Enriquecimiento isotópico

Los productos químicos orgánicos y bioquímicos se componen con mayor frecuencia de hidrógeno, carbono, oxígeno y nitrógeno. Para esos elementos, los isótopos menos abundantes, es decir, carbono-13 (1,1%), deuterio (0,01%), nitrógeno-15 (0,36%) y oxígeno-18 (0,2%), existen en toda la naturaleza. 

La práctica estándar en el campo de isótopos estables es informar el enriquecimiento isotópico del isótopo estable en cualquier molécula dada. Los ejemplos incluyen D₂O (99,8%), yoduro de metilo (D₃, 99,5%) y ácido acético (¹³C₂, 99%). 

Enriquecimiento isotópicoes la fracción molar del isótopo expresada como porcentaje. El enriquecimiento isotópico se refiere a sitios específicos dentro de la molécula y, por lo tanto, son específicos del sitio; Sin embargo, el enriquecimiento isotópico puede ser reportado como un valor agregado para compuestos con más de un sitio marcado. El enriquecimiento isotópico no debe confundirse con la abundancia de especies, que es el porcentaje de moléculas con la misma composición isotópica. Por ejemplo, yoduro de metilo (D₃, 99,5%) no significa que el 99,5% de las moléculas sean metil-D₃. De hecho, una molécula marcada con D₃ con un enriquecimiento del 99,5% significa que el 98,5% de las moléculas serán las especies CD₃ y el 1,5% serán CD₂H.

Para los compuestos deuterados, la abundancia de especies para cada isótopologo se puede calcular utilizando una expansión binomial si se conoce el enriquecimiento de isótopos y se supone que es equivalente para todos los sitios etiquetados.* Consulte la Figura 1 (ver folleto), que ilustra el uso del triángulo de Pascal para calcular la abundancia de especies para moléculas que contienen hasta seis deuterones (por ejemplo, D). D se define como el enriquecimiento isotópico fraccional para el deuterio (por ejemplo, el porcentaje de enriquecimiento isotópico dividido por 100), y H es la abundancia fraccional para el hidrógeno (por ejemplo, H = 1-D). Por ejemplo, para determinar las abundancias de especies para una molécula D₃ con un enriquecimiento del 99%, uno se referiría a la fila identificada a la izquierda como "D3", que muestra los posibles isotopólogos de una molécula D₃ (por ejemplo, D₃, D₂H, DH₂ y H₃), con la abundancia de especies calculada enumerada directamente debajo. Por ejemplo, la abundancia fraccional de especies del isotopólogo D₂H a un enriquecimiento isotópico del 99% sería 3(0.99)²(0.01)=0.0294 que se convierte en un porcentaje de abundancia de especies de 2,94%.

Para ilustrar esta relación, las siguientes tablas (ver folleto) muestran la abundancia real de especies de moléculas que contienen de uno a nueve átomos de deuterio en varios enriquecimientos. Estas relaciones son válidas con otros isótopos estables, como ¹³C, ¹⁵N, etc. Las abundancias de especies en las tablas se calcularon a partir del enriquecimiento isotópico mediante el uso de una expansión polinómica, asumiendo distribución aleatoria. 

*En casos raros, los valores de abundancia de especies presentados pueden diferir de los presentes en compuestos auténticos y multimarcados porque el enriquecimiento isotópico puede no ser equivalente para todos los sitios etiquetados debido al proceso de fabricación. 

Enriquecimiento isotópico y abundancia de especies