আইসোটোপিক লেবেলিং

From LTRC

আইসোটোপিক লেবেলিং (বা আইসোটোপিক লেবেলিং) হলো এমন একটি কৌশল, যা কোনো রাসায়নিক বিক্রিয়া, বিপাকীয় পথ (metabolic pathway) বা কোষের ভেতর দিয়ে কোনো আইসোটোপের (নিউট্রন সংখ্যায় ভিন্নতা থাকা পরমাণু) গতিপথ ট্র্যাক বা অনুসরণ করতে ব্যবহৃত হয়।[1] কোনো বিক্রিয়ককে তার এক বা একাধিক নির্দিষ্ট পরমাণুকে আইসোটোপ দ্বারা প্রতিস্থাপন করে 'লেবেল' করা হয়। এরপর বিক্রিয়কটিকে বিক্রিয়া করতে দেওয়া হয়। বিক্রিয়ার উৎপাদে আইসোটোপগুলোর অবস্থান পরিমাপ করে এটি নির্ধারণ করা হয় যে, বিক্রিয়া বা কোষের বিপাকীয় পথে আইসোটোপযুক্ত পরমাণুটি কী ক্রম অনুসরণ করেছে। আইসোটোপিক লেবেলিংয়ে ব্যবহৃত নিউক্লাইডগুলো স্থিতিশীল নিউক্লাইড (stable nuclide) বা রেডিওনিউক্লাইড হতে পারে। পরের ক্ষেত্রে, এই লেবেলিংকে রেডিওলেবেলিং বলা হয়।

আইসোটোপিক লেবেলিংয়ে লেবেলযুক্ত আইসোটোপের উপস্থিতি শনাক্ত করার একাধিক উপায় রয়েছে; যেমন—তাদের ভর, নিউক্লীয় স্পিন, কম্পন মোড বা তেজস্ক্রিয় ক্ষয়। ভর বর্ণালীবীক্ষণ আইসোটোপের ভরের পার্থক্য শনাক্ত করে, অন্যদিকে কম্পন বর্ণালীবীক্ষণ (যেমন—অবলোহিত বা রামন বর্ণালীবীক্ষণ) আইসোটোপের কম্পন কম্পাঙ্কের পার্থক্য শনাক্ত করে। নিউক্লীয় চৌম্বকীয় অনুরণন অ-পূর্ণসংখ্যা স্পিন বিশিষ্ট নিউক্লিয়াস শনাক্ত করে। তেজস্ক্রিয় ক্ষয়কে একটি আয়নাইজেশন চেম্বার বা জেলের অটোর্যাডিওগ্রাফ-এর মাধ্যমে শনাক্ত করা যায়।

আইসোটোপিক লেবেলিং ব্যবহারের একটি উদাহরণ হলো পানিতে ফেনল (C6H5OH)-এর অধ্যয়ন, যেখানে সাধারণ হাইড্রোজেন (প্রোটিয়াম)-কে ডিউটেরিয়াম দ্বারা প্রতিস্থাপন করা হয় (যাকে ডিউটেরিয়াম লেবেলিং বলে)। সাধারণ H2O-এর পাশাপাশি D2O যুক্ত ডিউটেরেটেড পানিতে ফেনল যোগ করলে, ফেনলের হাইড্রক্সিল গ্রুপে একটি হাইড্রোজেন-ডিউটেরিয়াম বিনিময় পরিলক্ষিত হয় (যার ফলে C6H5OD উৎপন্ন হয়)। এটি নির্দেশ করে যে, ফেনল পানির সাথে সহজেই হাইড্রোজেন-বিনিময় বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে। মূলত হাইড্রক্সিল গ্রুপই এতে প্রভাবিত হয়—অনুঘটক ছাড়া অন্য পাঁচটি হাইড্রোজেন পরমাণু অনেক ধীরগতিতে বিনিময় প্রক্রিয়ায় অংশ নেয়—যা হাইড্রক্সিল হাইড্রোজেন এবং অ্যারাইল হাইড্রোজেনের রাসায়নিক পরিবেশের পার্থক্যকে প্রতিফলিত করে।[2]

আইসোটোপিক ট্রেসার

ফিনাইল প্রতিস্থাপিত অ্যারাইন প্রিকার্সর ১ থেকে অ্যাসেনাফথাইলিন রূপান্তরের ১,২- থেকে ১,৩-ডাইডিহাইড্রোবেনজিন রূপান্তরের কৌশল নির্ধারণে একটি কার্বন-১৩ লেবেল ব্যবহার করা হয়েছিল।[3]

একটি আইসোটোপিক ট্রেসার (যাকে "আইসোটোপিক মার্কার" বা "আইসোটোপিক লেবেল"-ও বলা হয়), রসায়ন এবং জীবরসায়নে রাসায়নিক বিক্রিয়া ও মিথস্ক্রিয়া বুঝতে ব্যবহৃত হয়। এই কৌশলে, আগ্রহের অণুর এক বা একাধিক পরমাণুকে একই রাসায়নিক মৌলের কিন্তু ভিন্ন আইসোটোপের একটি পরমাণু দ্বারা প্রতিস্থাপন করা হয় (যেমন—তেজস্ক্রিয় ট্রেসিংয়ে ব্যবহৃত তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ)। যেহেতু লেবেলযুক্ত পরমাণুটিতে প্রোটন সংখ্যা একই থাকে, তাই এটি তার লেবেলবিহীন প্রতিরূপের মতোই আচরণ করে এবং খুব কম ব্যতিক্রম ছাড়া, এটি গবেষণাধীন বিক্রিয়ায় কোনো হস্তক্ষেপ করে না। তবে, নিউট্রন সংখ্যার পার্থক্য থাকার কারণে এটিকে একই মৌলের অন্যান্য পরমাণু থেকে আলাদাভাবে শনাক্ত করা যায়।

নিউক্লীয় চৌম্বকীয় অনুরণন (NMR) এবং ভর বর্ণালীবীক্ষণ (MS) রাসায়নিক বিক্রিয়ার কৌশল অনুসন্ধানে ব্যবহৃত হয়। NMR এবং MS আইসোটোপিক পার্থক্য শনাক্ত করে, যা উৎপাদের কাঠামোতে লেবেলযুক্ত পরমাণুর অবস্থান সম্পর্কে তথ্য পেতে সাহায্য করে। উৎপাদে আইসোটোপিক পরমাণুর অবস্থানের তথ্যের মাধ্যমে, প্রাথমিক বিপাকীয় পদার্থগুলো কী বিক্রিয়া পথ অনুসরণ করে উৎপাদে রূপান্তরিত হয়, তা নির্ধারণ করা যায়। তেজস্ক্রিয় আইসোটোপগুলোকে জেল ইলেক্ট্রোফোরেসিসে জেলের অটোর্যাডিওগ্রাফ ব্যবহার করে পরীক্ষা করা যায়। তেজস্ক্রিয় আইসোটোপযুক্ত যৌগ থেকে নির্গত বিকিরণ ফটোগ্রাফিক ফিল্মের একটি টুকরোকে কালো করে দেয়, যা জেলে লেবেলযুক্ত যৌগগুলোর আপেক্ষিক অবস্থান রেকর্ড করে।

আইসোটোপ ট্রেসারগুলো সাধারণত আইসোটোপ অনুপাত হিসেবে ব্যবহৃত হয়। একই মৌলের দুটি আইসোটোপের অনুপাত অধ্যয়ন করার মাধ্যমে আমরা মৌলটির সামগ্রিক প্রাচুর্যজনিত প্রভাব এড়াতে পারি, যা সাধারণত আইসোটোপিক প্রাচুর্যের অনেক ছোট পরিবর্তনগুলোকে ঢেকে ফেলে। আইসোটোপিক ট্রেসারগুলো ভূতত্ত্বের অন্যতম গুরুত্বপূর্ণ হাতিয়ার, কারণ এগুলো পৃথিবীর সিস্টেমে জটিল মিশ্রণ প্রক্রিয়া বুঝতে ব্যবহৃত হতে পারে। ভূতত্ত্বে আইসোটোপিক ট্রেসারের প্রয়োগ সম্পর্কে আরও আলোচনা আইসোটোপ ভূরসায়ন শিরোনামের অধীনে করা হয়েছে।

আইসোটোপিক ট্রেসারগুলোকে সাধারণত দুটি বিভাগে ভাগ করা হয়: স্থিতিশীল আইসোটোপ ট্রেসার এবং রেডিওজেনিক আইসোটোপ ট্রেসার। স্থিতিশীল আইসোটোপ ট্রেসারে কেবল অ-রেডিওজেনিক আইসোটোপ অন্তর্ভুক্ত থাকে এবং এগুলো সাধারণত ভরের ওপর নির্ভরশীল। তাত্ত্বিকভাবে, দুটি স্থিতিশীল আইসোটোপ বিশিষ্ট যেকোনো মৌলকে আইসোটোপিক ট্রেসার হিসেবে ব্যবহার করা যেতে পারে। তবে, সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত স্থিতিশীল আইসোটোপ ট্রেসারগুলোতে তুলনামূলক হালকা আইসোটোপ থাকে, যা প্রাকৃতিক সিস্টেমে সহজেই ফ্র্যাকশনেশন (fractionation) প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায়। আরও দেখুন আইসোটোপিক সিগনেচার। একটি রেডিওজেনিক আইসোটোপ ট্রেসার[4] বলতে এমন একটি আইসোটোপকে বোঝায় যা তেজস্ক্রিয় ক্ষয় দ্বারা উৎপন্ন হয়, যা সাধারণত একটি অ-রেডিওজেনিক আইসোটোপের (যার প্রাচুর্য পৃথিবীতে তেজস্ক্রিয় ক্ষয়ের কারণে পরিবর্তিত হয় না) সাথে অনুপাতে থাকে।

স্থিতিশীল আইসোটোপ লেবেলিং

November 2011

পেন্টোজ ফসফেট পথে বিক্রিয়ার মাধ্যমে আইসোটোপিক ট্রেসিং। নীল বৃত্তগুলো একটি লেবেলযুক্ত কার্বন পরমাণু নির্দেশ করে, আর সাদা বৃত্তগুলো লেবেলবিহীন কার্বন পরমাণু।[5]

স্থিতিশীল আইসোটোপ লেবেলিংয়ে এমন অ-তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ ব্যবহার করা হয়, যা বিভিন্ন রাসায়নিক ও জৈবরাসায়নিক সিস্টেমের মডেল তৈরিতে ট্রেসার হিসেবে কাজ করতে পারে। নির্বাচিত আইসোটোপটি সেই যৌগের ওপর একটি লেবেল হিসেবে কাজ করে, যা নিউক্লীয় চৌম্বকীয় অনুরণন (NMR) এবং ভর বর্ণালীবীক্ষণ (MS)-এর মাধ্যমে শনাক্ত করা যায়। সবচেয়ে সাধারণ কিছু স্থিতিশীল আইসোটোপ হলো ২H, ১৩C, ১৫N এবং ১৮O, যা থেকে আরও NMR দ্রাবক, অ্যামিনো অ্যাসিড, নিউক্লিক অ্যাসিড, লিপিড, সাধারণ বিপাকীয় পদার্থ এবং কোষ বৃদ্ধির মিডিয়া তৈরি করা যায়।[6] স্থিতিশীল আইসোটোপ ব্যবহার করে উৎপাদিত যৌগগুলোকে হয় লেবেলযুক্ত আইসোটোপের শতাংশ দ্বারা (যেমন—৩০% ইউনিফর্মলি লেবেলযুক্ত ১৩C গ্লুকোজ বলতে এমন একটি মিশ্রণ বোঝায় যা ৩০% ১৩C আইসোটোপ এবং ৭০% প্রাকৃতিকভাবে প্রাপ্ত কার্বন দ্বারা লেবেলযুক্ত) অথবা যৌগের নির্দিষ্ট লেবেলযুক্ত কার্বন অবস্থান দ্বারা চিহ্নিত করা হয় (যেমন—১-১৩C গ্লুকোজ, যা গ্লুকোজের প্রথম কার্বন অবস্থানে লেবেলযুক্ত)।

গ্লাইকোলাইসিস পথ এবং পেন্টোজ ফসফেট পথ থেকে গৃহীত বিক্রিয়ার একটি নেটওয়ার্ক দেখানো হয়েছে, যেখানে লেবেলযুক্ত কার্বন আইসোটোপ বিক্রিয়ার নেটওয়ার্ক জুড়ে বিভিন্ন কার্বন অবস্থানে পুনর্বিন্যস্ত হয়। নেটওয়ার্কটি শুরু হয় ফ্রুক্টোজ ৬-ফসফেট (F6P) দিয়ে, যার ছয়টি কার্বন পরমাণুর মধ্যে ১ ও ২ নম্বর অবস্থানে ১৩C লেবেল থাকে। ১,২-১৩C F6P দুটি গ্লিসারালডিহাইড ৩-ফসফেট (G3P)-এ পরিণত হয়, যার একটি ২,৩-১৩C T3P এবং অন্যটি লেবেলবিহীন T3P। ২,৩-১৩C T3P এখন সেডোহেপটুলোজ ৭-ফসফেট (S7P)-এর সাথে বিক্রিয়া করে একটি লেবেলবিহীন এরিথ্রোজ ৪-ফসফেট (E4P) এবং একটি ৫,৬-১৩C F6P তৈরি করতে পারে। লেবেলবিহীন T3P, S7P-এর সাথে বিক্রিয়া করে লেবেলবিহীন উৎপাদ সংশ্লেষণ করবে।[5] চিত্রটি অবস্থান-নির্দিষ্ট লেবেলযুক্ত যৌগ ব্যবহার করে বিক্রিয়ার মাধ্যমে কার্বন পরমাণুর পুনর্বিন্যাস আবিষ্কারে স্থিতিশীল আইসোটোপ লেবেলিংয়ের ব্যবহার প্রদর্শন করে।

স্থিতিশীল আইসোটোপ লেবেলিং ব্যবহার করে মেটাবলিক ফ্লাক্স অ্যানালাইসিস

বিক্রিয়ার পুরো সময়জুড়ে আইসোটোপ লেবেলিংয়ের শতাংশ নির্ধারণ। যদি ৫০% লেবেলযুক্ত এবং ৫০% লেবেলবিহীন বিপাকীয় পদার্থ দেখানো পদ্ধতিতে বিভক্ত হয়, তবে প্রতিটি ফলাফলের প্রত্যাশিত শতাংশ পাওয়া যেতে পারে। নীল বৃত্তগুলো একটি লেবেলযুক্ত পরমাণু নির্দেশ করে, আর সাদা বৃত্ত একটি লেবেলবিহীন পরমাণু।

স্থিতিশীল আইসোটোপ লেবেলিং ব্যবহার করে মেটাবলিক ফ্লাক্স অ্যানালাইসিস (MFA) হলো কোষের (জীববিজ্ঞান) ভেতরকার বিপাকীয় পথ এবং বিক্রিয়ার মাধ্যমে নির্দিষ্ট উপাদানের প্রবাহ (flux) ব্যাখ্যা করার একটি গুরুত্বপূর্ণ হাতিয়ার। একটি আইসোটোপিক লেবেল কোষকে খাওয়ানো হয়, তারপর কোষটিকে লেবেলযুক্ত খাদ্য ব্যবহার করে বৃদ্ধি পেতে দেওয়া হয়। স্থির বিপাকীয় ফ্লাক্স বিশ্লেষণের জন্য কোষকে অবশ্যই একটি স্থির অবস্থায় (কোষে প্রবেশকারী এবং বের হওয়া আইসোটোপ সময়ের সাথে অপরিবর্তিত থাকে) অথবা কোয়াসি-স্টেডি স্টেটে (একটি নির্দিষ্ট সময়ের জন্য স্থির অবস্থা অর্জিত হয়) পৌঁছাতে হয়।[7] আউটপুট বিপাকীয় পদার্থের আইসোটোপ প্যাটার্ন নির্ধারণ করা হয়। আউটপুট আইসোটোপ প্যাটার্ন মূল্যবান তথ্য প্রদান করে, যা প্রতিটি বিক্রিয়ার মাধ্যমে বিক্রিয়ক থেকে উৎপাদে রূপান্তরের হার বা ফ্লাক্সের মাত্রা খুঁজে বের করতে ব্যবহৃত হতে পারে।[8]

চিত্রটি একটি নির্দিষ্ট বিক্রিয়ার মাধ্যমে ফ্লাক্স নির্ধারণে বিভিন্ন লেবেল ব্যবহারের সক্ষমতা প্রদর্শন করে। ধরে নেওয়া যাক, মূল বিপাকীয় পদার্থটি একটি তিন কার্বন বিশিষ্ট যৌগ, যার একটি বিক্রিয়ায় দুই কার্বন বিশিষ্ট বিপাকীয় পদার্থ এবং এক কার্বন বিশিষ্ট বিপাকীয় পদার্থে বিভক্ত হওয়ার এবং তারপর পুনরায় একত্রিত হওয়ার অথবা তিন কার্বন বিশিষ্ট বিপাকীয় পদার্থ হিসেবেই থাকার ক্ষমতা রয়েছে। যদি বিক্রিয়াটিতে বিপাকীয় পদার্থের দুটি আইসোটোপ সমান অনুপাতে সরবরাহ করা হয়, একটি সম্পূর্ণ লেবেলযুক্ত (নীল বৃত্ত), যা সাধারণত ইউনিফর্মলি লেবেলযুক্ত নামে পরিচিত, এবং অন্যটি সম্পূর্ণ লেবেলবিহীন (সাদা বৃত্ত)। চিত্রের বাম দিকের পথটি বিপাকীয় পদার্থের কোনো পরিবর্তন প্রদর্শন করে না, অন্যদিকে ডান দিকটি বিভাজন এবং পুনর্মিলন প্রদর্শন করে। যেমনটি দেখানো হয়েছে, যদি বিপাকীয় পদার্থটি কেবল বাম দিকের পথটি অনুসরণ করে, তবে এটি ইউনিফর্মলি লেবেলযুক্ত এবং লেবেলবিহীন বিপাকীয় পদার্থের ৫০-৫০ অনুপাতে থাকে। যদি বিপাকীয় পদার্থটি কেবল ডান দিকটি অনুসরণ করে, তবে নতুন লেবেলিং প্যাটার্ন দেখা দিতে পারে, যার সবকটি সমান অনুপাতে থাকে। মূল বিপাকীয় পদার্থের কতটা অংশ বাম দিকের পথ অনুসরণ করে এবং কতটা ডান দিকের পথ অনুসরণ করে, তার ওপর নির্ভর করে অন্যান্য অনুপাতও দেখা দিতে পারে। এখানে এমন একটি পরিস্থিতির জন্য অনুপাত দেখানো হয়েছে যেখানে অর্ধেক বিপাকীয় পদার্থ বাম দিক এবং অর্ধেক ডান দিক অনুসরণ করে, তবে অন্যান্য অনুপাতও ঘটতে পারে।[9] একটি যৌগের ভেতর লেবেলযুক্ত এবং লেবেলবিহীন পরমাণুর এই প্যাটার্নগুলো আইসোটোপোমার (isotopomer) নির্দেশ করে। ভিন্নভাবে লেবেলযুক্ত বিপাকীয় পদার্থের আইসোটোপোমার বিন্যাস পরিমাপ করে প্রতিটি বিক্রিয়ার ফ্লাক্স নির্ধারণ করা যায়।[10]

MFA আইসোটোপ লেবেলিং থেকে সংগৃহীত ডেটাকে প্রতিটি বিক্রিয়ার স্টয়কিওমেট্রি, সীমাবদ্ধতা এবং একটি অপ্টিমাইজেশন পদ্ধতির সাথে একত্রিত করে একটি ফ্লাক্স ম্যাপ তৈরি করে। অপ্রত্যাবর্তী বিক্রিয়াগুলো ফ্লাক্স খুঁজে বের করার জন্য প্রয়োজনীয় তাপগতিবিদ্যার সীমাবদ্ধতা প্রদান করে। একটি ম্যাট্রিক্স তৈরি করা হয় যাতে বিক্রিয়াগুলোর স্টয়কিওমেট্রি থাকে। কোষের অভ্যন্তরীণ ফ্লাক্সগুলো একটি ইটারেটিভ পদ্ধতি ব্যবহার করে অনুমান করা হয়, যেখানে সিমুলেটেড ফ্লাক্সগুলোকে স্টয়কিওমেট্রিক মডেলে বসানো হয়। সিমুলেটেড ফ্লাক্সগুলো একটি ফ্লাক্স ম্যাপে প্রদর্শিত হয়, যা প্রতিটি বিক্রিয়ার জন্য বিক্রিয়ক থেকে উৎপাদে রূপান্তরের হার দেখায়।[8] বেশিরভাগ ফ্লাক্স ম্যাপে, তীর যত মোটা হয়, বিক্রিয়ার ফ্লাক্সের মান তত বেশি হয়।[11]

আইসোটোপ লেবেলিং পরিমাপের কৌশল

আইসোটোপোমারগুলোর মধ্যে পার্থক্য পরিমাপের যেকোনো কৌশল ব্যবহার করা যেতে পারে। স্থিতিশীল আইসোটোপ লেবেলিংয়ে ভর আইসোটোপোমার পরিমাপের জন্য দুটি প্রাথমিক পদ্ধতি, নিউক্লীয় চৌম্বকীয় অনুরণন (NMR) এবং ভর বর্ণালীবীক্ষণ (MS) উন্নত করা হয়েছে।

১৩C-লেবেলিং পরীক্ষার জন্য প্রোটন NMR ছিল প্রথম ব্যবহৃত কৌশল। এই পদ্ধতি ব্যবহার করে, একটি নির্দিষ্ট বিপাকীয় পুলের ভেতরের প্রতিটি প্রোটনযুক্ত কার্বন অবস্থানকে অন্য অবস্থানগুলো থেকে আলাদাভাবে পর্যবেক্ষণ করা যায়।[12] এটি সেই নির্দিষ্ট অবস্থানে লেবেলযুক্ত আইসোটোপোমারের শতাংশ জানতে সাহায্য করে। প্রোটন NMR-এর সীমাবদ্ধতা হলো, যদি একটি বিপাকীয় পদার্থে n সংখ্যক কার্বন পরমাণু থাকে, তবে সেখানে সর্বোচ্চ n সংখ্যক ভিন্ন পজিশনাল এনরিচমেন্ট মান থাকতে পারে, যা মোট আইসোটোপোমার তথ্যের একটি ক্ষুদ্র অংশ মাত্র। যদিও প্রোটন NMR লেবেলিংয়ের ব্যবহার সীমিত, তবুও বিশুদ্ধ প্রোটন NMR পরীক্ষাগুলো আরও বেশি আইসোটোপোমার তথ্যযুক্ত পরীক্ষার চেয়ে মূল্যায়ন করা অনেক সহজ।

প্রোটন NMR ছাড়াও, ১৩C NMR কৌশল ব্যবহার করলে আইসোটোপোমারগুলোর বিন্যাসের আরও বিস্তারিত চিত্র পাওয়া যাবে। একটি লেবেলযুক্ত কার্বন পরমাণু অণুর ভেতর তার সরাসরি প্রতিবেশীদের লেবেলিং অবস্থার ওপর নির্ভর করে ভিন্ন ভিন্ন হাইপারফাইন স্প্লিটিং সংকেত তৈরি করবে।[12] যদি পার্শ্ববর্তী কার্বন পরমাণুগুলো লেবেলযুক্ত না হয়, তবে একটি সিঙ্গলেট পিক (singlet peak) দেখা দেয়। যদি কেবল একটি পার্শ্ববর্তী কার্বন পরমাণু লেবেলযুক্ত হয়, তবে একটি ডাবলেট পিক (doublet peak) দেখা দেয়। ডাবলেট স্প্লিটের আকার পার্শ্ববর্তী কার্বন পরমাণুর ফাংশনাল গ্রুপের ওপর নির্ভর করে। যদি দুটি পার্শ্ববর্তী কার্বন পরমাণু লেবেলযুক্ত হয়, তবে ডাবলেট স্প্লিটিং সমান হলে একটি ডাবলেট অফ ডাবলেটস (doublet of doublets) ট্রিপলেটে পরিণত হতে পারে।

মেটাবলিক ফ্লাক্স অ্যানালাইসিসের উদ্দেশ্যে NMR কৌশল ব্যবহারের অসুবিধা হলো এটি অন্যান্য NMR প্রয়োগ থেকে আলাদা, কারণ এটি একটি বেশ বিশেষায়িত শাখা। সব গবেষণা দলের কাছে একটি NMR স্পেকট্রোমিটার সরাসরি উপলব্ধ নাও হতে পারে। NMR পরিমাপের প্যারামিটারগুলোর অপ্টিমাইজেশন এবং পিক কাঠামোর সঠিক বিশ্লেষণের জন্য একজন দক্ষ NMR বিশেষজ্ঞের প্রয়োজন হয়। কিছু বিপাকীয় পদার্থের ক্ষেত্রে অতিরিক্ত আইসোটোপোমার ডেটা পাওয়ার জন্য বিশেষ পরিমাপ পদ্ধতির প্রয়োজন হতে পারে। এছাড়া, পিক এরিয়ার সঠিক পরিমাণ নির্ধারণ এবং জটিল সিঙ্গলেট, ডাবলেট ও ট্রিপলেট পিকের বিয়োজন শনাক্ত করার জন্য বিশেষভাবে অভিযোজিত সফটওয়্যার টুলের প্রয়োজন হয়।

নিউক্লীয় চৌম্বকীয় অনুরণনের বিপরীতে, ভর বর্ণালীবীক্ষণ (MS) হলো আরেকটি পদ্ধতি যা মেটাবলিক ফ্লাক্স অ্যানালাইসিস পরীক্ষার জন্য আরও বেশি প্রযোজ্য এবং সংবেদনশীল। MS যন্ত্রগুলো বিভিন্ন সংস্করণে পাওয়া যায়। দ্বিমাত্রিক নিউক্লীয় চৌম্বকীয় অনুরণন (2D-NMR) থেকে ভিন্ন, MS যন্ত্রগুলো সরাসরি হাইড্রোলাইসেট (hydrolysate) নিয়ে কাজ করে।[12]

গ্যাস ক্রোমাটোগ্রাফি-ভর বর্ণালীবীক্ষণে (GC-MS), হাইড্রোলাইসেটের যৌগগুলোকে আলাদা করার জন্য MS-কে একটি গ্যাস ক্রোমাটোগ্রাফের সাথে যুক্ত করা হয়। GC কলাম থেকে নির্গত যৌগগুলোকে তখন আয়নিত এবং একই সাথে ফ্র্যাগমেন্ট বা খণ্ডিত করা হয়। GC-MS ব্যবহারের সুবিধা হলো, এতে কেবল মলিকুলার আয়নের ভর আইসোটোপোমারই পরিমাপ করা হয় না, বরং বেশ কয়েকটি ফ্র্যাগমেন্টের ভর আইসোটোপোমার স্পেকট্রামও পরিমাপ করা হয়, যা পরিমাপকৃত তথ্যের পরিমাণ উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে।

লিকুইড ক্রোমাটোগ্রাফি-ভর বর্ণালীবীক্ষণে (LC-MS), GC-কে একটি লিকুইড ক্রোমাটোগ্রাফ দ্বারা প্রতিস্থাপন করা হয়।[13] প্রধান পার্থক্য হলো এতে রাসায়নিক ডেরিভেটাইজেশনের প্রয়োজন হয় না। তবে, MFA-তে LC-MS-এর প্রয়োগ বিরল।

প্রতিটি ক্ষেত্রে, MS যন্ত্রগুলো একটি নির্দিষ্ট আইসোটোপোমার বিন্যাসকে তার আণবিক ওজন দ্বারা ভাগ করে। একটি নির্দিষ্ট বিপাকীয় পদার্থের সব আইসোটোপোমার যাতে সমান সংখ্যক লেবেলযুক্ত কার্বন পরমাণু থাকে, সেগুলোকে একটি পিক সংকেতে সংগ্রহ করা হয়। যেহেতু প্রতিটি আইসোটোপোমার MS স্পেকট্রামের ঠিক একটি পিকে অবদান রাখে, তাই প্রতিটি পিকের জন্য শতাংশের মান গণনা করা যেতে পারে, যা ভর আইসোটোপোমার ভগ্নাংশ প্রদান করে।[12] n সংখ্যক কার্বন পরমাণু বিশিষ্ট একটি বিপাকীয় পদার্থের জন্য, n+1 টি পরিমাপ পাওয়া যায়। নরমালাইজেশনের পর, ঠিক n টি তথ্যবহুল ভর আইসোটোপোমার পরিমাণ অবশিষ্ট থাকে।[12]

MS কৌশল ব্যবহারের অসুবিধা হলো গ্যাস ক্রোমাটোগ্রাফির জন্য, চার্জযুক্ত অণু পাওয়ার জন্য নমুনাটিকে রাসায়নিক ডেরিভেটাইজেশনের মাধ্যমে প্রস্তুত করতে হয়। নমুনা ডেরিভেটাইজ করার জন্য অনেক যৌগ ব্যবহৃত হয়। N,N-ডাইমিথাইলফরমামাইড ডাইমিথাইল অ্যাসিটাল (DMFDMA)[14] এবং N-(tert-বিউটাইলডাইমিথাইলসাইল)-N-মিথাইলট্রাইফ্লুরোঅ্যাসিটামাইড (MTBSTFA)[15] হলো অ্যামিনো অ্যাসিড ডেরিভেটাইজ করার জন্য ব্যবহৃত দুটি উদাহরণ।

এছাড়া, পরিলক্ষিত শক্তিশালী আইসোটোপ প্রভাব GC কলামে ভিন্নভাবে লেবেলযুক্ত আইসোটোপোমারগুলোর রিটেনশন টাইমকে প্রভাবিত করে। GC কলামের ওভারলোডিংও প্রতিরোধ করতে হয়।[15]

পরিশেষে, কার্বন ছাড়া অন্যান্য পরমাণুর প্রাকৃতিক প্রাচুর্যও ভর আইসোটোপোমার স্পেকট্রামে বিঘ্ন ঘটায়। উদাহরণস্বরূপ, অণুর প্রতিটি অক্সিজেন পরমাণু ১৭O আইসোটোপ এবং ১৮O আইসোটোপ হিসেবেও উপস্থিত থাকতে পারে। আইসোটোপের প্রাকৃতিক প্রাচুর্যের আরও উল্লেখযোগ্য প্রভাব হলো সিলিকনের প্রভাব, যার ২৯Si এবং ৩০Si আইসোটোপের প্রাকৃতিক প্রাচুর্য রয়েছে। Si MS কৌশলগুলোর জন্য ডেরিভেটাইজিং এজেন্ট হিসেবে ব্যবহৃত হয়।[12]

রেডিওআইসোটোপিক লেবেলিং

মূল নিবন্ধ: Radioactive tracer

রেডিওআইসোটোপিক লেবেলিং হলো একটি সিস্টেমের মধ্য দিয়ে পদার্থের নমুনার গতিপথ ট্র্যাক করার একটি কৌশল। পদার্থটিকে তার রাসায়নিক গঠনে রেডিওনিউক্লাইড অন্তর্ভুক্ত করে "লেবেল" করা হয়। যখন এগুলো ক্ষয়প্রাপ্ত হয়, তখন তাদের থেকে নির্গত বিকিরণ শনাক্ত করে তাদের উপস্থিতি নির্ধারণ করা যায়। রেডিওআইসোটোপিক লেবেলিং হলো আইসোটোপিক লেবেলিংয়ের একটি বিশেষ ক্ষেত্র।

পজিট্রন এমিশন টমোগ্রাফি (PET) একটি গুরুত্বপূর্ণ চিকিৎসা ইমেজিং পদ্ধতি, যেখানে তেজস্ক্রিয় ১৮F (এবং আরও বিরল ক্ষেত্রে, ১৫O বা ১১C) ব্যবহৃত হয়। এই ধরনের নিউক্লিয়াসের ক্ষয়ের সময়, ইমেজিং করা টিস্যুর ভেতর একটি পজিট্রন উৎপন্ন হয়। এই পজিট্রন পার্শ্ববর্তী টিস্যু থেকে একটি ইলেকট্রনের সাথে বিলীন হয়ে যায়, যার ফলে প্রায় ১৮০° কোণে নির্গত দুটি গামা-রশ্মি ফোটন তৈরি হয়। যদি এই দুটি ফোটনই শনাক্ত করা যায়, তবে ক্ষয়ের ঘটনাটি ≈ ০.৫ মিমি-এর মধ্যে নির্ধারণ করা সম্ভব।[16]

কঠোরভাবে বলতে গেলে, রেডিওআইসোটোপিক লেবেলিংয়ের মধ্যে কেবল সেই ক্ষেত্রগুলোই অন্তর্ভুক্ত যেখানে গবেষকরা কৃত্রিমভাবে তেজস্ক্রিয়তা প্রবর্তন করেন, তবে কিছু প্রাকৃতিক ঘটনা একই ধরনের বিশ্লেষণ করার সুযোগ দেয়। বিশেষ করে, রেডিওমেট্রিক ডেটিং একটি ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত নীতি ব্যবহার করে।

প্রয়োগ

মানব খনিজ পুষ্টি গবেষণায় প্রয়োগ

মানুষের খনিজ পুষ্টি এবং বিপাক অধ্যয়ন করার জন্য স্থিতিশীল আইসোটোপ ট্রেসারের ব্যবহার প্রথম ১৯৬০-এর দশকে রিপোর্ট করা হয়েছিল।[17] যদিও মানব পুষ্টি গবেষণায় রেডিওআইসোটোপ কয়েক দশক ধরে ব্যবহৃত হয়ে আসছিল, স্থিতিশীল আইসোটোপগুলো একটি নিরাপদ বিকল্প উপস্থাপন করে, বিশেষ করে সেইসব ক্ষেত্রে যেখানে বিকিরণ এক্সপোজার নিয়ে উদ্বেগ বেশি থাকে, যেমন—গর্ভবতী ও স্তন্যদানকারী নারী এবং শিশু। স্থিতিশীল আইসোটোপগুলোর অন্যান্য সুবিধার মধ্যে রয়েছে এমন উপাদানগুলো অধ্যয়ন করার ক্ষমতা যাদের কোনো উপযুক্ত রেডিওআইসোটোপ নেই এবং দীর্ঘমেয়াদী ট্রেসার আচরণ অধ্যয়ন করা।[18][19] সুতরাং আইসোটোপিকভাবে সমৃদ্ধ উপাদান এবং অজৈব ভর স্পেকট্রোমিটারের ক্রমবর্ধমান প্রাপ্যতার সাথে স্থিতিশীল আইসোটোপের ব্যবহার সাধারণ হয়ে ওঠে। রেডিওআইসোটোপের পরিবর্তে স্থিতিশীল আইসোটোপ ব্যবহারের কিছু অসুবিধা রয়েছে: ট্রেসারের বৃহত্তর পরিমাণের প্রয়োজন হয়, যা প্রাকৃতিকভাবে বিদ্যমান খনিজকে বিঘ্নিত করতে পারে; বিশ্লেষণাত্মক নমুনা প্রস্তুতি আরও জটিল এবং ভর বর্ণালীবীক্ষণ যন্ত্রপাতির খরচ বেশি; পুরো শরীর বা নির্দিষ্ট টিস্যুতে ট্রেসারের উপস্থিতি বাইরে থেকে পরিমাপ করা যায় না।[20] তবুও, সুবিধাগুলোই প্রাধান্য পেয়েছে, যা স্থিতিশীল আইসোটোপকে মানব গবেষণায় মানদণ্ড করে তুলেছে।

মানুষের স্বাস্থ্যের জন্য অপরিহার্য এবং পুষ্টি গবেষকদের কাছে বিশেষ আগ্রহের বেশিরভাগ খনিজের স্থিতিশীল আইসোটোপ রয়েছে, যার মধ্যে কিছু তাদের কম প্রাকৃতিক প্রাচুর্যের কারণে জৈবিক ট্রেসার হিসেবে উপযুক্ত।[18][20] আয়রন, জিঙ্ক, ক্যালসিয়াম, কপার, ম্যাগনেসিয়াম, সেলেনিয়াম এবং মলিবডেনাম হলো অপরিহার্য খনিজগুলোর মধ্যে অন্যতম, যাদের স্থিতিশীল আইসোটোপ রয়েছে এবং যাদের ক্ষেত্রে আইসোটোপ ট্রেসার পদ্ধতি প্রয়োগ করা হয়েছে। বিশেষ করে আয়রন, জিঙ্ক এবং ক্যালসিয়াম নিয়ে ব্যাপকভাবে গবেষণা করা হয়েছে।

খনিজ পুষ্টি/বিপাকের যে দিকগুলো অধ্যয়ন করা হয় তার মধ্যে রয়েছে শোষণ (পরিপাকতন্ত্র থেকে শরীরে), বিতরণ, সঞ্চয়, নির্গমন এবং এই প্রক্রিয়াগুলোর গতিবিদ্যা। আইসোটোপ ট্রেসারগুলো মৌখিকভাবে (খাবারের সাথে বা ছাড়া, অথবা খনিজ সাপ্লিমেন্টের সাথে) এবং/অথবা শিরায় ইনজেকশনের মাধ্যমে প্রয়োগ করা হয়। এরপর রক্ত প্লাজমা, এরিথ্রোসাইট, প্রস্রাব এবং/অথবা মলে আইসোটোপ এনরিচমেন্ট পরিমাপ করা হয়।[21][22] বুকের দুধে[23] এবং অন্ত্রের উপাদানগুলোতেও এনরিচমেন্ট পরিমাপ করা হয়েছে। খনিজগুলোর বিপাকের পার্থক্যের কারণে ট্রেসার পরীক্ষার নকশা মাঝে মাঝে ভিন্ন হয়। উদাহরণস্বরূপ, আয়রন শোষণ সাধারণত এরিথ্রোসাইটে ট্রেসারের অন্তর্ভুক্তির মাধ্যমে নির্ধারণ করা হয়, যেখানে জিঙ্ক বা ক্যালসিয়াম শোষণ প্লাজমা, প্রস্রাব বা মলে ট্রেসারের উপস্থিতির মাধ্যমে পরিমাপ করা হয়।[24][25] একটি গবেষণায় একাধিক আইসোটোপ ট্রেসারের প্রয়োগ সাধারণ, যা আরও নির্ভরযোগ্য পরিমাপ পদ্ধতি ব্যবহারের এবং বিপাকের একাধিক দিক নিয়ে একই সাথে তদন্ত করার সুযোগ দেয়।

খাদ্য থেকে খনিজ শোষণের পরিমাপ, যা সাধারণত জৈব-উপলব্ধতা হিসেবে পরিচিত, পুষ্টি গবেষণায় আইসোটোপ ট্রেসার পদ্ধতির সবচেয়ে সাধারণ প্রয়োগ। এই ধরনের গবেষণার উদ্দেশ্যগুলোর মধ্যে রয়েছে—খাদ্যের ধরন (যেমন: উদ্ভিদ বনাম প্রাণীজ উৎস, বুকের দুধ বনাম ফর্মুলা), খাদ্যের অন্যান্য উপাদান (যেমন: ফাইটিক অ্যাসিড বা ফাইটেট), রোগ ও বিপাকীয় ব্যাধি (যেমন: পরিবেশগত এন্টেরিক ডিসফাংশন), প্রজনন চক্র, খাদ্যে খনিজের পরিমাণ, দীর্ঘস্থায়ী খনিজ ঘাটতি, ব্যক্তির বয়স এবং শরীরের অভ্যন্তরীণ ভারসাম্য রক্ষার কৌশল (homeostatic mechanisms) কীভাবে শোষণকে প্রভাবিত করে, তা অনুসন্ধান করা। কোনো খনিজের ক্ষেত্রে এই ধরনের গবেষণার ফলাফল পাওয়া গেলে, তা মানুষের শারীরবৃত্তীয় ও খাদ্যতালিকাগত খনিজের প্রয়োজনীয়তা নির্ধারণের ভিত্তি হিসেবে কাজ করতে পারে।[26][27]

খনিজ শোষণ ও বিপাক পর্যবেক্ষণের উদ্দেশ্যে যখন খাদ্যের সাথে ট্রেসার প্রয়োগ করা হয়, তখন তা অভ্যন্তরীণ (intrinsic) বা বাহ্যিক (extrinsic) লেবেল হিসেবে থাকতে পারে।[28][29] অভ্যন্তরীণ লেবেল হলো এমন আইসোটোপ যা খাদ্য উৎপাদনের সময়ই তার মধ্যে প্রবেশ করানো হয়, ফলে এটি খাদ্যের প্রাকৃতিক খনিজ উপাদানকে সমৃদ্ধ করে। অন্যদিকে, বাহ্যিক লেবেলিং বলতে গবেষণার সময় খাদ্যের সাথে ট্রেসার আইসোটোপ যোগ করাকে বোঝায়। অভ্যন্তরীণ লেবেলিং অত্যন্ত সময়সাপেক্ষ ও ব্যয়বহুল পদ্ধতি হওয়ায় এটি নিয়মিত ব্যবহৃত হয় না। বিভিন্ন খাদ্যে অভ্যন্তরীণ ও বাহ্যিক লেবেলিং ব্যবহার করে শোষণের পরিমাপের তুলনা করা গবেষণায় সাধারণত উভয় পদ্ধতির মধ্যে ভালো মিল পাওয়া গেছে, যা এই ধারণাকে সমর্থন করে যে মানুষের পরিপাকতন্ত্রে বাহ্যিক ও প্রাকৃতিক খনিজ একইভাবে প্রক্রিয়াজাত হয়।

ভর বর্ণালীবীক্ষণ (mass spectrometry) ব্যবহার করে ট্রেসার আইসোটোপ ও রেফারেন্স আইসোটোপের অনুপাত বা আইসোটোপ অনুপাত পরিমাপের মাধ্যমে সমৃদ্ধকরণ (enrichment) নির্ণয় করা হয়। বিভিন্ন গবেষক সমৃদ্ধকরণের বিভিন্ন সংজ্ঞা ও হিসাব পদ্ধতি গ্রহণ করেছেন।[30] যখন একই সাথে একাধিক ট্রেসার ব্যবহার করা হয়, তখন সমৃদ্ধকরণের হিসাব আরও জটিল হয়ে পড়ে। যেহেতু সমৃদ্ধ আইসোটোপ প্রস্তুতিগুলো কখনোই আইসোটোপীয়ভাবে বিশুদ্ধ হয় না (অর্থাৎ এগুলোতে মৌলটির সব আইসোটোপ অস্বাভাবিক পরিমাণে থাকে), তাই একাধিক আইসোটোপ ট্রেসারের সমৃদ্ধকরণ হিসাব করার সময় অন্য ট্রেসারের উপস্থিতির কারণে প্রতিটি আইসোটোপ অনুপাতের পরিবর্তনের বিষয়টি বিবেচনায় নিতে হয়।[30]

সম্পদ-স্বল্প দেশগুলোতে খনিজ ঘাটতির ব্যাপকতা এবং মানুষের স্বাস্থ্য ও কল্যাণে এর গুরুতর প্রভাবের কারণে, আন্তর্জাতিক পরমাণু শক্তি সংস্থা সম্প্রতি স্থিতিশীল আইসোটোপ পদ্ধতির বিস্তারিত ও ব্যাপক বিবরণ প্রকাশ করেছে, যাতে পশ্চিমা একাডেমিক কেন্দ্রের বাইরের গবেষকদের কাছে এই জ্ঞান পৌঁছে দেওয়া সহজ হয়।[24][31]

প্রোটিওমিক্সে প্রয়োগ

প্রোটিওমিক্স-এ, যা একটি জিনোম দ্বারা প্রকাশিত সমস্ত প্রোটিন-এর সেট নিয়ে অধ্যয়ন করে, রোগের বায়োমার্কার শনাক্ত করার ক্ষেত্রে সেল কালচারে অ্যামিনো অ্যাসিড দ্বারা স্থিতিশীল আইসোটোপ লেবেলিং (SILAC) ব্যবহার করা যেতে পারে। এটি প্রোটিনের মাত্রা অনুমান করার জন্য অ্যামিনো অ্যাসিডের আইসোটোপিক লেবেলযুক্ত রূপ সরবরাহ করে।[32] রিকম্বিন্যান্ট প্রোটিনের ক্ষেত্রে, পরিবর্তিত প্রোটিনগুলো প্রচুর পরিমাণে উৎপাদিত হয় এবং আইসোটোপ লেবেলিং হলো প্রাসঙ্গিক প্রোটিন পরীক্ষার একটি হাতিয়ার। এই পদ্ধতিটি মূলত নিউক্লিয়াসকে selectively ^13C বা ^15N দিয়ে সমৃদ্ধ করা অথবা ^1H থেকে মুক্ত করার ওপর ভিত্তি করে তৈরি। রিকম্বিন্যান্ট প্রোটিনগুলো নাইট্রোজেনের উৎস হিসেবে ^15N-অ্যামোনিয়াম ক্লোরাইড যুক্ত মাধ্যমে E.coli-তে প্রকাশ করা হয়।[33] উৎপন্ন ^15N লেবেলযুক্ত প্রোটিনগুলোকে এরপর ইমোবিলাইজড মেটাল অ্যাফিনিটি (immobilized metal affinity) দ্বারা বিশুদ্ধ করা হয় এবং তাদের শতাংশ অনুমান করা হয়। লেবেলযুক্ত প্রোটিনের উৎপাদন বাড়াতে এবং আইসোটোপ লেবেলযুক্ত মাধ্যমের খরচ কমাতে, একটি বিকল্প পদ্ধতিতে লেবেলযুক্ত মাধ্যম অল্প পরিমাণে যোগ করার আগে লেবেলহীন মাধ্যম ব্যবহার করে কোষের ভর বাড়ানো হয়।[34] আইসোটোপ লেবেলিংয়ের আরেকটি প্রয়োগ হলো ডিএনএ সংশ্লেষণ পরিমাপ করা, যা in vitro কোষের সংখ্যাবৃদ্ধি (cell proliferation) নির্দেশ করে। কোষের সংশ্লেষণ বা সিকোয়েন্সের ধরন তুলনা করতে H_3-থাইমিডিন লেবেলিং ব্যবহৃত হয়।[35]

বাস্তুতন্ত্র প্রক্রিয়া বিশ্লেষণে প্রয়োগ

প্রাকৃতিক ব্যবস্থায়, বিশেষ করে স্থলজ ও জলজ পরিবেশে বিভিন্ন প্রক্রিয়া পরীক্ষা করার জন্য আইসোটোপিক ট্রেসার ব্যবহৃত হয়। মৃত্তিকা বিজ্ঞানে নাইট্রোজেন চক্র অধ্যয়নের জন্য ^15N ট্রেসার ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, যেখানে কার্বনের স্থিতিশীল ও তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ যথাক্রমে ^13C ও ^14C জৈব যৌগের রূপান্তর এবং স্বভোজী জীব কর্তৃক সংবদ্ধকরণ অধ্যয়নে ব্যবহৃত হয়। উদাহরণস্বরূপ, মার্শ প্রমুখ (২০০৫) দ্বৈত লেবেলযুক্ত (^15N এবং ^14C) ইউরিয়া ব্যবহার করে দেখিয়েছেন যে, অ্যামোনিয়া অক্সিডাইজাররা এই যৌগটিকে শক্তির উৎস (অ্যামোনিয়া জারণ) এবং কার্বনের উৎস (কেমোঅটোট্রফিক কার্বন সংবদ্ধকরণ) উভয় হিসেবেই ব্যবহার করে।[36] ডিউটেরিয়ামযুক্ত জল (deuterated water) গাছের[37] বা বাস্তুতন্ত্রের জলের উৎস ও বয়স নির্ণয়ে ব্যবহৃত হয়।[38]

সমুদ্রবিজ্ঞানে প্রয়োগ

সমুদ্রবিজ্ঞান-এ বিভিন্ন প্রক্রিয়া অধ্যয়নের জন্য ট্রেসার ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। ব্যবহৃত আইসোটোপগুলো সাধারণত প্রাকৃতিকভাবে উৎপন্ন হয়, যাদের উৎস এবং গঠন ও ক্ষয়ের হার সুপ্রতিষ্ঠিত। তবে, মানবসৃষ্ট আইসোটোপও সফলভাবে ব্যবহার করা যায়। গবেষকরা সমুদ্রের ভৌত প্রক্রিয়া সম্পর্কে তথ্য পাওয়ার জন্য বিভিন্ন স্থান ও সময়ে আইসোটোপিক অনুপাত পরিমাপ করেন।

কণা পরিবহন

সমুদ্র হলো কণা পরিবহনের একটি বিশাল নেটওয়ার্ক। থোরিয়াম আইসোটোপ গবেষকদের পদার্থের উল্লম্ব ও অনুভূমিক গতিবিধি বুঝতে সাহায্য করতে পারে। ^234Th-এর সমুদ্রে একটি ধ্রুবক ও সুনির্দিষ্ট উৎপাদনের হার রয়েছে এবং এর অর্ধায়ু ২৪ দিন। এই প্রাকৃতিকভাবে উৎপন্ন আইসোটোপটি গভীরতার সাথে রৈখিকভাবে পরিবর্তিত হয়। অতএব, এই রৈখিক বিন্যাসে যেকোনো পরিবর্তনকে কণার ওপর ^234Th-এর পরিবহনের জন্য দায়ী করা যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, পৃষ্ঠের জলে কম আইসোটোপিক অনুপাত এবং কয়েক মিটার নিচে খুব উচ্চ মান নিচের দিকে উল্লম্ব প্রবাহ নির্দেশ করে। অধিকন্তু, কণার পার্শ্বীয় পরিবহন বোঝার জন্য নির্দিষ্ট গভীরতায় থোরিয়াম আইসোটোপ ট্র্যাক করা যেতে পারে।[39]

সঞ্চালন

উপসাগর, মোহনা এবং ভূগর্ভস্থ জলের মতো স্থানীয় ব্যবস্থায় সঞ্চালন রেডিয়াম আইসোটোপ দিয়ে পরীক্ষা করা যেতে পারে। ^223Ra-এর অর্ধায়ু ১১ দিন এবং এটি নদী ও ভূগর্ভস্থ জলের উৎসে প্রাকৃতিকভাবে পাওয়া যায়। উৎস নদী থেকে জল যখন উপসাগর বা মোহনায় প্রবেশ করে, তখন রেডিয়ামের আইসোটোপিক অনুপাত হ্রাস পায়। বিভিন্ন স্থানে ^223Ra-এর পরিমাণ পরিমাপ করে একটি সঞ্চালন বিন্যাস নির্ণয় করা সম্ভব।[40] এই একই প্রক্রিয়া ভূগর্ভস্থ জলের গতিবিধি ও নিঃসরণ অধ্যয়নেও ব্যবহৃত হয়।[41]

বিশ্বব্যাপী সঞ্চালন অধ্যয়নে সীসার বিভিন্ন আইসোটোপ ব্যবহার করা যেতে পারে। বিভিন্ন মহাসাগরের (যেমন: আটলান্টিক, প্রশান্ত, ভারত মহাসাগর ইত্যাদি) আইসোটোপিক স্বাক্ষর ভিন্ন হয়। এটি বিভিন্ন মহাসাগরের তলানি ও শিলার আইসোটোপিক অনুপাতের পার্থক্যের কারণে ঘটে।[42] যেহেতু সীসার বিভিন্ন আইসোটোপের অর্ধায়ু ৫০–২০০ বছর, তাই পুরো মহাসাগর জুড়ে আইসোটোপিক অনুপাত সমজাতীয় হওয়ার জন্য পর্যাপ্ত সময় পাওয়া যায় না। অতএব, Pb আইসোটোপিক অনুপাতের সুনির্দিষ্ট বিশ্লেষণ বিভিন্ন মহাসাগরের সঞ্চালন অধ্যয়নে ব্যবহৃত হতে পারে।[43]

টেকটোনিক প্রক্রিয়া ও জলবায়ু পরিবর্তন

অত্যন্ত দীর্ঘ অর্ধায়ুসম্পন্ন আইসোটোপ এবং তাদের ক্ষয়জাত পণ্যগুলো টেকটোনিক এবং চরম জলবায়ু পরিবর্তনের মতো কোটি কোটি বছরের প্রক্রিয়া অধ্যয়নে ব্যবহৃত হতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, রুবিডিয়াম-স্ট্রনশিয়াম ডেটিং-এ, পৃথিবীর ইতিহাসের পরিবর্তনগুলো পরীক্ষা করার জন্য বরফের স্তরে স্ট্রনশিয়ামের আইসোটোপিক অনুপাত (^87Sr/^86Sr) বিশ্লেষণ করা যেতে পারে। বরফের স্তরে এই অনুপাতের পার্থক্য পৃথিবীর ভূ-রসায়নের উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন নির্দেশ করে।[43]

পারমাণবিক অস্ত্র সম্পর্কিত আইসোটোপ

উপরোক্ত প্রক্রিয়াগুলো প্রাকৃতিকভাবে উৎপন্ন আইসোটোপ ব্যবহার করে পরিমাপ করা যায়। তবুও, সমুদ্রবিজ্ঞান পরিমাপের জন্য মানবসৃষ্ট আইসোটোপও অত্যন্ত কার্যকর। পারমাণবিক অস্ত্রের পরীক্ষা বিশ্বের মহাসাগরগুলোতে প্রচুর পরিমাণে অস্বাভাবিক আইসোটোপ ছড়িয়ে দিয়েছে। ^3H, ^129I এবং ^137Cs সমুদ্রের জলে দ্রবীভূত অবস্থায় পাওয়া যায়, অন্যদিকে ^241Am এবং ^238Pu কণার সাথে যুক্ত থাকে। জলে দ্রবীভূত আইসোটোপগুলো বিশ্বব্যাপী সঞ্চালন অধ্যয়নে বিশেষভাবে কার্যকর। উদাহরণস্বরূপ, মহাসাগরের অভ্যন্তরে পার্শ্বীয় আইসোটোপিক অনুপাতের পার্থক্য শক্তিশালী জলীয় ফ্রন্ট বা ঘূর্ণি (gyres) নির্দেশ করতে পারে।[44] বিপরীতভাবে, কণার সাথে যুক্ত আইসোটোপগুলো জলের কলামের মধ্যে ভর পরিবহন অধ্যয়নে ব্যবহৃত হতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, গভীরতায় Am বা Pu-এর উচ্চ মাত্রা নিম্নমুখী প্রবাহ নির্দেশ করতে পারে, অথবা পৃষ্ঠতলে দেখা দিলে তা ঊর্ধ্বমুখী প্রবাহ নির্দেশ করে।[45]

আরও দেখুন

তথ্যসূত্র

  1. ↑ Hanson, James Ralph. (2011). "The organic chemistry of isotopic labelling". Royal society of chemistry. ISBN 978-1-84973-188-1.
  2. ↑ (1936). Exchange reactions of heavy water with organic compounds. Part I. Phenol, acetanilide, and the formate ion. Journal of the Chemical Society. 1811–1817. doi:10.1039/JR9360001811.
  3. ↑ (2003). "Am-Benzyne too-Benzyne Conversion through a 1,2-Shift of a Phenyl Group". Journal of the American Chemical Society. 125 (21) 6485–6490. doi:10.1021/ja0213672.
  4. ↑ Dickin, A. P., 2005. Radiogenic Isotope Geology, Cambridge University Press.
  5. ↑ 5.0 5.1 (2003). The oxidative pentose phosphate pathway: structure and organisation. Current Opinion in Plant Biology. 6 (3) 236–246. doi:10.1016/s1369-5266(03)00039-6.
  6. ↑ [1] সংরক্ষিত সংস্করণ
  7. ↑ Wiechert, Wolfgang. (2001). "13C Metabolic Flux Analysis". Metabolic Engineering. 3 (3) 195–206. doi:10.1006/mben.2001.0187.
  8. ↑ 8.0 8.1 (2011). "Synthetic Biology, Part B - Computer Aided Design and DNA Assembly". 498 67–93. ISBN 9780123851208. doi:10.1016/B978-0-12-385120-8.00004-8.
  9. ↑ (1998). "Metabolic engineering: principles and methodologies". 356–404. Academic Press. ISBN 978-0-12-666260-3.
  10. ↑ Stephanopoulos, Gregory. (1999). "Metabolic Fluxes and Metabolic Engineering". Metabolic Engineering. 1 (1) 1–11. doi:10.1006/mben.1998.0101.
  11. ↑ (2003). "FluxAnalyzer: exploring structure, pathways, and flux distributions in metabolic networks on interactive flux maps". Bioinformatics. 19 (2) 261–269. doi:10.1093/bioinformatics/19.2.261.
  12. ↑ 12.0 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 (2001). "13C Metabolic Flux Analysis". Metabolic Engineering. 3 (3) 195–206. doi:10.1006/mben.2001.0187.
  13. ↑ de Graaf, A. A. (2000c). Use of 13C labeling and NMR spectroscopy in metabolic flux analysis. In NMR in Biotechnology: Theory and Applications (J.-N. Barbotin and J.-C. Portais, Eds.), Horizon Scientific Press.
  14. ↑ (2000). "Metabolic network analysis of penicillium chrysogenum using 13c-labeled glucose". Biotechnology and Bioengineering. 68 (6) 652–659. doi:<652::AID-BIT8>3.0.CO;2-J 10.1002/(SICI)1097-0290(20000620)68:6<652::AID-BIT8>3.0.CO;2-J.
  15. ↑ 15.0 15.1 Dauner, M., and Sauer, U. (2000). GC-MS analysis of amino acids rapidly provides rich information for isotopomer balancing. Biotechnol. Prog. 16, 642-649.
  16. ↑ (2011). "Fundamental Limits of Spatial Resolution in PET". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. 648 Supplement 1 S236–S240. doi:10.1016/j.nima.2010.11.092.
  17. ↑ Turnlund, Judith. (1989). "The use of stable isotopes in mineral nutrition research". Journal of Nutrition. 119 (1) 7–14. doi:10.1093/jn/119.1.7.
  18. ↑ 18.0 18.1 (2001). "Advances in Isotope Methods for the Analysis of Trace Elements in Man". 1–22. CRC Press. ISBN 0-8493-8730-2.
  19. ↑ (2001). "Stable isotopes of minerals as metabolic tracers in human nutrition research". Experimental Biology and Medicine. 226 (4) 271–282. doi:10.1177/153537020122600403.
  20. ↑ 20.0 20.1 Sandstrom, Brittmarie. (1996). "Stable isotopes in human nutrition : inorganic nutrient metabolism". 3–9. Harcourt Brace. ISBN 0-12-490540-4.
  21. ↑ (1996). "Stable Isotopes in Human Nutrition: Inorganic Nutrient Metabolism". 23–42. Academic Press. ISBN 0-12-490540-4.
  22. ↑ (2001). "Advances in Isotope Methods for the Analysis of Trace Elements in Man". 59–80. CRC Press. ISBN 0-8493-8730-2.
  23. ↑ Davidsson, Lena. (2001). "Advances in Isotope Methods for the Analysis of Trace Elements in Man". 167–186. CRC Press. ISBN 0-8493-8730-2.
  24. ↑ 24.0 24.1 Davidsson, L. (Lena), 1957-. (2012). "Assessment of iron bioavailability in humans using stable iron isotope techniques". International Atomic Energy Agency. ISBN 978-92-0-126510-4.
  25. ↑ (1995). "The use of stable isotope techniques to assess zinc metabolism". Journal of Nutritional Biochemistry. 6 (6) 292–301. doi:10.1016/0955-2863(95)00043-Y.
  26. ↑ (2001). "DRI : dietary reference intakes for vitamin A, vitamin K, arsenic, boron, chromium, copper, iodine, iron, manganese, molybdenum, nickel, silicon, vanadium, and zinc : a report of the Panel on Micronutrients ... and the Standing Committee on the Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes, Food and Nutrition Board, Institute of Medicine.". National Academy Press. ISBN 0-309-51199-2.
  27. ↑ European Food Safety Authority. (2014). "Scientific Opinion on Dietary Reference Values for zinc". EFSA Journal. 12 (10) 3844. doi:10.2903/j.efsa.2014.3844.
  28. ↑ (1996). "Stable Isotopes in Human Nutrition: Inorganic Nutrient Metabolism". 15–21. Academic Press. ISBN 0-12-490540-4.
  29. ↑ IAEA.. (2018). "Assessment of Zinc Metabolism in Humans Using Stable Zinc Isotope Techniques". 34–36. IAEA. ISBN 978-92-0-108418-7.
  30. ↑ 30.0 30.1 IAEA.. (2018). "Assessment of Zinc Metabolism in Humans Using Stable Zinc Isotope Techniques". 50–58. IAEA. ISBN 978-92-0-108418-7.
  31. ↑ IAEA.. (2018). "Assessment of Zinc Metabolism in Humans Using Stable Zinc Isotope Techniques". IAEA. ISBN 978-92-0-108418-7.
  32. ↑ "Stable Isotope Labeling with Amino Acid in Cell Culture."SILAC. Paydey Lab, n.d. Web. 23 Nov 2011.
  33. ↑ Bunk, David.M. "Expression of Stable Isotopically Labeled Proteins for Use as Internal Standards for Mass Spectrometric Quantitation of Clinical Protein Biomarkers." NIST, material measurement laboratory. The National Institute of Standards and Technology (NIST) is an agency of the U.S. Department of Commerce, 30 Mar 2009. Web. 19 Nov 2011.
  34. ↑ (2001). "A methode for efficient isotopic labeling and recombinent protein". Journal of Biomolecular Labeling. 20 (1) 71–75. doi:10.1023/a:1011254402785.
  35. ↑ German, James. "The pattern of DNA synthesis in the chromosomes of human blood cells ." Rockefeller university press. 20.1 37–65. Print.
  36. ↑ Marsh, K. L., G. K. Sims, and R. L. Mulvaney. 2005. Availability of urea to autotrophic ammonia-oxidizing bacteria as related to the fate of 14C- and 15N-labeled urea added to soil. Biol. Fert. Soil. 42:137-145.
  37. ↑ (2003-01-01). Axial and radial water transport and internal water storage in tropical forest canopy trees. Oecologia. 134 (1) 37–45. doi:10.1007/s00442-002-1080-8.
  38. ↑ (2019). Characterizing the Fluxes and Age Distribution of Soil Water, Plant Water, and Deep Percolation in a Model Tropical Ecosystem. Water Resources Research. 55 (4) 3307–3327. doi:10.1029/2018WR023265.
  39. ↑ (2006). "Thorium isotopes as tracers of particles dynamics and deep water circulation in the Indian sector of the Southern Ocean (ANTARES IV)". Marine Chemistry. 100 (3–4) 299–313. doi:10.1016/j.marchem.2005.10.019.
  40. ↑ (2008). "Seasonal changes in submarine groundwater discharge to coastal salt ponds estimated using 226Ra and 228Ra as tracers". Marine Chemistry. 109 (3–4) 268–278. doi:10.1016/j.marchem.2007.08.001.
  41. ↑ (2007). "Ra and Rn isotopes as natural tracers of submarine groundwater discharge in Tampa Bay, Florida". Marine Chemistry. 104 (1–2) 69–84. doi:10.1016/j.marchem.2006.08.001.
  42. ↑ (2008). "Onset of the Indian Ocean isotopic signature in the Philippine Sea Plate: Hf and Pb isotope evidence from Early Cretaceous terranes". Earth and Planetary Science Letters. 268 (3–4) 255–267. doi:10.1016/j.epsl.2008.01.003.
  43. ↑ 43.0 43.1 (2008). "Radiogenic isotope record of Arctic Ocean circulation and weathering inputs of the past 15 million years". Paleoceanography. 23 (1) PA1S13. doi:10.1029/2007PA001486.
  44. ↑ (2011). "Tracing of water masses using a multi isotope approach in the southern Indian Ocean". Earth and Planetary Science Letters. 302 (1–2) 14–26. doi:10.1016/j.epsl.2010.11.026.
  45. ↑ (2009). "Radionuclides as tracers of water fronts in the South Indian Ocean – ANTARES IV Results". Journal of Oceanography. 65 (3) 397–406. doi:10.1007/s10872-009-0035-7.

বহিঃসংযোগ

no

উৎস: ইংরেজি উইকিপিডিয়ার “Isotopic labeling” নিবন্ধের অনুবাদ। মূল নিবন্ধ: https://en.wikipedia.org/wiki/Isotopic_labeling এই অনুবাদটি স্বয়ংক্রিয়ভাবে প্রস্তুত করা হয়েছে।

Retrieved from "https://ltrc.sciwiki.in/index.php?title=আইসোটোপিক_লেবেলিং&oldid=6575"