Carbon-13

Phát hiện bằng khối phổ

Phổ khối của một hợp chất hữu cơ thường sẽ chứa một đỉnh nhỏ của một đơn vị khối lượng lớn hơn đỉnh ion phân tử rõ ràng (M) của toàn bộ phân tử. Đây được gọi là đỉnh M + 1 và đến từ một số ít các phân tử có chứa nguyên tử ¹³ C thay cho ¹² C. Một phân tử chứa một nguyên tử carbon sẽ có đỉnh M + 1 xấp xỉ 1,1% kích thước của đỉnh M, vì 1,1% phân tử sẽ có ¹³ C thay vì <sup id="mwFA">12</sup> C. Tương tự, một phân tử chứa hai nguyên tử carbon sẽ có đỉnh M + 1 xấp xỉ 2,2% kích thước của đỉnh M, vì có khả năng gấp đôi khả năng trước đó là bất kỳ phân tử nào cũng chứa nguyên tử ¹³ C.
Ở trên, toán học và hóa học đã được đơn giản hóa, tuy nhiên nó có thể được sử dụng hiệu quả để đưa ra số lượng nguyên tử carbon cho các phân tử hữu cơ cỡ nhỏ đến trung bình. Trong công thức sau, kết quả phải được làm tròn đến số nguyên gần nhất:

 </mi><mo>  </mo><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mfrac><mrow><mn>  </mn><mi>  </mi></mrow><mrow><mn>  </mn><mi>  </mi></mrow></mfrac></mrow></mstyle></mrow> </math>   </img> 
C = số nguyên tử C X = biên độ của đỉnh M ion Y = biên độ của đỉnh M + 1 ion
¹³C được sử dụng trong nghiên cứu các quá trình trao đổi chất bằng phương pháp phổ khối. Các hợp chất như vậy là an toàn vì chúng không phóng xạ. Ngoài ra, ¹³ C được sử dụng để định lượng protein (định lượng protein). Một ứng dụng quan trọng là trong "Ghi nhãn đồng vị ổn định với các axit amin trong nuôi cấy tế bào" (SILAC). ¹³ hợp chất giàu C được sử dụng trong các xét nghiệm chẩn đoán y tế như xét nghiệm hơi thở urê. Phân tích trong các thử nghiệm này thường là tỷ lệ ¹³ C đến ¹² C bằng phép đo phổ khối tỷ lệ đồng vị.
Tỷ lệ ¹³ C đến ¹² C cao hơn một chút ở các nhà máy sử dụng cố định carbon C4 so với các nhà máy sử dụng cố định carbon C3. Do các tỷ lệ đồng vị khác nhau của hai loại thực vật truyền qua chuỗi thức ăn, nên có thể xác định xem chế độ ăn chính của người hay động vật khác bao gồm chủ yếu là thực vật C3 hay thực vật C4 bằng cách đo dấu hiệu đồng vị của collagen và các loại mô khác. Cố tình tăng tỷ lệ ¹³ C trong chế độ ăn uống là khái niệm về thực phẩm i, một cách được đề xuất để tăng tuổi thọ.

Sử dụng trong khoa học

Do sự hấp thụ khác biệt trong thực vật cũng như cacbonat biển ¹³ C, có thể sử dụng các dấu hiệu đồng vị này trong khoa học trái đất. Các quá trình sinh học ưu tiên chiếm các đồng vị khối lượng thấp hơn thông qua phân đoạn động học. Trong địa hóa học nước, bằng cách phân tích giá trị δ <sup id="mwOA">13</sup> C của vật liệu carbonate được tìm thấy trong nước mặt và nước ngầm, có thể xác định được nguồn nước. Điều này là do các giá trị δ ¹³ C trong khí quyển, carbonate và thực vật đều khác nhau theo tiêu chuẩn Pee Dee Belemnite (PDB). Trong sinh học, tỷ lệ đồng vị carbon-13 và carbon-12 trong các mô thực vật là khác nhau tùy thuộc vào loại quang hợp của thực vật và ví dụ, điều này có thể được sử dụng để xác định loại thực vật nào được động vật tiêu thụ. Trong địa chất, tỷ lệ ¹³ C / ¹² C được sử dụng để xác định lớp trong đá trầm tích được tạo ra tại thời điểm tuyệt chủng Permi 252 Mya khi tỷ lệ thay đổi đột ngột 1%. Thông tin thêm về việc sử dụng tỷ lệ ¹³ C / ¹² C trong khoa học có thể được tìm thấy trong bài viết về dấu hiệu đẳng hướng.
Carbon-13 có số lượng tử spin không bằng 1/2, và do đó cho phép nghiên cứu cấu trúc của các chất có chứa carbon bằng cách sử dụng cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13.