Enrichissement isotopique

Les produits chimiques organiques et biochimiques sont le plus souvent composés d’hydrogène, de carbone, d’oxygène et d’azote. Pour ces éléments, les isotopes moins abondants, c’est-à-dire le carbone 13 (1,1%), le deutérium (0,01%), l’azote 15 (0,36%) et l’oxygène 18 (0,2%), existent dans toute la nature. 

La pratique courante dans le domaine des isotopes stables est de rapporter l’enrichissement isotopique de l’isotope stable dans une molécule donnée. Les exemples incluent le D₂O (99,8%), l’iodure de méthyle (D₃, 99,5%) et l’acide acétique (¹³C₂, 99%). 

Enrichissement isotopiqueest la fraction molaire de l’isotope exprimée en pourcentage. L’enrichissement isotopique fait référence à des sites spécifiques dans la molécule et sont donc spécifiques au site; Cependant, l’enrichissement isotopique peut être rapporté comme une valeur globale pour les composés ayant plus d’un site marqué. L’enrichissement isotopique ne doit pas être confondu avec l’abondance des espèces, qui est le pourcentage de molécules ayant la même composition isotopique. Par exemple, l’iodure de méthyle (D₃, 99,5%) ne signifie pas que 99,5% des molécules sont du méthyl-D₃. En fait, une molécule marquée D₃ à 99,5% d’enrichissement signifie que 98,5% des molécules seront les espèces CD₃ et 1,5% seront CD₂H.

Pour les composés deutérés, L’abondance des espèces pour chaque isotopologue peut être calculée à l’aide d’une expansion binomiale si l’enrichissement isotopique est connu et supposé équivalent pour tous les sites étiquetés.* Veuillez vous référer à la figure 1 (voir brochure), qui illustre l’utilisation du triangle de Pascal pour calculer l’abondance des espèces pour les molécules contenant jusqu’à six deutérons (par exemple, D). D est défini comme l’enrichissement isotopique fractionné pour le deutérium (p. ex., le pourcentage d’enrichissement isotopique divisé par 100), et H est l’abondance fractionnelle pour l’hydrogène (p. ex., H=1-D). Par exemple, pour déterminer l’abondance des espèces pour une molécule D₃ à 99% d’enrichissement, on se référerait à la rangée identifiée à gauche comme « D3 », qui montre les isotopologues possibles d’une molécule D₃ (par exemple, D₃, D₂H, DH₂ et H₃), avec l’abondance calculée des espèces indiquée directement ci-dessous. Par exemple, l’abondance fractionnelle des espèces de l’isotopologue D₂H à un enrichissement isotopique de 99% serait de 3(0,99)²(0,01) = 0,0294, ce qui convertit en un pourcentage d’abondance d’espèces de 2,94%.

Pour illustrer cette relation, les tableaux suivants (voir brochure) montrent l’abondance réelle des espèces pour les molécules contenant un à neuf atomes de deutérium à divers enrichissements. Ces relations sont valides avec d’autres isotopes stables, tels que ¹³C, ¹⁵N, etc. Les abondances d’espèces dans les tableaux ont été calculées à partir de l’enrichissement isotopique par l’utilisation d’un développement polynomial, en supposant une distribution aléatoire. 

*Dans de rares cas, les valeurs d’abondance des espèces présentées peuvent différer de celles présentes dans les composés authentiques multi-marqués parce que l’enrichissement isotopique peut ne pas être équivalent pour tous les sites marqués en raison du procédé de fabrication. 

Enrichissement isotopique et abondance des espèces