Isótopos de iodo - Isotopes of iodine

Existem 37 isótopos conhecidos de iodo ( ₅₃ I) de ¹⁰⁸ I a ¹⁴⁴ I; todos sofrem decaimento radioativo, exceto ¹²⁷ I, que é estável. O iodo é, portanto, um elemento monoisotópico .

Seu isótopo radioativo de vida mais longa , ¹²⁹ I, tem meia-vida de 15,7 milhões de anos, o que é muito curto para existir como um nuclídeo primordial . Fontes cosmogênicas de ¹²⁹ I produzem quantidades muito pequenas dele que são muito pequenas para afetar as medições de peso atômico; o iodo é, portanto, também um elemento mononuclídico - encontrado na natureza apenas como um único nuclídeo. A maior parte da radioatividade derivada de ¹²⁹ I na Terra é produzida pelo homem, um subproduto indesejado de longa duração dos primeiros testes nucleares e acidentes de fissão nuclear.

Todos os outros radioisótopos de iodo têm meia-vida inferior a 60 dias, e quatro deles são usados ​​como traçadores e agentes terapêuticos na medicina. Estes são ¹²³ I, ¹²⁴ I, ¹²⁵ I e ¹³¹ I. Toda a produção industrial de isótopos de iodo radioativo envolve esses quatro radionuclídeos úteis.

O isótopo ¹³⁵ I tem meia-vida inferior a sete horas, o que é curto demais para ser usado em biologia. A produção in situ inevitável desse isótopo é importante no controle do reator nuclear, pois ele decai para ¹³⁵ Xe, o mais poderoso absorvedor de nêutrons conhecido , e o nuclídeo responsável pelo chamado fenômeno do poço de iodo .

Além da produção comercial, ¹³¹ I (meia-vida de 8 dias) é um dos produtos de fissão radioativos comuns da fissão nuclear e, portanto, é produzido inadvertidamente em grandes quantidades dentro de reatores nucleares . Devido à sua volatilidade, meia-vida curta e alta abundância em produtos de fissão, ¹³¹ I (junto com o isótopo de iodo de curta duração ¹³² I do ¹³² Te de vida longa com meia-vida de 3 dias) é responsável pelo a maior parte da contaminação radioativa durante a primeira semana após a contaminação ambiental acidental do lixo radioativo de uma usina nuclear.

A porção da atividade de radiação total (no ar) contribuída por cada isótopo versus tempo após o desastre de Chernobyl , no local. Observe a proeminência da radiação de I-131 e Te-132 / I-132 na primeira semana. (Imagem usando dados do relatório da OCDE e a segunda edição do 'The radioquímica manual'.)

Lista de isótopos

Radioisótopos notáveis

Os radioisótopos de iodo são chamados de iodo radioativo ou radioiodo . Existem dezenas, mas cerca de meia dúzia são os mais notáveis ​​em ciências aplicadas , como ciências da vida e energia nuclear, conforme detalhado a seguir. As menções ao radioiodo em contextos de cuidados de saúde referem-se mais frequentemente ao iodo-131 do que a outros isótopos.

Iodo-129 como um radionuclídeo extinto

Foi demonstrado que os excessos do ¹²⁹ Xe estável em meteoritos resultam da decomposição do iodo-129 "primordial" recentemente produzido pelas supernovas que criaram a poeira e o gás a partir dos quais o sistema solar se formou. Este isótopo decaiu há muito tempo e é, portanto, referido como "extinto". Historicamente, ¹²⁹ I foi o primeiro radionuclídeo extinto a ser identificado como presente no início do sistema solar . Sua decadência é a base do esquema de datação radiométrica I-Xe iodo-xenônio , que cobre os primeiros 85 milhões de anos de evolução do sistema solar .

Iodo-129 como um marcador de longa vida para contaminação por fissão nuclear

Iodo-129 ( ¹²⁹ I; meia-vida de 15,7 milhões de anos) é um produto da fragmentação de raios cósmicos em vários isótopos de xenônio na atmosfera , na interação do múon de raios cósmicos com telúrio-130, e também da fissão de urânio e plutônio , ambos em subsuperfície rochas e reatores nucleares. Processos nucleares artificiais, em particular o reprocessamento de combustível nuclear e testes de armas nucleares atmosféricas, agora inundaram o sinal natural para este isótopo. No entanto, agora serve como um traçador de águas subterrâneas como indicador da dispersão de resíduos nucleares no ambiente natural. De maneira semelhante, ¹²⁹ I foi usado em estudos de água da chuva para rastrear produtos de fissão após o desastre de Chernobyl .

Em alguns aspectos, ¹²⁹ I é semelhante a ³⁶ Cl . É um halogênio solúvel, existe principalmente como um ânion não adsorvente e é produzido por reações cosmogênicas, termonucleares e in situ. Em estudos hidrológicos, as concentrações de ¹²⁹ I são geralmente relatadas como a razão de ¹²⁹ I para o I total (que é virtualmente ¹²⁷ I). Como é o caso com ³⁶ Cl / Cl, as relações de ¹²⁹ I / I na natureza são bastante pequenas, 10 ⁻¹⁴ a 10 ⁻¹⁰ (o pico termonuclear ¹²⁹ I / I durante as décadas de 1960 e 1970 atingiu cerca de 10 ⁻⁷ ). ¹²⁹ I difere de ³⁶ Cl porque sua meia-vida é mais longa (15,7 vs. 0,301 milhão de anos), é altamente biofílica e ocorre em múltiplas formas iônicas (comumente, I ^- e IO ₃ ^- ), que têm diferentes comportamentos químicos . Isso torna bastante fácil para ¹²⁹ I entrar na biosfera à medida que é incorporado à vegetação, solo, leite, tecido animal, etc.

Radioiodos ¹²³ I, ¹²⁴ I, ¹²⁵ I e ¹³¹ I em medicina e biologia

Um feocromocitoma é visto como uma esfera escura no centro do corpo (está na glândula adrenal esquerda). A imagem é por cintilografia MIBG , com radiação de radioiodo no MIBG. Duas imagens são vistas do mesmo paciente de frente e de trás. Observe a imagem escura da tireoide devido à absorção indesejada de radioiodo do medicamento pela glândula tireoide no pescoço. O acúmulo nas laterais da cabeça é decorrente da absorção de iodeto pelas glândulas salivares. A radioatividade também é observada na bexiga.

Dos muitos isótopos de iodo, apenas dois são normalmente usados ​​em um ambiente médico: iodo-123 e iodo-131 . Como o ¹³¹ I tem um modo de decaimento beta e gama, ele pode ser usado para radioterapia ou para exames de imagem. ^{O 123} I, que não tem atividade beta, é mais adequado para imagens de medicina nuclear de rotina da tireoide e outros processos médicos e menos prejudicial internamente ao paciente. Existem algumas situações em que o iodo-124 e o iodo-125 também são usados ​​na medicina.

Devido à captação preferencial de iodo pela tireoide, o radioiodo é amplamente utilizado em exames de imagem e, no caso do ¹³¹ I, destruindo tecidos disfuncionais da tireoide. Outros tipos de tecido absorvem seletivamente certos agentes radiofarmacêuticos contendo iodo-131 e eliminando agentes radiofarmacêuticos (como o MIBG ). O iodo-125 é o único outro radioisótopo de iodo usado na radioterapia, mas apenas como uma cápsula implantada na braquiterapia , onde o isótopo nunca tem chance de ser liberado para interação química com os tecidos do corpo.

Iodo-131

Iodo-131 (¹³¹
eu
) é um isótopo emissor de beta com meia-vida de oito dias e radiação beta comparativamente energética (média de 190 keV e energia máxima de 606 keV), que penetra 0,6 a 2,0 mm a partir do local de absorção. Esta radiação beta pode ser usada para a destruição de nódulos tireoidianos ou tecido tireoidiano hiperfuncionante e para a eliminação do tecido tireoidiano remanescente após a cirurgia para o tratamento da doença de Graves . O objetivo desta terapia, que foi explorado pela primeira vez pelo Dr. Saul Hertz em 1941, é destruir o tecido da tireóide que não poderia ser removido cirurgicamente. Neste procedimento, o ¹³¹ I é administrado por via intravenosa ou oral após uma varredura diagnóstica. Esse procedimento também pode ser usado, com doses mais altas de radioiodo, para tratar pacientes com câncer de tireoide .

O ¹³¹ I é absorvido pelo tecido tireoidiano e aí concentrado. As partículas beta emitidas pelo radioisótopo destroem o tecido tireoidiano associado com poucos danos aos tecidos circundantes (mais de 2,0 mm dos tecidos que absorvem o iodo). Devido à destruição semelhante, ¹³¹ I é o radioisótopo de iodo usado em outros radiofármacos marcados com iodo solúveis em água (como o MIBG ) usados ​​terapeuticamente para destruir tecidos.

A radiação beta de alta energia (até 606 keV) de ¹³¹ I faz com que seja o mais cancerígeno dos isótopos de iodo. Acredita-se que cause a maioria dos cânceres de tireoide em excesso observados após a contaminação por fissão nuclear (como queda de bomba ou acidentes graves com reatores nucleares, como o desastre de Chernobyl ). No entanto, esses efeitos epidemiológicos são vistos principalmente em crianças e no tratamento de adultos e crianças com tratamentos terapêuticos ¹³¹ I e a epidemiologia de adultos expostos a doses baixas de ¹³¹ I não demonstraram carcinogenicidade.

Iodo-123 e iodo-125

Os isótopos emissores de gama iodo-123 (meia-vida de 13 horas), e (menos comumente) o iodo-125 de vida mais longa e menos energético (meia-vida de 59 dias) são usados ​​como traçadores de imagem nuclear para avaliar as análises anatômicas e fisiológicas função da tireóide. Resultados anormais podem ser causados ​​por doenças como a doença de Graves ou tireoidite de Hashimoto . Ambos os isótopos decaem por captura de elétrons (EC) para os nuclídeos de telúrio correspondentes , mas em nenhum dos casos são os nuclídeos metaestáveis ^123m Te e ^125m Te (que são de energia mais alta e não são produzidos a partir de iodo radioativo). Em vez disso, os nuclídeos de telúrio excitados decaem imediatamente (meia-vida muito curta para ser detectada). Após EC, o ¹²³ Te excitado de ¹²³ I emite um elétron de conversão interno de alta velocidade de 127 keV (não um raio beta ) cerca de 13% do tempo, mas isso causa poucos danos celulares devido à meia-vida curta do nuclídeo e a relativa pequena fração de tais eventos. No restante dos casos, um raio gama de 159 keV é emitido, o que é adequado para imagens gama.

O ¹²⁵ Te excitado resultante da captura de elétrons de ¹²⁵ I também emite um elétron de conversão interno de energia muito mais baixa (35,5 keV), que causa relativamente poucos danos devido à sua baixa energia, embora sua emissão seja mais comum. A gama de energia relativamente baixa do decaimento de ¹²⁵ I / ¹²⁵ Te é pouco adequada para imagens, mas ainda pode ser vista, e este isótopo de vida mais longa é necessário em testes que requerem vários dias de imagens, por exemplo, imagens de varredura de fibrinogênio para detectar coágulos de sangue.

Tanto o ¹²³ I quanto o ¹²⁵ I emitem copiosos elétrons Auger de baixa energia após seu decaimento, mas eles não causam danos graves (quebras de DNA de fita dupla) nas células, a menos que o nuclídeo seja incorporado a um medicamento que se acumula no núcleo, ou no DNA (este nunca é o caso na medicina clínica, mas tem sido visto em modelos animais experimentais).

O iodo-125 também é comumente usado por oncologistas de radiação em braquiterapia de baixa taxa de dose no tratamento de câncer em locais diferentes da tireoide, especialmente no câncer de próstata . Quando o ¹²⁵ I é usado terapeuticamente, ele é encapsulado em sementes de titânio e implantado na área do tumor, onde permanece. A baixa energia do espectro gama, neste caso, limita os danos da radiação aos tecidos distantes da cápsula implantada. O iodo-125, devido à sua meia-vida mais longa adequada e espectro gama menos penetrante, também é frequentemente preferido para testes de laboratório que dependem do iodo como um marcador que é contado por um contador gama , como no radioimunoensaio .

A maioria das imagens médicas com iodo é feita com uma câmera gama padrão . No entanto, os raios gama do iodo-123 e do iodo-131 também podem ser vistos por imagem de tomografia computadorizada por emissão de fóton único (SPECT).

Iodo-124

Iodo-124 é um isótopo de iodo rico em prótons, com meia-vida de 4,18 dias. Seus modos de decaimento são: 74,4% de captura de elétrons, 25,6% de emissão de pósitrons. ¹²⁴ I decai para ¹²⁴ Te. O iodo-124 pode ser produzido por inúmeras reações nucleares por meio de um ciclotron . O material de partida mais comum usado é ¹²⁴ Te.

O iodo-124 como o sal de iodeto pode ser usado para obter imagens diretas da tireoide usando tomografia por emissão de pósitrons (PET). O iodo-124 também pode ser usado como um radiotraçador PET com uma meia-vida útil mais longa em comparação com o flúor-18 . Neste uso, o nuclídeo é quimicamente ligado a um fármaco para formar um radiofármaco emissor de pósitrons e injetado no corpo, onde novamente é captado por varredura PET.

Iodo-135 e controle de reator nuclear

Iodo-135 é um isótopo de iodo com meia-vida de 6,6 horas. É um isótopo importante do ponto de vista da física do reator nuclear . É produzido em quantidades relativamente grandes como um produto de fissão e decai para xenônio-135 , que é um veneno nuclear com uma seção transversal de nêutrons térmicos muito grande , que é uma causa de múltiplas complicações no controle de reatores nucleares . O processo de acúmulo de xenônio-135 a partir do iodo-135 acumulado pode impedir temporariamente o reinício de um reator de desligamento. Isso é conhecido como envenenamento por xenônio ou "queda em uma cova de iodo ".

Iodo-128 e outros isótopos

Isótopos produzidos por fissão de iodo não discutidos acima (iodo-128, iodo-130, iodo-132 e iodo-133) têm meia-vida de várias horas ou minutos, tornando-os quase inúteis em outras áreas aplicáveis. Os mencionados são ricos em nêutrons e sofrem decaimento beta em isótopos de xenônio. O iodo-128 (meia-vida de 25 minutos) pode decair para telúrio-128 por captura de elétrons ou para xenônio-128 por decaimento beta. Tem uma radioatividade específica de2,177 × 10 ⁶  TBq / g .

Iodeto não radioativo ( ¹²⁷ I) como proteção contra a absorção indesejada de radioiodo pela tireoide

Coloquialmente, os materiais radioativos podem ser descritos como "quentes" e os materiais não radioativos podem ser descritos como "frios". Há casos em que o iodeto frio é administrado a pessoas para prevenir a absorção de iodeto quente pela glândula tireóide. Por exemplo, o bloqueio da captação de iodo pela tireoide com iodeto de potássio é usado na cintilografia de medicina nuclear e terapia com alguns compostos radioiodados que não são direcionados à tireoide, como o iobenguano ( MIBG ), que costumava gerar imagens ou tratar tumores do tecido neural, ou iodado fibrinogênio, que é usado em varreduras de fibrinogênio para investigar a coagulação. Esses compostos contêm iodo, mas não na forma de iodeto. No entanto, uma vez que eles podem ser metabolizados ou se decompor em iodeto radioativo, é comum administrar iodeto de potássio não radioativo para garantir que os metabólitos desses radiofármacos não sejam sequestrados pela glândula tireoide e inadvertidamente administrar uma dose radiológica nesse tecido.

O iodeto de potássio foi distribuído a populações expostas a acidentes de fissão nuclear , como o desastre de Chernobyl . A solução de iodeto de SSKI , um s aturated s olução de potássio ( K ) i odide em água, tem sido utilizado para bloquear a absorção do iodo radioactivo (que não tem efeito sobre outros radioisótopos de fissão). Comprimidos contendo iodeto de potássio agora também são fabricados e estocados em locais centrais do desastre por alguns governos para essa finalidade. Em teoria, muitos efeitos nocivos do câncer tardio da precipitação nuclear podem ser evitados desta forma, uma vez que um excesso de cânceres de tireoide, presumivelmente devido à captação de radioiodo, é o único efeito comprovado de contaminação por radioisótopo após um acidente de fissão, ou da contaminação por precipitação de uma bomba atômica (a radiação imediata da bomba também causa outros tipos de câncer, como leucemias, diretamente). A ingestão de grandes quantidades de iodeto satura os receptores da tireoide e evita a captação da maior parte do iodo-131 radioativo que pode estar presente na exposição ao produto da fissão (embora não proteja de outros radioisótopos, nem de qualquer outra forma de radiação direta). O efeito protetor do KI dura aproximadamente 24 horas, então deve ser dosado diariamente até que o risco de exposição significativa a radioiodos de produtos de fissão não exista mais. O iodo-131 (o contaminante de radioiodo mais comum na precipitação radioativa) também decai de forma relativamente rápida com meia-vida de oito dias, de modo que 99,95% do radioiodo original desapareceu após três meses.

Referências

• Massas de isótopos de:
  • Audi, Georges; Bersillon, Olivier; Blachot, Jean; Wapstra, Aaldert Hendrik (2003), "The N UBASE Evaluation of nuclear and decay properties" , Nuclear Physics A , 729 : 3–128, Bibcode : 2003NuPhA.729 .... 3A , doi : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11 0,001
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• Dados de meia-vida, spin e isômero selecionados das seguintes fontes.
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  • Centro Nacional de Dados Nucleares . "Banco de dados NuDat 2.x" . Laboratório Nacional de Brookhaven .
  • Holden, Norman E. (2004). "11. Tabela dos Isótopos". Em Lide, David R. (ed.). CRC Handbook of Chemistry and Physics (85ª ed.). Boca Raton, Flórida : CRC Press . ISBN 978-0-8493-0485-9.

links externos

• Dados de isótopos de iodo do The Berkeley Laboratory Isotopes Project's
• Dados de Iodo-128, Iodo-130, Iodo-132 de 'Wolframalpha'