同位素的應用（Applications of isotopes）

同位素的應用（Applications of isotopes）
國立中山大學董騰元教授責任編輯

同位素的應用（Applications of isotopes） 可利用一個指定的元素的各式各樣的同位素來做以下幾種應用：

一、化學和生物性質的應用
1.同位素分析（isotope analysis）可以用來決定在某一個特殊樣品中，被指定元素之同位素相對豐脊 的程度，此即為同位素訊號（isotopic signature）【又稱同位素指紋（isotopic fingerprint）】。在 生物活動所產生的物質中，特別是C的同位素的變異最為明顯, 另外N 和O也可能發生。

分析這樣的變異，其應用範圍是非常廣泛的，例如：攙假食品的偵防、和源自火星之隕石的查證【根據其內含氣體的同位素訊號追蹤】

2.另一應用是同位素標記（isotopic labeling）。 在化學反應中，可利用特殊的同位素作為追蹤者或標誌。
通常, 一個指定的元素的原子是很難彼此區分的，但是，由使用不同質量數之同位素, 它們可能由質譜術（mass spectrometry）或紅外光譜學（infrared spectroscopy）加以區別。如果放射性同位素被使用, 它們可能會由它們所散發出的放射線而被偵測出來【這就是所謂的放射性同位素標記法（radioisotopic labeling）】。

3.與放射性同位素標記技術相似的是放射性定年法（radiometric dating），使用一個不穩定的元素的已知的半生期, 你可能計算出流逝了的時間，廣泛已知的例子，是利用放射性碳定年法來確定碳質材料的年齡。例如：當動植物死亡後，由於體內的C-14無法獲得補充，C-14和C-12的比率因不斷地放射衰變而降低，所以，只要檢測出C-14和C-12的比率即可推算出古物的年代。

4. 放射性同位素在醫學上也可作為醫療之用途：如P-32可治療海綿狀血管瘤；Co-60可為癌症病患作放射線治療等……

5. 經由同位素效應之動力學（kinetic isotope effect）理論，可使用同位素置換法（Isotopic substitution） 來決定某些化學反應 的反應機構。

二、原子核性質的應用
1.有幾種光譜學的成形須依賴特定同位素的獨特核性質：例如, 核磁共振(nuclear magnetic resonance) 光譜【NMR】只能使用具有非零核旋轉（nonzero nuclear spin）的同位素，其中最常見的同位素有1H、 2D、15N、13C和 31P 。

2.核能和核武器發展要求相對地很大數量的特殊同位素，放射性核種就有此重要用途。同位素分離的過程代表一個重大的技術挑 戰, 而且重的元素：譬如鈾（uranium）或鈽（plutonium）, 會比輕的元素：譬如氫、鋰、碳、氮氣和氧氣，其分離過程更為困難。較輕的元素藉由它們的化合物（CO 和NO）的氣體擴散而分離；鈾同位素藉由氣體擴散、氣體離心法和雷射游離而分離。