃。根据分子中含“C=C”的数目，可分为单烯烃和二烯烃。单烯烃分子中含一个“C=C”，通式为CnH2n，其中n≥2。最重要的单烯烃是乙烯H2C=CH2，次要的有丙烯CH3CH=CH2和1-丁烯CH3CH2CH=CH2。单烯烃简称为烯烃，烯烃的主要来源是石油及其裂解产物。 二烯烃：系含有两个“C=C”的链烃或环烃。如1，3-丁二烯。2-甲基-1，3-丁二烯、环戊二烯等。二烯烃中含共轭双键体系的最为重要，如1，3-丁二烯、2-甲基-1，3-丁二烯等是合成橡胶的单体。 炔烃：系分子中含有“C≡C”的不饱和链烃。根据分子中碳碳叁键的数目，可分为单炔烃和多炔烃，单炔烃的通式为CnH2n-2，其中n≥2。炔烃和二烯烃是同分异构体。最简单、最重要的炔烃是乙炔HC≡CH，乙炔可由电石和水反应制得。 闭键烃：亦称“环烃”。是具有环状结构的烃。可分为两大类，一类是脂环烃(或称脂肪族环烃)具有脂肪族类的性质，脂环烃又分为饱和环烷其中n≥3。环烷烃和烯烃是同分异构体。环烷烃存在于某些石油中，环烯烃常存在于植物精油中。环烃的另一类是芳香烃，大多数芳香烃是有苯环结构和芳香族化合物的性质。 环烷烃：在环烃分子中，碳原子间以单键相互结合的叫环烷烃，是饱和脂环烃。具有三环和四环的环烷烃，稳定性较差，在一定条件下容易开环。五环以上的环烷烃较稳定，其性质与烷烃相似。常见的环烷烃有环丙烷、环丁烷、环戊烷、环己烷等。 芳香烃：一般是指分子中含有苯环结构的烃。根据分子中所含苯环的数目以及苯环间的联结方式，可分为单环芳香烃、多环芳香烃、稠环芳香烃等。单环芳香烃的通式为CnH2n-6，其中n≥6，单环芳香烃中重要的有苯 稠环芳香烃：分子中含有两个或多个苯环，苯环间通过共用两个相。 杂环化合物：分子中含有碳原子和氧、氮、硫等其它原子形成环状结构的化合物叫杂环化合物。其中以五原子和六原子的杂环较稳定。具有芳香性的称作芳杂环，烃分子中一个或多个氢原子被卤素原子取代而形成的化合物称为卤代烃。根据取代上去的不同卤素原子可分为氟代烃、氯代烃、溴代烃、碘代烃等。根据分子中卤素原子的数目，可分为一卤代烃和多卤代烃。根据烃基种类的不同，可分为饱和卤代烃即卤代烷烃、不饱和卤代烃即卤代烯烃和卤代炔烃、卤代芳香烃等，例如氯CH3-CHBr-CH2Br等。 醇：烃分子中的一个或几个氢原子被羟基取代后的产物称为醇(若苯环上的氢原子被羟基取代后的生成物属于酚类)。根据醇分子中羟基的数目，可分为一元醇、二元醇、三元醇等，根据醇分子中烃基的不同，可分为饱和醇不饱和醇和芳香醇。由于跟羟基所连接的碳原子的位置，又可分为叔醇如(CH3)3COH。醇类一般呈中性，低级醇易溶于水，多元醇带甜味。醇类的化学性质主要有氧化反应、酯化反应、脱水反应、与氢卤酸反应、与活动金属反应等。 芳香醇：系芳香烃分子中苯环的侧键上的氢原子被羟基取代而成的物质。如苯甲醇(亦称苄醇)。 酚：芳香烃分子中苯环上的氢原子被羟基取代而成的化合物称作酚类。根据酚分子中所含羟基的数目，可分为一元酚，二元酚和多元酚等，如溶液呈变色反应。酚具有较弱的酸性，能与碱反应生成酚盐。酚分子中的苯环受羟基的影响容易发生卤化、硝化、磺化等取代反应。 醚：两个烃基通过一个氧原子连结而成的化合物称作醚。可用通式R-O-R'表示。若R与R'相同，叫简单醚，如甲醚CH3-O-CH3、乙醚C2H5-O-C2H5等；若R与R'不同，叫混和醚，如甲乙醚CH3-O-C2H5。若二元醇分子子中醛基的数目，可分为一元醛、二元醛等；根据分子中烃基的不同，可分相应的伯醇氧化制得。醛类中羰基可发生加成反应，易被较弱的氧化剂如斐林试剂、多伦试剂氧化成相应的羧酸。重要的醛有甲醛、乙醛等。 芳香醛：分子中醛基与苯环直接相连而形成的醛，称作芳香醛。如苯甲醛。 羧酸：烃基或氢原子与羧基连结而形成的化合物称为羧酸，根据羧酸分子中羧基的数目，可分为一元酸、二元酸、多元酸等。一元酸如乙酸饱和酸如丙酸CH3CH2COOH、不饱和酸如丙烯酸CH2=CH-COOH等。羧酸还可以分为脂肪酸、脂环酸和芳香酸等。脂肪酸中，饱和的如硬脂酸C17H35COOH、等。 羧酸衍生物：羧酸分子中羧基里的羟基被其它原子或原子团取代而形成的化合物叫羧酸衍生物。如酰卤、酰胺、酸酐等。 a.酰卤：系羧酸分子中羧基上的羟基被卤素原子取代而形成的化合物等。 b.酰胺：是羧酸分子中羧基上的羟基被氨基-NH2或者是烃氨基（-NHR或-NR2）取代而成的化合物；也可看作是氨或胺分子中氮原子上的氢被酰基取代而成的化合物。 c. 酸酐：两个分子的一元羧酸分子间失水或者二元羧酸分子内失水而形成的化合物，称作酸酐。如两个乙酸分子失去一个水分子形成乙酸酐(CH3COOOCCH3） 酯：羧酸分子中羧基上的羟基被烷氧基-O-R'取代而形成的化合物 油脂：是高级脂肪酸甘油酯的总称。在室温下呈液态的叫油，呈固态的叫作脂肪。可用通式表示：若R、R'、R″相同，称为单甘油酯；若R、R'、R″不同，称为混甘油酯。天然油脂大都是混甘油酯。 硝基化合物：是烃分子中的氢原子被硝基-NO2取代而形成的化合物，可用通式R-NO2表示，R可以是烷基，也可以是苯环。如硝基乙烷CH3CH2NO2 胺：是氨分子中的氢原子被烃基取代后而形成的有机化合物。根据取根据烃基结构的不同，可分为脂肪胺如甲胺CH3NH2、二甲胺CH3-NH-CH3和芳香胺如苯胺C6H5-NH2、二苯胺(C6H5)2NH等。也可以根据氨基的数目分为一元胺、二元胺、多元胺。一元胺如乙胺CH3CH2NH2，二元胺如乙二胺H2N—CH2—CH2—NH2，多元胺如六亚甲基四胺(C6H2)6N4。胺类大都具有弱碱性，能与酸反应生成盐。苯胺是胺类中重要的物质，是合成染料，合成药物的原料。 腈：是烃基与氰基(－CN)相连而成的化合物。通式为R-CN，如乙腈CH3CN。 重氮化合物：大多是通式为R—N2—X的有机化合物，分子中含有是一种重氮化合物，其中以芳香族重氮盐最为重要。可用化学性质活动，是制取偶氮染料的中间体。 偶氮化合物：分子中含有偶氮基(-N=N-)的有机化合物。用通式R-N=N-R表示，其中R是烃基，偶氮化合物都有颜色，有的可作染料。也可作色素。 磺酸：是烃分子中的氢原子被磺酸基-SO3H取代而形成的化合物，可用RSO3H表示。脂肪族磺酸的制备常用间接法，而芳香族磺酸可通过磺化反应直接制得。磺酸是强酸，易溶于水，芳香族磺酸是合成染料、合成药物的重要中间体。 氨基酸：是羧酸分子中烃基上的氢原子被氨基取代而形成的化合物。根据氨基取代的位置可分为α-氨基酸、β-氨基酸、γ-氨基酸等。α-氨基酸中的氨基在羟基相邻的碳原子上。α-氨基酸是组成蛋白质的基本单位。蛋白质经水解可得到二十多种α-氨基酸，如甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸等，大多是L-型a-氨基酸。在人体所需要的氨基酸中，由食物中的蛋白质供给的，如赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸等称为“必需氨基酸”，象甘氨酸、丝氨酸、丙氨酸、谷氨酸等可以从其它有机物在人体中转化而得到，故称为“非必需氨基酸”。 肽：是一分子氨基酸中的氨基与另一分子氨基酸中的羧基缩合失去水分子后而形成的化合物。两个氨基酸分子形成的肽叫二肽，如两个分子氨基 多肽：由多个a-氨基酸分子缩合消去水分子而形成含有多个肽键，天然产物中得到一种有机物 蛋白质：亦称朊。一般分子量大于10000。蛋白质是生物体的一种主要组成物质，是生命活动的基础。各种蛋白质中氨基酸的组成、排列顺序、肽链的立体结构都不相同。已有多种蛋白质的氨基酸排列顺序和立体结构搞清楚了。蛋白质按分子形状可分为纤维状蛋白和球状蛋白。纤维蛋白如丝、毛、发、皮、角、蹄等，球蛋白如酶、蛋白激素等。按溶解度的大小可分为白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和不溶性的硬蛋白等。按组成可分为简单蛋白和复合蛋白，简单蛋白是由氨基酸组成，复合蛋白是由简单蛋白和其它物质结合而成的，如蛋白质和核酸结合生成核酸蛋白，蛋白质与糖结合生成糖蛋白，蛋白质与血红素结合生成血红蛋白等。 糖类：亦称碳水化合物。多羟基醛或多羟基酮以及经过水解可生成多羟基醛或多羟基酮的化合物的总称。糖可分为单糖、低聚糖、多糖等。一般糖类的氢原子数与氧原子数比为2:1，但如甲醛CH2O等不是糖类；而鼠李糖：C6H12O5属于糖类。 单糖：是不能水解的最简单的糖，如葡萄糖(醛糖） 低聚糖：在水解时能生成2～10个分子单糖的糖叫低聚糖。其中以二糖最重要，如蔗糖、麦芽糖、乳糖等。 多聚糖：亦称多糖。一个分子多聚糖水解时能生成10个分子以上单糖的糖叫多聚糖，如淀粉和纤维素，可用通式(C6H10O5)n表示。n可以是几百到几千。 高分子化合物：亦称“大分子化合物”或“高聚物”。分子量可高达数千乃至数百万以上。可分为天然高分子化合物和合成高分子化合物两大类。天然高分子化合物如蛋白质、核酸、淀粉、纤维素、天然橡胶等。合成高分子化合物如合成橡胶、合成树脂、合成纤维、塑料等。按结构可分为链状的线型高分子化合物(如橡胶、纤维、热塑性塑料）及网状的体型高分子化合物(如酚醛塑料、硫化橡胶）。合成高分子化合物根据其合成时所经反应的不同，又可分为加聚物和缩聚物。加聚物是经加聚反应生成的高分子化合物。如聚乙烯、聚氯乙烯聚丙烯等。缩聚物是经缩聚反应生成的高分子化合物。如酚醛塑料、尼龙66等。  类别异构 有机物之间具有以下的类别异构关系： 1. 分子组成符合CnH2n(n≥3)的类别异构体: 烯烃和环烷烃; 2. 分子组成符合CnH2n-2(n≥4)的类别异构体: 炔烃和二烯烃; 3. 分子组成符合CnH2n+2O(n≥3)的类别异构体: 饱和一元醇和饱和醚; 4. 分子组成符合CnH2nO(n≥3)的类别异构体: 饱和一元醛和饱和一元酮; 5. 分子组成符合CnH2nO2(n≥2)的类别异构体: 饱和一元羧酸和饱和一元酯; 6. 分子组成符合CnH2n-6O(n≥7)的类别异构体: 苯酚的同系物,芳香醇及芳香醚; 如n=7,有以下五种: 邻甲苯酚,间甲苯酚,对甲苯酚;苯甲醇;苯甲醚. 7. 分子组成符合CnH2n+1O2N(n≥2)的类别异构体: 氨基酸和硝基化合物 结构特点 有机化合物：种类繁多、数目庞大（已知有3000多万种、且还在以每年数百万种的速度增加）。 但组成元素少 有C、H、O、N 、P、 S、 X（卤素：F、Cl、Br、I ）等。 1、有机化合物中碳原子的成键特点 碳原子最外层有4个电子，不易失去或获得电子而形成阳离子或阴离子。碳原子通过共价键与氢、氧、氮、硫、磷等多种非金属形成共价化合物。 由于碳原子成键的特点，每个碳原子不仅能与氢原子或其他原子形成4个共价键，而且碳原子之间也能以共价键相结合。碳原子间不仅可以形成稳定的单键，还可以形成稳定的双键或三键。多个碳原子可以相互结合成长短不一的碳链，碳链也可以带有支链，还可以结合成碳环，碳链和碳环也可以相互结合。因此，含有原子种类相同，每种原子数目也相同的分子，其原子可能有多种不同的结合方式，形成具有不同结构的分子。 2、有机化合物的同分异构现象 化合物具有相同的分子式，但结构不同，因此产生了性质上的差异，这种现象叫同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。在有机化合物中，当碳原子数目增加时，同分异构体的数目也就越多。同分异构体现象在有机物中十分普遍，这也是有机化合物在自然界中数目非常庞大的一个原因。

近日，国际知名期刊《Green Chemistry》在线发表了上海交通大学药学院孙占奎研究员课题组的最新研究成果 “A mild, general, and metal-free method for site-specific deuteration induced by visible light using D2O as the source of deuterium atoms”。 氘代作为一种重要标记工具，在药物化学领域、标记示踪、反应机理研究等领域有着广泛应用。药物氘代是一种常用的改变药物分子吸收、分布、代谢、排泄过程（ADME）的方法。在药物代谢的关键部位氘代能够显著提高药物代谢的稳定性，延长药物的半衰期。2017年，美国FDA批准了世界上首个氘代药物-氘代丁苯那嗪，这极大推动了药物氘代技术的研究。 孙占奎课题组设计并实现了一种全新的自由基氘代新方法，具有条件温和、选择性高、无金属参与、高产率和高氘代率的优点。这种新方法以巯基化合物或二硫化物为底物，以DTBP为自由基引发剂，以D2O/DCM或者D2O/EA为溶剂，在可见光条件下，经过有机膦试剂脱硫，可以选择性地引入氘原子。该氘代方法表现出非常好的官能团容忍性，各种各样的官能团比如羟基、氨基、羧基、酯基、酰胺等都能被兼容；并且反应的氘代效率很高，基本都能达到90%以上的氘代率。作者进一步把这种方法应用于一些药物结构改造上，均可得到高收率和高氘代率的产物。为了进一步说明该反应体系的实用性，作者进行了克级规模合成试验，仍然可以实现高效率的氘代。另外，除了有机小分子之外，该方法还可以在多肽结构中实现定点氘代。 Green Chemistry是英国皇家化学学会旗下面向绿色化学领域的国际知名期刊，中科院JCR化学1区Top，2019年影响因子9.4。药学院孙占奎研究员为论文通讯作者，博士生时帅为该论文的第一作者，李瑞宁博士为该论文共同作者。该研究工作得到了上海交通大学、中组部青年千人计划的支持。   来源   上海交大新闻学术网

同位素标记的API在药代动力学研究中有着重要的应用。最近我们合成了一个甲基被氘代的API，在产品放行的过程中发现大部分的分析数据都与非氘代API的一致，但是13C NMR中被氘代的碳原子却消失了，取而代之的是在稍微高场的位置有一个不太明显的宽峰（Figure 1）。   Figure 1.氘代和非氘代API的13C NMR (d6-DMSO) (烷基部分) 通过查阅书籍我们发现：在碳谱中13C-1H的偶合非常大（125-250 Hz），为了使碳谱清晰、易读，常见的碳谱都是通过宽带去偶谱(BB)消除了13C-1H之间的偶合。每一种化学等价的碳原子只有一条谱线（但在去偶的同时，有的原子核有NOE效应，信号更为增强，不同核的NOE效应不同，因此碳谱的峰高不能定量地反映碳原子的数量）。而氘原子的自旋量子数不为零（Table 1），也会偶合其相邻的碳原子形成多重峰，13C-2H的偶合在碳谱中并不会被去偶（13C与其它原子之间的偶合也不会被去偶，如13C-19F,13C-31P）。根据核磁峰裂分的规则（峰数=2*n*I+1，n为原子核数，I为自旋量子数）-CD3在碳谱中的应表现为7重峰（2*3*1+1）。由于我们的API本身也只有一个碳原子，再加上做碳谱时样品浓度较稀，这个七重峰表现为不明显的宽峰也就不足为怪了。 Table 1. 不同原子核的自旋量子数   来源：化合物定制合成网

人们对氧的稳定同位素的兴趣不断增长，这可以解释为氧在植物和动物的生命中，在同位素分析方法的开发中，在将生物化学方面的纯研究技术转变为临床医学实践中的巨大作用。使用化合物（“标记的” Oxygen-18同位素）可以确定神经和心血管系统许多疾病的原因，以诊断肺部疾病并确定药物在脑部疾病研究和治疗中的有效性。 稳定同位素氧18的最常见应用包括： 氧气18用作医用放射性同位素Fluorine-18 [18F]生产的前体，该产品已在PET（正电子发射断层扫描）中得到利用。 这是Oxygen-18的最典型应用之一。正电子发射断层扫描（PET）是近年来发展迅速的一种医学临床诊断和生化研究的现代方法。水或气态形式的氧气18可以作为短期发射正电子的同位素氟18的来源，氟18可以跟踪脑血流量，中枢神经和心血管系统中葡萄糖代谢的过程，评估药物的影响在神经受体上。18F还用于大脑成像。如今，每年有数百个PET中心在各个国家/地区为数千万人提供宝贵的帮助。 在医学和生物学研究中使用Flourine-18作为示踪剂。 由于在精神分裂症患者的监督和治疗下需要根据血液，尿液，脑脊液中生物酸的代谢产物分析大脑的生命过程来研究大脑的生命过程，因此发现了这种产品的应用。 ，躁狂抑郁症，帕金森氏病，或研究肺泡中氧交换对肺部疾病的诊断。在这些情况下，可以通过简单地吸入分子氧将Oxygen-18引入体内。应当指出，由于同位素分析方法的迅速发展，同位素Oxygen-18的这种使用已成为可能。 在进行大规模环境研究时，将Oxygen-18用于相同目的。 通过开发各种同位素分析方法，已经获得了在许多环境程序中有效使用稳定同位素标记的化合物的可能性。此外，专家指出，使用稳定的氧同位素对整个环境计划有很大贡献。例如，利用二氧化硫，标记为18的同位素氧，可以在云层移动数百公里后确定酸污染的来源。 使用Oxygen-18创建治疗性癌症药物。 这个方向目前本质上是探索性的。该领域研究的积极结果可能导致对同位素Oxygen-18的需求急剧增加。 因此，增加Oxygen-18的产量是成功完成已启动计划并获得健康和环境计划以及基础科学方面成就和改善的必要条件。这不仅对于单个国家和地区，而且对于整个人类来说都是非常重要的。 氧18生产过程简述 氧气是地球上最丰富的元素。气氛包含23重量％的游离氧。水圈和岩石圈的结合氧含量分别为86％和47％。 氧气是三种稳定同位素的混合物：Oxygen-16（99.76％at。），Oxygen-17（0.04％at。）和Oxygen-18（0.20％at。）。 同位素质量数的差异在很小程度上影响其基本性质，因此各种天然化合物的氧同位素组成大致相等。空气，淡水和海水中Oxygen-18的含量为0.204％at。，0.198％at。和0.200％at。分别。各种矿物质中Oxygen-18的含量相差不超过0.008％at。因此，应使用空气或天然水作为生产原料。 为了在生产数量上使Oxygen-18富集该材料，可以应用液态氧，氮氧化物，水或化学同位素交换的精馏。基于经济考虑和每种方法的技术可行性，在俄罗斯的现状下，水的精馏已被选为基本方法。此外，以富含这种同位素的水的形式存储，运输和使用Oxygen-18最为方便。 精馏方法已被充分研究并广泛用于化学工业中的物质纯化和分离具有不同沸点的物质。 天然水可以看作是常压下沸点为100 oC的低沸点组分H216O和沸点为100.15 oC的高沸点组分H216O的混合物。H216O和H218O的分离发生在蒸馏塔中。每列由一个立方体蒸发器，实际的列填充喷嘴，冷凝器和上部储液器组成。 在立方体中，会不断地蒸发来自色谱柱的水。上升到塔上的蒸汽与水以薄膜形式在喷嘴上流动，从而发生质量传递。在这种情况下，蒸汽被耗尽，并且流动的水中富含高沸点组分H218O。 在塔的顶部，蒸汽进入冷凝器，由来自水循环系统的水冷却。在冷凝器中会发生18号氧气耗尽水蒸气的连续冷凝。重力凝结水进入上部水库，并与那里的水混合。然后，将水送入色谱柱。水的消耗量对应于蒸汽的质量流量。 因此，在色谱柱的操作过程中，Oxygen-18从上部储层转移到立方体：立方体中的水富含Oxygen-18，并且上部储层中的水被这种同位素耗尽。

氘又称重氢，符号D或2H，氢的一种同位素。氢气中含氘0.02%。氘的大部分理化性质类似氢，在大多数情况下，氘的反应性较氕稍小。与氧化合而成重水(D2O)。氘主要以重水的形式被使用。人工加速的氘原子核能参与核反应，在热核反应过程中释放出巨大的能量，也用作氢反应机理的示踪原子。 氘亦称“重氢”。氢的一种同位素。符 号12H或D。分子量4.032。无色无臭的气体。熔点 -254.6℃ (16.132kPa)，沸点-249.7℃，相对密度 0.171-253.1(液态)，折光率2。微溶于水和其他液体。化学 性质不及普通氢和氕活泼。有许多和普通氢相似的化合物，如与氧化合而成的是重水D2O，与氮化合而成的是重氨ND3。主要存在于重水中。制法：可由电解重水或在较高温度下用铁或钨还原重水而得。用途：可用作研究氢的反应机理和核现象的示踪原子，人工加速的重氢核用于 进行许多核反应，在热核子反应过程中释放出巨大的能量，是一种极有前途的能源。 自然界里存在的水一般由2个氢原子和1个氧原子组成，但氢原子有质量不同的3个同位素，原子量分别为1，2，3的氕（H，氢）、氘（D ,重氢）、氚（T，超重氢）。自然界的水中，重氢的含量约为150ppm（百万分之150）。1931年底，美国科学家哈罗德·克莱顿·尤里（Harold Clayton Urey）在蒸发了大量液体氢之后，利用光谱检测的方法发现了重氢（氘，D）。尤里因此在1934年获得诺贝尔化学奖。 如果人体内氘含量过多，就无法生产足够的能量，随之而来就是疲劳、癌症还有各种慢性病。很多人有这样的病症，就是因为体内环境的氘过多，而这又有很多原因，比如转基因食物、工业化食品，还有居住于临海地区等等。 工业化食品里面的氘水平是比较高的，这类食品食用过多，就会是人体氘含量增加。因为人体细胞本身就是一个去氘机，在正常的代谢过程中会去氘，如果体内氘水平太高，难以调整到一个正常的水平（130ppm），氘比较重就会搅乱蛋白质和DNA，从而引发癌症。这其实不是因为致癌基因，20%的患癌症病人基因是没有突变的，是氘让DNA变大，使细胞不断分裂。 由于氘和氢的原子质量相差显著，碳和氘形成的键会在较低的频率上振动，其零点基础能量比相应的碳氢键能量要低，而它们的过渡态活化能是相近的，所以使碳氘键断裂比使碳氢键断裂需要更多的能量。（简而要之就是：碳氘键“生存”需要的能量比碳氢键低，拆散碳氘的结合需要更大的“动力”）。正因为打破碳氘共价键比碳氢键需要更大的能量，当化合物中的氢被氘取代后，化学反应的速率将显著减缓。如果反应过渡态涉及到碳氢键的对称断裂，那么碳氢键上的氢被氘取代后，可以减慢反应速度85% 左右。理论上，如果碳氢键的断裂涉及新陈代谢途径的速率决定步骤，那么氢被氘取代后，其氘代化合物在生物体内由代谢酶所催化的代谢过程就会减慢或者中止（如细胞色素P450、单胺氧化酶和醛氧化酶等）。认知到氘对身体代谢的影响，低氘水的应用原理即通过降低水中氘含量，减少人体内的氘值，从而帮助人体提高代谢效率。相比于天然水中150ppm的氘含量，氘的含量在140ppm及以下即可称为低氘水（ppm表示100万氢原子中有多少氘原子）。国内生产的低氘水主要以水为原料，采用分离方法制备而得。水是生命之源，成人体内70%的成份为水。人体内每天发生了无数次化学反应，而氢键作为最普遍的化学键，几乎参与了生命体内的所有反应。当人体内氘含量偏高的时候，由于氘化学键比氢键的断裂速度慢6到10倍，这些由氘参与的化学反应，速率就会大大降低。一旦DNA转录复制中的随机错误发生在氘键上，就很难被DNA修复酶纠正，而这些错误，最终会对人体产生不可逆转的危害。 对于健康人体来说，低氘水进入生命体后，低氘的环境可促进人体的新陈代谢，促进作为人体基础物质-蛋白质的合成，保证DNA遗传信息的完整，提高机体免疫功能，有效抵御外来疾病侵扰。而对于癌症人体来说，癌细胞需要碳水化合物上的氘来生长，高氘环境为癌细胞的疯狂繁衍提供了燃料。低氘水通过稀释体内的氘含量，可以帮助降低癌细胞的繁衍能力：降低细胞中的氘含量。降低癌细胞获得能量的能力。消除癌细胞转移所需的能量。

1、 Q：氘代氯仿空白检测, 在 0.8 ppm, 1.2 ppm 处有杂质峰? A：这个主要来自塑料的污染. 或许是使用了一次性塑料滴管 (增塑剂的溶解), 或者是放入核磁管后碰触了核磁管帽. 可做个试验证明: 使用玻璃滴管小心将氘代氯仿置入核磁管, 不要碰触核磁帽, 应该不会出现杂质峰. 由此可以证明是配样过程造成的污染.平时这种污染没有感觉, 只有做空白试验放大后才察觉出来. 因为一般样品加入后, 样品峰足够大, 令这些微量的杂质峰几乎可以忽略. 平时样品的合成后处理也都不是很完美. 因此, 断绝一次性滴管的使用也不是很实际. 2、 Q：氘代氯仿空白检测, 水峰有些大?       A：在国际标准中, 氘代氯仿的含水量定为少于 0.01 %.这相当于溶剂峰 (7.24 ppm 的 CHCl3) 的积分值定为 10 时, 水峰 (1.59 ppm 的 H2O) 的积分比值应小于 6.69. 真正要确定水峰, 也得要求配样过程需要标准. 例如, 核磁管以及玻璃滴管从烘箱取出后应该直接置入干燥器中冷气, 以免水汽凝结, 影响检测精确.对于氘代氯仿, 如果水峰值高于 7, 是说明水峰高过国际标准. 不过, 其实也不影响检测. 因为一旦加入样品, 1.59 ppm 的水峰就可以忽略, 甚至会消失不见.另外, 氘代氯仿和水不相溶, 即使再大的潮气, 氘代氯仿中的水峰值也不会大过 30. 如果使用的是瓶装的氘代氯仿, 随着时间可能水峰因吸潮而逐渐变大, 则可以快速的加入几颗分子筛, 很快就可以将水峰压, 甚至到积分 3 以下.   使用分子筛时, 小心不要碰触到手, 以免手上油渍的污染. 总结: 氘代试剂的水峰, 不是什么很大的问题. 3、 Q：样品检测时, 发现 2.05 ppm 多了丙酮峰? A：这个多半是核磁管使用了丙酮清洗, 之后在烘箱中没有去除干净. 可以做些试验验证: 加入微量丙酮, 该峰增高, 证明是丙酮峰. 使用正常的核磁管, 检测空白氘代试剂, 应该不会发现该峰, 所以不是试剂的问题. 如何避免? 以后使用丙酮清洗核磁管后, 在 110 度烘箱中应该至少 5 小时以上. 并且记得核磁管的开口朝上. 如果要快速使用核磁管, 用的又是氘代氯仿, 则可以用氯仿涮洗, 将丙酮去除, 然后再用吹风机吹干, 便可将置备的样品溶液置入核磁管. 当然这种作法会导致 7.24 ppm  的氯仿溶剂峰增高一些. 4、 Q：氘代试剂如何保存? A：安剖瓶盒装的保存完全没有这方面的顾虑, 这个问题应该是针对瓶装 (25, 50, 100 mL) 的氘代试剂保存. 其实, 就一般正常的使用不必要做任何防护也没关系, 这样比较顺心方便. 夏天比较高温潮湿时, 吸取氘代试剂的动作快一点就耗, 防止挥发或吸潮. 如果感觉水峰变得太高不满意, 加入分子筛便可解决. 最完美的方法: 将氘代试剂瓶放在一个放有干燥剂的密封袋中, 置于冰箱. 使用时从冰箱取出, 等待几分钟等升到室温后, 才取出开盖使用. 5、 Q：样品有羟基, 检测时没能看见? A：核磁共振氢谱主要是检测化合物结构 C-H 峰 (和碳相连的氢), 不是很重视活泼氢峰 (OH, CO2H, NH2, SH).活泼氢的出现可遇不可求, 没有出现也没关系, 文献不必可以报导.活泼氢由于氢键缘故, 很多场合不出现, 或化学位移会漂移. 许多氘代试剂 (重水, 氘代三氟乙酸等) 甚至无法检测到活泼氢.            如果真要观察活泼氢, 比较有机会的是使用氘代二甲亚砜, 配样时记得样品得干燥好, 并且样品量少些, 避免样品的分子间氢键作用. 使用氘代氯仿观测到活泼氢的几率不到二分之一.            活泼氢的出现多是矮宽单峰, 积分不一定正确. 要确定是活泼氢而不是杂质峰, 一般在核磁管中再加入微量 D2O, 观察该峰降低或消失不见. 6、 Q：氘代丙酮的氢谱与碳谱,溶剂峰为何出现裂分? A：这是正常的现象, 不是氘代试剂的杂质峰. 对于氘代氯仿, 氘代二氯甲烷, 氘代二甲亚砜, 氘代丙酮, 氘代乙腈, 氘代甲醇等六种氘代试剂，氢谱的裂分分别为:  1/ 3/ 5/ 5/ 5/ 5, 碳谱的裂分分别为 3/ 5/ 7/ 7/ 7/ 7.原因是符合 2ni+1 规则. 其中 n 是邻近含氘的数目, i 是氘原子的旋转量字数, 数值为 2. 氘代丙酮 (CD3COCD3, 氘代度 99.8%) 的氢峰, 主要是含量 0.2% 的 CD2HCOCD3 所造成的氢信号峰. 其中 CD2H 的氢受相邻两个 D 原子的耦合影响, 分裂成 5 重峰, 符合公式 2ni+1 = 2(2)(1)+1 = 5 重峰.  氘代丙酮 (CD3COCD3, 的碳峰, 主要是含量 99.8% 的 CD3COCD3  所造成, (含量0.2% 的 CD2HCOCD3 碳谱太弱). 其中 CD3 的碳受相邻三个 D 原子的耦合影响, 分裂成 7 重峰, 符合公式 2ni+1 = 2(3)(1)+1 = 7 重峰. 其他氘代试剂的裂分也都符合同样的推理与公式. 7、 Q：怎么辨别氘代试剂的氘代度是否足够? A：要精确的绝对值数据, 需要比较大量的氘代试剂 (以消除称量误差), 利用体积/重量法, 由密度计算出氘代度. 进一步简便的辨别是采用相对比较法. 加入一定内标, 和可信的氘代试剂比较内标的高度, 再由公式计算出. 最简便的鉴定方法是审视氢谱与碳谱的裂分情况. 以氘代丙酮为例, 氢谱与碳谱中丙酮溶剂峰应该分别为漂亮的五重峰与七重峰. 如果氢谱五重峰左边还出现三重峰小峰, 或者碳谱的七重峰左边交织有五重峰甚至三重峰的小峰, 便是氘代度不够. 因为氘代度不够的信号峰被观测到. 8、 Q：氘代丙酮 (或氘代二甲亚砜, 氘代乙腈), 有时水峰出现两个峰? A：这是比较奇特的现象, 偶尔就会出现这种情况. 首先说明的是, 这两个都属于水峰, 不是杂质. 二维谱图 cosy 以及 hsqc 证明这些不是 C-H 峰. 核磁波谱会议时, 都曾经讨论过这个现象. 比较符合化学界思维的说法, 两个峰分别为 DOH 以及 HOH. 不过, 有一些实验不完全支持这种假设, 例如增加 D2O 并进行超声搅拌, 没能转化成 DOH.比较高深的说法, 物理界提出是阻尼效应造成的. 在某种特定而目前未知的条件环境下.

水应该是大家最熟悉不过的物质了，每人每天都需要摄入一定量的水以维持机体代谢所需。人有胖瘦之分，但你知道水也有“轻重之别”吗？只听说要“多喝热水”，那重水又是什么，跟普通的水有什么区别，喝了重水会中毒吗？ 1 重水“重”在哪里？ 一提到重水，人们常常把它与核电站联系起来。没错，重水确实是核电站常用的中子减速剂，但它本身是没有辐射的，外观也几乎与普通的水一模一样。 无论是重水还是普通水，都由氢和氧两种元素组成。普通的水分子相对分子质量为18，而重水分子却是20。重水“重”在哪里？问题就出在氢上。 水分子的结构 氢元素是一个统称，自然界中一共有3种氢，分别为氕、氘、氚，它们互为彼此的同位素。 这三兄弟长得十分相像，都含有一个质子和一个核外电子。它们之间最大的区别就在质量上，氕的质量最小，其次是氘，氚最重。 之所以质量不同，是因为它们的原子核不同，氕的原子核内只有1个质子，没有中子，氘核则由1个质子和1个中子构成，而最重的氚核内有1个质子和2个中子。 普通氢原子及其同位素 日常生活中普通的水由2个氕原子和1个氧原子构成，而核电站用的重水则由2个氘原子和1个氧原子构成，因此重水其实“重”在了氢上。 此外，2个氚原子也可以与1个氧原子结合成更重的水分子，我们管它叫超重水，这种水是有放射性的。 2 重水能喝吗？有没有毒？ 要回答重水有没有毒，我们首先要知道到底什么是“毒”，中毒时人体到底发生了哪些变化？ 常见的有毒化学物质进入肌体后，能与肌体发生一系列生物化学反应，干扰或破坏肌体的正常生理功能，引起暂时性或持久性的病理状态，甚至危及生命。 除此之外，还有些物质会与人体发生更复杂的作用，引起中毒。 当然，剂量也是一个重要的因素，盐、糖，甚至纯净水等一些看似“人畜无害的”物质如果摄入过多也会中毒。 下面我们就来仔细讨论下，重水是否有毒。首先，重水本身并不会向外辐射射线，自然也不会通过电离辐射来对人体造成损害，这就排除了由辐射引起的毒性。 仅从化学反应导致中毒的角度看，如果重水和普通水的化学性质足够地相似，那么它在人体内能发生的化学反应理论上是与普通的水一样的，应该和水一样无害。 如果重水和普通水的化学性质有所不同，那么不同之处很可能就是重水的毒性所在。 讲到这里一些化学小天才可能要抢答了：氕与氘只相差一个中子，核外电子个数完全相同，它们各自与氧结合后形成的水分子的电子个数与分布也是几乎相同的。   化学老师一定讲过，电子结构往往决定了化学性质，因此重水的化学性质应该与水是相同的，所以重水毒性也和水相似，只有极大量饮用才有害。 曾有实验人员用重水配置食物喂养小鼠，一段时间后，小鼠体内的水渐渐被重水取代。 当血浆中的重水含量达到20%时，小鼠就会开始出现皮肤发炎、尾巴坏死的现象；达到30%时，小鼠出现痉挛、昏睡、拒食等症状；达到35%以上时，小鼠开始陆续死亡。 除了小鼠，其他动物和一些植物同样也无法依靠重水生存，根据体内重水浓度的不同，会出现不同程度的中毒症状，甚至死亡。 这一系列实验都指向了一个结论：重水和水的化学性质并不完全相同。 对人体的影响 要知道，对于人来说，水是最重要的物质之一。人体时时刻刻发生着无数生物化学反应，这些反应多数都需要水的参与，且往往伴随着氢原子的转移。 如果把水替换成重水，一些生化反应就可能减慢，甚至慢到如同停滞一般，这样人体正常的生理活动就难以维系，进而表现出中毒的症状，这便是重水导致中毒的原理了。 不过，我们日常喝的水中本身就含有微量的重水，人体也天然含有大约4 mL的重水，这些都不会对健康产生影响。 但是，当喝下的重水足够多时，就很可能对健康造成严重危害。 说到这儿，你有没有灵光一闪！既然重水能抑制生理活动，那么我们能不能用重水来阻碍一种本不该出现在人体内的异常生理活动，即癌细胞的分裂呢？ 正常细胞内的生化反应都能被重水抑制，那么作为生命活动最旺盛、不断分裂的癌细胞，自然首当其冲。 聪明的科学家也想到了这点，试图利用重水来抑制癌细胞分裂和病毒灭活。目前，相关研究仍在进行中，这依然只是一个大胆的猜想，并未在临床得到应用。 来源：数字北京科学中心

常见的稳定同位素包括常规元素的碳13，氮15，氘，氧18等，稳定同位素在不同领域有着广泛的用途。 碳13同位素系的用途 13C同位素用途：应用于核物理、生物学、医学等热值测试标准燃料，标准气，校正气，太阳能电池，非晶硅膜，合成氨、炭黑、甲基化合物等的生产原料；应用于植物生理生化研究、土壤与植物营养研究、植物保护研究、水稻、花卉、农产品等作物的改良研究、草地的氮素循环研究等方面。 氘代同位素系 D同位素用途：用于特种灯泡、核研究、氘核加速器的轰击粒子、示踪剂、低水峰光纤处理；在存储器生产中作为氮化硅和氧氮化硅的钝化薄层；应用于核物理、有机合成、原子吸收光谱、标准气、校正气等；在化学、生物、农业、地质等科研领域作示踪剂及核医学PET诊断试剂；NMR氘代试剂用于固态核磁、动力学研究，通过蛋白质种群的结构、功能等整合技术，包括同位素编码亲和标记方法（ICATTM）、细胞培养中氨基酸稳定同位素标记技术（SILAC）、目标蛋白的绝对定量分析方法（AQUATM）等。 氦3、氧18、氮15同位素   3-He同位素用途：应用于中子探测器、核磁共振追踪、低温物理和实验室研发方面，在超导电磁冷却、军工、医疗、半导体、石化、光电子和激光陀螺等方面也有所应用。 18O同位素用途：化学、生物、农业、地质等科研领域作示踪剂及核医学PET诊断试剂；评价人体能耗量大小，应用于体育科学领域的实验室研究和场地研究； 15N同位素用途：生物标记化合物用于标记多肽合成，用作生物医药示踪剂，主要用于生命科学、农业科学等研究领域；在生态系统污染的监测中，测定的N值作为水域环境污染程度指标。 Kr、Ne、Xe系同位素   Kr系同位素用途：主要应用物理研究、计数管、激光、紫外线源、标准气、特种混合气等；能吸收X射线，可用作X射线工作时的遮光材料；用于制成不需要电能的原子灯； Ne系同位素用途：用于卫星方面的激光陀螺工作气体；应用于各种型号、规格的卫星、飞机、舰船的导航及定位、定向系统。 Xe系同位素用途：氙能引起细胞的麻醉和膨胀，从而使神经末梢作用暂时停止，可作为无副作用的麻醉剂；在原子能工业上，氙气可以用来检验高速粒子、粒子、介子等的存在。