做同位素示踪的课题组,经常在选型时卡在一个问题上:甲烷-D4和甲烷-13C到底买哪个?两者都是标记甲烷,分子式仅仅只差几个中子。
先看分子层面。碳13甲烷是¹³CH₄,氘代甲烷-D4是CD₄,还有一种双标产品¹³CD₄,碳和四个氢都标,专门给高精度仪器内标用。
第一个关键区别,是标记位点在碳还是在氢。这个区别决定了它能不能进生物体系。用氘代甲烷做长期培养实验,氘会慢慢”漏”到水里去,生物量里测到的氘丰度越来越低,数据不可靠。而碳始终锁在碳骨架上,所以只要实验目标是追踪碳流、看微生物吃了多少甲烷、甲烷碳去了哪个碳库,几乎都选碳13甲烷,不选氘代甲烷。
第二个区别,大气和土壤里天然甲烷的¹³C丰度约1.1%,不算特别低;而氘的天然丰度只有约0.015%。这意味着氘代甲烷投进大气环境后,本底信号几乎为零,质谱上投多少测多少,信噪比极高。所以做长距离大气扩散示踪、城市泄漏追踪、核电站周边应急扩散实验,氘代甲烷是首选——不到100克的示踪能力就能和居里量级的放射性氪-85打平。

第三个区别,由于质谱要把标记气体和天然甲烷完全分开,偏移越大分得越干净。碳13甲烷只偏移1个道尔顿,需要高分辨质谱或CRDS才能分清楚。氘代甲烷偏移8个道尔顿,在低分辨质谱上也不会和天然丰度甲烷、单标记峰重叠,做同位素内标,就要保证必须在任何质谱条件下都不和样品峰重合。
做微生物培养、DNA-SIP、PLFA-SIP、土壤碳循环、甲烷氧化菌鉴定、甲烷氧化碳汇定量——首选碳13甲烷。这些实验的核心是追踪碳在生物体系里的流向,氢会交换,碳不会。
而做大气扩散示踪、长距离污染团追踪、城市燃气泄漏羽流圈定、工程现场双示踪——要选氘代甲烷。这些场景本底干净比什么都重要,投一点就测得到。
做氘代药物合成、氘代甲基化试剂制备——那么氘代甲烷是最上游的C1氘代砌块,价格也比碳13甲烷更便宜。
但如果说是做¹³C标记的药物合成、¹³C代谢示踪——那么只能选择碳13甲烷。
价格上,氘代甲烷普遍比碳13甲烷便宜。氘主要来自重水,工业电解规模大;¹³C靠低温分离一氧化碳或甲烷,能耗高。尚澜气体有着大量的碳13甲烷还有氘代甲烷库存,价格也比较便宜,1L装99 atom%的进口CD₄大约两千到三千元人民币,¹³CH₄则要四千到五千。



