دوتریم اکساید (آب دوتره )

آب دوتره یا دوتریوم اکساید یا آب سنگین (D2O) شکلی از آب است که از دوتریوم و اکسیژن تشکیل شده است. دوتریوم یا هیدروژن سنگین، ایزوتوپی از هیدروژن است که یک هسته متشکل از یک پروتون و یک نوترون بوده و دو برابر جرم هسته هیدروژن معمولی جرم دارد. حضور دوتریوم خواص انمی متفاوتی را در ماده شیمیایی به وجود می آورد.

همچنین افزایش جرم آن، خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی را نسبت به “آب سبک” ایجاد می کند. کاربرد اصلی دوتریوم اکساید (آب سنگین) در راکتورهای آب سنگین است.

دوتریوم اکساید به عنوان کند کننده و سیستم تبادل حرارتی در برخی از انواع راکتورهای هسته ای آب سنگین استفاده می شود.

کاربردهای دیگر دوتریوم اکساید به شرح زیر است:

داروهای دوتره: میزان متابولیسم پایین و نیمه عمر طولانی تر.

صنعت: تولید فیبر نوری و نیمه هادی سیلیکون.

سلامت انسان: مطالعات متابولیک با استفاده از ردیاب دوتریوم اکساید.

نفت و هیدرولوژی: مطالعات با استفاده از ردیاب دوتریوم اکساید.

تحقیقات علمی: تولید محصولات دوتره از جمله حلال های NMR و ترکیبات نشاندار شده با دوتریوم.

فیزیک: آشکارساز نوترینو و توسعه فرایند همجوشی با استفاده از دوتریوم اکساید.

علم بیولوژی: بررسی ویژگی های متابولیکی با استفاده از دوتریوم اکساید.

فیبرهای نوری رفتار متمایز ناشی از اثرات ایزوتوپی و پیوند دوتریوم، کاربردهای بالقوه ای را در حوزه های مختلف صنعتی ایجاد نموده است. با بهره گیری از برخی از تفاوت های اساسی بین هیدروژن و دوتریوم، کاربردهای مختلفی در زمینه فناوری های پیشرفته توسعه یافته است.

الیاف نوری به طور گسترده ای در هنگام انتقال داده ها در فاصله های طولانی و در پهنای باند بالاتر از کابل های مسی معمولی، استفاده می شوند.

جایگزینی هیدروژن با دوتریوم اکساید در کابل های فیبر نوری، سرعت واکنش های شیمیایی را کاهش می دهد که این امر منجر به تشدید انتقال نور شده، ویژگی های شدت و انتقال را بهبود بخشیده و طول عمر کابل را افزایش می دهد.

تولید لامپ های دوتریوم لامپ دوتریوم (یا لامپ با قوس دوتریوم) یک منبع نور تخلیه گاز با فشار کم است که اغلب زمانی که نور ماوراء بنفش ثابت و شدید مورد نیاز است، در طیف سنجی مورد استفاده قرار می گیرد.

این منابع نوری از یک رشته تنگستن گرم بهره می گیرند که قوس الکتریکی را در آنوند ایجاد می کند تا انرژی دوتریوم مولکولی را برای تولید نور مادون قرمز و نور مرئی به کار گیرد. لامپ های قوس به دلیل کارایی بالا در فرابنفش نسبت به خروجی های نسبتا ناچیز نور مرئی و مادون قرمز، مورد توجه هستند.

لامپ های قوس ساخته شده با نور هیدروژن معمولی، طیف ماوراء بنفش بسیار مشابهی را نسبت به دوتریوم تولید می کنند و به عنوان بخشی از طیف سنج های ماوراء بنفش مورد استفاده قرار می گیرند.

با این حال، لامپ هایی که از دوترویم استفاده می کنند طول عمر و شدت بیشتری را در قسمت انتهایی محدوده ماوراء بنفش خود دارند که سه تا پنج برابر بیشتر از یک لامپ معمولی هیدروژنی، در دمای مشابه است.

بنابراین، لامپ های دوتریومی به عنوان یک منبع نور برتر نسبت به چراغ های قوس نور هیدروژن برای طیف ماوراء بنفش موج کوتاه در نظر گرفته می شوند.

بهسازی دستگاه های نیمه هادی دوتریوم اکساید یا آب سنگین، یک فرم هیدروژن خالص طبیعی است که در تولید گاز دوتریوم به کار می رود.

فرمول شیمیایی گاز دوتریوم 2H2 یا D2 است و شکل خالص آن به ندرت در طبیعت دیده می شود. گازهای دوتریوم (D2) و دوتریوم-جایگزین در تولید نیمه هادی های سیلیکونی و میکروچیپ ها از طریق فرآیند تبادل دوتریوم-پروتیوم استفاده می شوند.

فرآیند پخت نیمه رسانا با استفاده از دوتریوم در فشارهای سوپر جوی باعث کاهش اثرات استرس حامل گرم و بهبود ویژگی های عملیاتی می شود. این عمل طول عمر نیمه هادی ها و میکروچیپ ها را به طور چشمگیری افزایش می دهد. این امر باعث می شود که تراشه ها کوچکتر شوند، دارای چگالی بالاتری باشند و چرخه عمر طولانی تری داشته باشند.

طیف سنجی NMR پدیده NMR بر مبنای تعامل هسته ایزوتوپ های اتمی خاص با یک میدان مغناطیسی استاتیک است. کاربرد NMR از این واقعیت ناشی می شود که هسته های متمایز شیمیایی در یک میدان مغناطیسی مشابه، در فرکانس رزونانس، متفاوت هستند. این پدیده به عنوان تغییر شیمیایی (chemical shift) شناخته می شود.

طیف سنج NMR یک ابزار ضروری برای تعیین ساختار مولکولی، مطالعه دینامیک مولکولی و توصیف ویژگی های مواد در سطح مولکولی، توسط شیمیدانان، فیزیکدانان و زیست شناسان مولکولی است. دوتریوم اکساید (D2O) در طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای در هنگام استفاده از آب به عنوان حلال در صورتی که هسته مورد نظر هیدروژن باشد، مورد استفاده قرار می گیرد.

دلیل این امر این است که سیگنال مولکول های حلال آب سبک، با مشاهده سیگنالی از مولکول مورد نظر حل شده در آن، دچار تداخل می شود. استفاده فارماکولوژیک – داروهای دوتره دوتریوم اکساید یا آب سنگین به طور گسترده ای در مطالعات متابولیسم داروها در انسان و دیگر حیوانات استفاده می شود. دوتریوم موجود در اکسید دوتریوم (D2O)می تواند به طور مستقیم به ترکیبات به ترکیبات نهایی دارویی منتقل گردد.

داروی حاوی دوتریوم یا دارویا دوتره نوعی دارو است که یک یا چند اتم هیدروژن آن با اتم های دوتریوم جایگزین می شوند. مطالعات متابولیک نشان داده است که متابولیسم کندتر داروهای حاوی دوتریوم اغلب این امکان را فراهم می کند که اثرات دارو طولانی مدت تر شده، به دوزهای کوچکتر یا با تناوب کمتر دارو نیاز گردد و عوارض جانبی دارو نیز کاهش یابد.

در آوریل 2017، اداره غذا و داروی آمریکا (FDA)نخستین داروی دوتره با نام AUSTEDO که توسط شرکت Teva تولید شده است (که قبلا SD-809 نامیده می شود) را تایید کرد. داروی Austedo برای درمان کوریا و حرکات ناخواسته ای که با بیماری هانتینگتون همراه است، توسعه یافت.

نفت و هیدرولوژی- مطالعات نفوذ به مغزه با استفاده از ردیاب دوتریوم اکساید هدف اصلی عملیات مغزه گیری این است که اطلاعات دقیقی را در مورد مخزن نفت بدست آوریم. پارامترهایی مانند ترکیب نفت و آب، میزان اشباع شدگی یک مخزن را تعیین می کنند. اطلاعات مربوط به مخزن با تجزیه و تحلیل مغزه ها و نمونه های جمع آوری شده مورد ارزیابی قرار می گیرند.

جهت آشنایی با سایر مواد شیمیایی مورد نیاز در آزمایشگاهها اینجا کلیلک کنید