碳13二氧化碳（¹³CO₂）是被稳定同位素¹³C标记的二氧化碳气体，它的分子结构中碳原子含有6个质子和7个中子，天然丰度大约在1.109%。

它与CO₂的物理性质一氧，无色、无味，并且¹³C还没有放射性，但要注意防范高压和窒息的风险。它的核心价值在于¹³C独特的质量与磁性特征，能够通过质谱、核磁共振（NMR）等技术实现精准追踪，是理想的示踪剂。

 

一、多元应用领域：从基础科研到临床诊断

碳13二氧化碳的应用非常广泛，从基础科学到临床诊断都有它的身影。

（一）医学诊断与生理研究

1.消化系统疾病检测

它是¹³C尿素呼气试验的核心标记物，通过口服含¹³C的尿素试剂，在幽门螺杆菌产生的脲酶中会分解尿素进而生成¹³CO₂，然后通过检测呼气中的¹³CO₂丰度就能诊断感染，准确率非常高，这种方法是胃癌早期筛查的重要手段。

2.代谢机制研究

在追踪脂肪代谢、蛋白质合成等生理过程，可以通过检测血液或呼气中¹³C标记产物，提供大量相应的研究数据。

3.临床激光技术

高纯度的¹³CO₂作为激光气体使用时，能够在临床激光腹腔镜等医疗设备中，利用自身的光学特性实现精准手术操作。

 

（二）生物科学研究

1.代谢路径追踪

比如向藻类、细菌等微生物喂食¹³CO₂，可以使其体内有机物被均匀标记，之后通过NMR技术解析其代谢过程，能够大幅提升目标成分的萃取效率以及研究精度。

2.光合作用机理研究

采用¹³C脉冲标记法，向植物提供富集¹³CO₂，再通过检测不同时间点的植物与土壤中¹³C/¹²C的比值（δ¹³C值），定量分析CO₂在吸收、转化及土壤碳的沉积过程，这项研究可以为提高作物产量提供相关依据。

（三）环境与地球科学

1.碳循环与土壤研究

利用C3植物（δ¹³C约-27‰）与C4植物（δ¹³C约-12‰）的同位素差异，利用¹³CO₂示踪能够分析出植物入侵对土壤有机碳的影响，而且还能够监测土壤有机碳的输入输出路径。

2.微生物生态分析

同时也可以作为稳定同位素探针（SIP），追踪环境中微生物对碳源的利用效率，对生态系统中微生物的代谢活性与群落功能展开研究。

 

（四）化学与材料领域

1.有机反应示踪

还可以作为合成原料参与乙酸、尿素等化合物的制备，通过追踪¹³C的移动路径，解析有机反应机理与动力学特征。

2.材料研发与分析

也用于高分辨率的NMR光谱分析，在蛋白质的相互作用、生物大分子结构等研究中起到至关重要的作用，对于提升材料性能测试的灵敏度有很大的作用。

二、核心优势：稳定同位素带来的独特价值

¹³C为稳定同位素，没有衰变辐射，在人体临床检测及长期环境实验中，能够避免放射性¹⁴C的危害；

检测灵敏度高也非常高，¹³C的质量差异能通过质谱仪精准识别，捕捉到微量代谢产物；同样NMR技术利用其磁性特征解析分子结构，支持高throughput筛选

示踪精准性是核心优势，因为天然丰度低，标记后信号会与天然碳源差异十分明显，能够清晰追踪到碳元素在生物体内或环境中的路径

因为化学性质与普通CO₂一致，在植物光合作用、细菌代谢等自然过程也完美适配。