氧化氘又称“重水”或“氘水”，是氧与氢的重同位素即氘的化合物。它被称为重水，因为它的密度大于 H2O，其化学式为 D2O。氘在其原子核中包含一个中子和一个质子，这使其重量是仅包含一个质子的氚（氢）的两倍。氧化氘在常温常压下为无色无味液体。与普通水相比，其化学特性相对不活泼，比重为1.10775（25℃），熔点/凝固点为3.82℃，沸点为101.42℃。重水分子之间的氢键强度和缔合程度都比普通水分子强。1991年生产的D2O量约为3万吨1 . 地球上 H2O 中 D2O 的浓度为 150-200 ppm。据推测，火星极地冠层2的冰中的 D2O 含量要丰富得多。
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氧化氘的起源
大多数在地球上发现的氘（重氢）被认为是在大爆炸后约 10 分钟形成的，以及目前在宇宙中发现的其他非常轻的同位素。最近，也就是 25 亿年前，地球上的大部分氘原子都融入了水分子中。由氘同位素组成的一小部分天然氢（仅占所有氢同位素的 0.015%），现在最常见的是以 HDO 分子的形式存在。从那时起，氘继续以这种形式最常见，最终在 1931 年被科学家发现为重水。
美国化学家 Harold C. Urey 与他的同事 Ferdinand G. Brickwedde 和 George M. Murphy 于 1931 年发现了氘。由于这一发现，他于 1934 年获得了诺贝尔化学奖。自从最初发现氘以来，氘的许多变体和形式该物质已被创造和发现，例如氧化氘。
Isowater's® 创始人兼首席执行官 Andrew TB Stuart 的祖父 Alexander T. Stuart 在加利福尼亚州圣卡洛斯建造了一个电解水设施，该设施后来在 1930 年代成为美国政府的氘浓缩场所。
纯重水 D2O 是氢重稳定同位素氘的氧化物，用符号 2H 或 D 表示。在物理和化学上它几乎与普通的“轻”水 H2O 相同，但其密度为 10%更高。正是这种更高的密度给了这种化合物的绰号，“重水”。
氧化氘用途
重水 (D2O) 的生物医学应用
D 2 O 是最早在 1932 年由 Harold Urey 发现后不久用于代谢研究的同位素示踪剂之一，Schoenheimer、Rittenberg 和 Ussing 的开创性工作证明了 D 2 O 中的氘被纳入许多代谢池4。一旦被引入细胞池，D 2 O 就会在所有身体水分中平衡，并通过与水有关的缩合/水解反应结合到代谢物中；至关重要的是，这以持续且可预测的方式发生5. 通常，每公斤人体吞咽 0.1 毫升水，即成人 5-7 毫升。这会使血液中的 D2O 含量从 150 ppm 增加到约 300 ppm，随后会降低到正常水平，半衰期为几天。许多此类测试6,7没有报告任何不利影响。使用适当的 D2O 剂量，可以测量各种代谢过程，从氘化前体的合成到随后将其掺入聚合物中，例如，氘化丙氨酸转化为蛋白质，葡萄糖转化为糖原，脂肪酸转化为甘油三酯，以及核糖部分转化为核酸4. 为了达到体内水分 10% 的水平（可能有毒也可能没有毒性），一个 70 公斤重的人（大约 50 升体内水分）必须快速饮用 5 升纯 D 2 O。这似乎不太可能发生无论是有意还是无意。研究发现，人体体液中的 D2O 浓度高达 23%，在短时间内没有毒性8。由于氘和碳之间的键强度比氢9强 10 倍，因此会抑制酶活性，因此高剂量和长时间暴露对真核生物是有毒的。D 2 O 对原核生物的毒性远低于对真核生物的毒性。经过一段时间的适应，一些细菌和藻类可以在纯 D2O 中生长，但通常比 H 2 O 10慢. 氧化氘也用于药理学，其中 H/D 取代增加了药剂的半衰期，通常有利于影响药物11,12的药代动力学。氘化形式的药物通常与质子化形式具有不同的作用。一些氘代药物显示出不同的运输过程。氘化还可能改变药物代谢途径（代谢转换）。新陈代谢的改变可能会导致作用持续时间增加和毒性降低11,12。
D2O的电子行业应用。
光学发光二极管 (OLED)
氢/氘初级动力学同位素效应提供了有关 OLED 材料降解机制的有用信息。因此，用 C-D 键替换 OLED 中不稳定的 C-H 键可以将器件寿命提高五倍，而不会降低效率13。
光纤
在光纤中，从 D 2 O 中提取并沉积到 Si 中的氘通过将它们转移到 1620 nm 波长（超出正常工作范围14,15）来降低吸收损耗，从而将光纤的使用寿命和效率提高几倍16。
其他应用。
氧化氘通常用于重水电解过程，以生产半导体工业必不可少的氘气。例如，在金属氧化物半导体晶体管中，由于同位素动力学效应，用氘代替氢可大大降低热电子降解效应。据报道，晶体管寿命提高了 10-50 倍17。氧化氘还用作水文学、生态学、昆虫学、采矿业和其他情况下的非放射性示踪剂，当追踪研究必不可少但放射性同位素的使用不适用18-20。
结论
在当代研究中，D 2 O 提供了创建更全面的体内代谢表型图片的机会，为临床应用和新兴的个性化医疗9领域的开发提供了独特的平台。D 2 O 可以在不冷藏的情况下长时间保持疫苗（包括脊髓灰质炎疫苗）的稳定性21。在高科技和电子工业中，氧化氘可提高 OLED 的寿命和性能，并提高光纤的使用寿命和效率。
参考
- Miller, AI 和 van Alstyne, HM 重水：CANDU 独特且必不可少的组成部分。加拿大原子能有限公司，AECL（报告）（1994 年）。
- Krasnopolsky, V. 关于火星上的氘丰度和一些相关问题。伊卡洛斯 (2000)。doi:10.1006/icar.2000.6534
- Urey, HC, Brickwedde, FG & Murphy, GM 质量为 2 的氢同位素及其浓度。物理。牧师（1932 年）。doi:10.1103/PhysRev.40.1
- Wilkinson, DJ 研究哺乳动物蛋白质代谢的历史和当代稳定同位素示踪方法。质谱评论（2018 年）。doi:10.1002/mas.21507
- Brook, MS, Wilkinson, DJ, Atherton, PJ & Smith, K. 测量底物周转率的氧化氘示踪剂方法的最新进展：对蛋白质、脂质和核酸研究的影响。临床营养和代谢护理的最新观点（2017 年）。doi:10.1097/MCO.0000000000000392
- Coward, WA, Whitehead, RG, Sawyer, MB, Prentice, AM & Evans, J. 测量母乳喂养婴儿母乳摄入量的新方法。柳叶刀（1979）。doi:10.1016/S0140-6736(79)90177-6
- Baum, D., Dobbing, J. & Coward, WA DEUTERIUM 方法测量婴儿的牛奶摄入量。柳叶刀（1979）。doi:10.1016/S0140-6736(79)90327-1
- Wallace, SA, Mathur, JN & Allen, BJ 重水对中子俘获疗法硼需求的影响。医学。物理。(1995)。doi:10.1118/1.597585
- Kushner, DJ, Baker, A. & Dunstall, TG 重水和氘代化合物的药理学用途和前景。能。J.生理学。药学。(1999)。doi:10.1139/y99-005
- Unno，K. 等。由于氘化，椭圆小球藻 c-27 的生长延迟和细胞内变化。植物细胞生理学。(1992)。
- Kushner, DJ, Baker, A. & Dunstall, TG 重水和氘代化合物的药理学用途和前景。加拿大生理学和药理学杂志（1999 年）。doi:10.1139/y99-005
- 夏尔马，R. 等。氘同位素对药物药代动力学的影响。I. 醛氧化酶清除药物特异性氘化的系统依赖性作用。药物代谢。处置 (2012)。doi:10.1124/dmd.111.042770
- Tsuji, H.、Mitsui, C. 和 Nakamura, E。主体材料的氢/氘同位素对有机发光二极管寿命的影响。化学 社区。(2014)。doi:10.1039/c4cc05108d
- Chang, KH 碱杂质和掺锗石英光纤中的长波长氢致老化损耗。在光纤通信会议，技术文摘系列（2005 年）。doi:10.1109/ofc.2005.192994
- Chang, KH 碱杂质和掺锗石英光纤中的长波长氢致老化损耗。在光学信息库会议论文 (2005) 中。
- Koike, Y. & Koike, K. 低损耗和高带宽塑料光纤的进展。高分子科学杂志，B 部分：高分子物理学（2011 年）。doi:10.1002/polb.22170
- Lyding, JW, Hess, K. & Kizilyalli，IC 通过氘处理减少金属氧化物半导体晶体管中的热电子降解。应用程序 物理。莱特。(1996)。doi:10.1063/1.116172
- Calder, IR, Narayanswamy, MN, Srinivasalu, NV, Darling, WG & Lardner, AJ 使用氘作为示踪剂测量桉树蒸腾作用的调查。J. 水力。(1986)。doi:10.1016/0022-1694(86)90132-0
- Dugas, WA, Wallace, JS, Allen, SJ & Roberts, JM 盆栽树蒸腾作用的热平衡、气孔计和氘估计。农业。为了。气象。(1993)。doi:10.1016/0168-1923(93)90093-W
- Whitfield, CJ、Aherne, J. & Baulch, HM 对爱尔兰多混性源湖中温室气体浓度的控制。科学。总环境。(2011)。doi:10.1016/j.scitotenv.2011.09.045
- Wu, R. 等。重水 (D2O) 对活病毒疫苗的热稳定性。疫苗（1995）。doi:10.1016/0264-410X(95)00068-C
什么是氘？
水和氧化氘（重水）的物理性质在几个方面有所不同。例如，在给定温度下，重水比轻水的离解程度低。同样，在相同温度下，对于轻水样品，D+ 离子的真实浓度低于 H+ 离子。比较 OD− 与 OH− 离子时也是如此。对于重水，Kw D2O (25.0 °C) = 1.35 × 10−15，对于中性水，[D+] 必须等于 [OD−]。因此 pKw D2O = p[OD−] + p[D+] = 7.44 + 7.44 = 14.87 (25.0 °C)，中性重水在 25.0 °C 时的 p[D+] 为 7.44。
重水的 pD 通常使用 pH 电极测量，给出 pH（表观）值或 pHa，并且在不同温度下，真正的酸性 pD 可以通过直接测量 pHa 的 pH 计估算，例如 pD+ = pHa（表观读数来自pH计）+ 0.41。对于重水，碱性条件的电极校正为 0.456。碱性修正为 pD+ = PHa（pH 计的表观读数）+ 0.456。这些修正与重水中相应的 p[D+] 和 p[OD-] 的差异为 0.44 略有不同。
重水氧化氘
重水的密度比普通水高 10.6%，如果将冷冻样品放入普通水中，重水的物理性质不同，无需设备即可看到，因为它会下沉。如果水是冰冷的，也可以观察到重冰的较高融化温度：它在 3.7 °C 时融化，因此在冰冷的普通水中不会融化。