氧-18是氧元素的稳定同位素，由8个质子和10个中子构成，氧-18主要作为同位素示踪剂应用于化学、医学、环境科学及地质学等领域。自然界中氧-18的天然丰度为0.204%，需通过精密分离装置进行近千次分离富集才能提取。医学领域利用氧-18进行药物代谢示踪、双标记水能量代谢检测及PET显像剂制备。双标记水技术通过摄入含氘和氧-18的水，分析同位素代谢速率测定人体能量消耗，运动员在持续多日的比赛中最高日消耗能量达9000卡路里。
图1 氧-18组成的氧气化学结构式
基本介绍
在自然界中，氧元素以三种稳定的同位素形式存在，分别为氧-16、氧-17和氧-18，其中氧-16在天然丰度中占据绝对优势，而氧-18则极为稀少。氧-18气体是由两个氧-18原子（每个原子含8个质子和10个中子）结合形成的双原子分子，其化学形式与普通氧气高度相似，但由于氧-18的原子质量更大，因此在物理性质上表现出细微差异：标准状况下，氧-18的密度约为1.977 g/L（普通氧气约为1.429 g/L），其沸点约为-182.72 °C（普通氧气约为-183 °C），熔点约为-218.4 °C（普通氧气约为-218.8 °C）。与普通氧气相比，氧-18具有更多独特的应用价值，这主要归功于其优异的可追踪性。氧-18能够通过同位素比质谱仪（IRMS）、激光光谱法等先进分析技术进行精准检测，甚至可以量化其在混合物中的丰度，这种“可追踪性”正是氧-18区别于普通氧气、并使其成为多个核心应用领域关键载体的本质原因。正是凭借这一特性，氧-18在科学研究和工业应用中展现出不可替代的重要地位。
检测高丰度氧-18水
研究人员报道了一种高丰度氧-18水纯度检测技术，尤其涉及高丰度氧-18水的纯度检测方法。氧-18水的检测过程首先需要进行样品制备（S1），同时将无水硫酸铜烘干备用（S2）；随后启动真空系统（S3），将0.2～0.6 g烘干后的无水硫酸铜装入电解池中，插入正负电极并塞好活塞，启动真空泵对系统抽真空，然后转动活塞阀以切断与真空泵的连接，使电解池与气体采集装置连通，并向其中注入0.1～0.3 mL已制备好的重氧水样品；最后进行电解（S4），收集电解产生的气体用于分析。该方法能够对高丰度（≥95%）氧-18水中氧-18的同位素丰度进行精准检测，且样品用量少、数据准确性高，同时电解过程中不产生其他气体杂质，因此氧-18的检测结果不受干扰，可有效保证高丰度氧-18水纯度分析的真实性和可靠性。[1]
应用
氧-18是制备放射性核素氟-18的关键起始原料，而氟-18作为正电子发射断层显像（PET）中常用的放射性标记物，被广泛用于制备临床显像药物18F-FDG。在环境科学研究领域，氧-18以稳定同位素示踪剂的形式应用于地下水稀释扩散速率的监测工作中。此外，在生产氧-18过程中联产得到的低氘水，可通过模拟自然蒸发冷凝的工艺将普通水中约150 ppm的氘含量有效降低至25 ppm以下。
医药学
在医药学领域，氧-18是示踪人体生理过程的重要基础材料，其应用主要体现在三个方面。第一，在药物研究中，氧-18可作为稳定的同位素标记物，由于氧元素是大多数药物分子结构中的必需组成，因此采用氧-18替代普通氧进行同位素示踪，能够灵敏、准确且快速地揭示药物在机体内的分布规律、代谢途径及动力学行为，这种示踪研究对于新药开发不可或缺，同时也对指导药物在人体内的临床应用具有重要意义。第二，在能量代谢研究方面，由氧-18与氢组成的氧-18水（化学式为H₂¹⁸O）被广泛应用于双标记水技术（DLW），即氢氧双重同位素示踪法，通过在人或动物体内给予一定剂量的氘（²H）和氧-18双标记水后，取样测定排出体外的同位素消除速率，即可准确评估能量代谢状态，该技术已在运动医学、儿童营养、食品营养学、减肥研究及宇航员饮食调配等领域得到广泛应用，并展现出良好的发展前景。第三，自1990年以来兴起的正电子发射断层显像（PET）技术，使得氧-18的应用获得了前所未有的拓展，与CT、核磁共振等从形态学角度进行诊断的成像技术相比，PET能够从分子水平提供病变的功能、代谢或受体结合等信息，被誉为“活体生化显像”，且由于疾病的生化改变往往早于形态学变化，PET技术在肿瘤、冠心病及脑部疾病的早期诊断方面具有更灵敏、更准确的优势，而PET显像剂中90%以上依赖于氟-18，氧-18正是作为靶材在加速器中经质子轰击生成氟-18的关键原料，因此作为正电子发射靶材已成为氧-18最重要的应用方向之一。
环境科学和水文地质学
在环境科学和水文地质学领域，氧-18以重氧水形式作为地表水和地下水的示踪剂，是一项新兴的实用技术。该技术采用简单的稀释法，即在测定点注入一定量的重氧水，然后在其下游不同位置取样分析，通过测定水样中氧-18含量的变化，可以获得示踪剂从原点向四周扩散的速率、范围和分布等数据，从而得出相关水文地质结论。氧-18作为稳定同位素示踪剂具有显著优势，因为重氧水不会与水环境中的任何组分发生化学反应，仅与被测水体发生物理混合，不干扰原有水文系统，且其总费用远低于其他常规测定方法，具有很高的推广应用价值。
参考文献
[1] 王绪强.高丰度氧-18水的纯度检测方法:CN202111062111.1[P].