放射性示蹤法原理

放射性一種帶有特殊標(biāo)記的物質(zhì)，當(dāng)它加入到被研究對(duì)象中后，人們可根據(jù)其運(yùn)動(dòng)和變化來(lái)洞悉原來(lái)不易或不能辨認(rèn)的被研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)和變化規(guī)律 。

示蹤的應(yīng)用，隱含著兩個(gè)假定：一是放射性核素和它的穩(wěn)定同位素化學(xué)性質(zhì)相同；二是研究對(duì)象的化學(xué)特性不受放射性衰變的影響。第一個(gè)假定僅當(dāng)同位素的質(zhì)量效應(yīng)很重要時(shí)才是不正確的，。第二個(gè)假定，只要示蹤物的濃度很小就是正確的。

放射性示蹤法（radioactive tracer method） 由于放射性核素不斷發(fā)出輻射，無(wú)論它運(yùn)動(dòng)到哪里，都很容易用探測(cè)器探知它的下落，因此可以用作示蹤物來(lái)辨別其他物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)情況和變化規(guī)律。這種放射性示蹤物稱為示蹤原子或標(biāo)記原子 。

1、靈敏度高

可探測(cè)<1 nCi, 10-14~10-13 g ；化學(xué)分析只能達(dá)到10-9 g。

2、測(cè)量簡(jiǎn)便、易分辨

不受非放雜質(zhì)干擾，活體研究，體外測(cè)量。

3、提供原子、分子水平的研究手段

微觀作用機(jī)理、動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。

4、合乎生理?xiàng)l件

不擾亂體內(nèi)生理過(guò)程的平衡狀態(tài) 。

5、能定位

核顯像技術(shù)，組織器官、細(xì)胞、亞細(xì)胞水平定量定位。

化學(xué)性質(zhì)完全相同，但同位素化學(xué)性質(zhì)相同，可正確反映研究對(duì)象在物理、化學(xué)和生物過(guò)程中的性質(zhì)和行為，而且核素的放射特性不改變物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì) 。

放射性示蹤劑的選擇

1、放射性半衰期

2、輻射類型和能量

β探測(cè)效率高，易于防護(hù)； 32P; 14C, 3H

γ穿透性好， 100-600 keV; 99mTc, 111In, 201Tl

3、放射性比活度

原始比活度足夠高；

4、放射性核素的純度

檢驗(yàn)放射性純度和放射化學(xué)純度；提純

5、放射性核素的毒性

盡量選擇低毒組核素； 90Sr 高毒 , 89Sr 中毒

6、示蹤劑的生物半衰期

選擇生物半衰期短的示蹤劑，減少輻射劑量

放射性示蹤法在化學(xué)中的應(yīng)用

1、分子結(jié)構(gòu)的研究 ：

同位素交換反應(yīng)

2、化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究

（1）化學(xué)鍵的形成方式

（2）反應(yīng)中發(fā)生的分子重排、異構(gòu)、裂解、水解過(guò)程

（3）催化反應(yīng)中吸附催化機(jī)理、吸附分子壽命

3、同位素稀釋法

原理：放射示蹤劑與待測(cè)物混合→分離→測(cè)量

實(shí)例：P&G公司測(cè)定洗衣粉中主要成分的殘留量

4、放射分析法

原理：泛指用放射示蹤劑測(cè)定濃度的各種方法

實(shí)例：50萬(wàn)年前北京猿人會(huì)不會(huì)用火

5、活化分析法

原理：中子輻照樣品，通過(guò)活化生成的放射性核素的半衰期、衰變類型與能量等衰變特性進(jìn)行鑒定。

應(yīng)用：定性和定量地測(cè)定復(fù)雜樣品原子組成的一種高靈敏度無(wú)損檢驗(yàn)方法，應(yīng)用于空氣、水、土壤樣品、地質(zhì)樣品、海洋系統(tǒng)和生物系統(tǒng)中痕量組分的分析。

實(shí)例：利用古畫(huà)顏料礦物含量鑒別年代。

放射性示蹤法在生物學(xué)中的應(yīng)用

17世紀(jì)：光學(xué)顯微鏡發(fā)明標(biāo)志著生物醫(yī)學(xué)發(fā)展中的里程碑

20世紀(jì)：放射性示蹤技術(shù)的誕生對(duì)生物學(xué)推進(jìn)同樣重要

1、研究植物的營(yíng)養(yǎng)生理、對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素以及農(nóng)藥的吸附、轉(zhuǎn)運(yùn)、分配和積累規(guī)律

2、研究人和動(dòng)物體內(nèi)物質(zhì)的吸收、分布、代謝和排泄情況

3、為分子生物學(xué)提供原子和分子水平的研究手段

4、應(yīng)用于基因工程

放射自顯影技術(shù)

原理：

放射性核素的電離輻射使照相乳膠感光，顯示樣品中的放射性分布，從而給出定位和定量信息

放射性示蹤法研究光合作用

放射性示蹤法在生物化學(xué)研究的應(yīng)用

1、生物體內(nèi)的物質(zhì)代謝

2、確定代謝途徑或中間代謝環(huán)節(jié)

3、找出代謝物在體內(nèi)發(fā)生變化之后的產(chǎn)物

4、找出體內(nèi)存在的各種生化物質(zhì)的前身

1、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法

整體實(shí)驗(yàn) 離體實(shí)驗(yàn)

2、同位素示蹤法

示蹤量，不破壞體內(nèi)生理過(guò)程的平衡 3H（T1/2=12.3 y), 14C(T1/2=5730 y), 液體閃爍測(cè)量; 加速器質(zhì)譜法（AMS）

放射示蹤法在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

目前全世界80%的同位素用于醫(yī)學(xué)主要核藥物的分類 與診斷核藥物 ：

進(jìn)入體內(nèi)的示蹤劑，產(chǎn)生γ射線，通過(guò)體外監(jiān)測(cè)裝置記錄示蹤劑在體內(nèi)的位置、不同器官濃度及隨時(shí)間的變化。

如：掃描機(jī)、 γ相機(jī)、SPECT（單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層

技術(shù)）、PET （正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層技術(shù)）

顯象：平面顯象、三維斷層顯象、動(dòng)態(tài)顯象

治療核藥物：

利用放射性核素衰變時(shí)產(chǎn)生射線的輻照效應(yīng)達(dá)到治療的目的。

多為α、β衰變

劑量定位在體內(nèi)某特定部位

如：131I-NaI：治療甲抗、甲狀腺癌

1、核醫(yī)學(xué)發(fā)展更加普及

2、形成相關(guān)高科技產(chǎn)業(yè)

3、社會(huì)效益顯著：心血管病和腫瘤

今后的發(fā)展方向

珠聯(lián)璧合：

核輻射探測(cè)技術(shù)的高靈敏度 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)

示蹤氣體濃度衰減法。在待測(cè)室內(nèi)通入適量示蹤氣體，由于室內(nèi)、外空氣交換，示蹤氣體的濃度呈指數(shù)衰減，根據(jù)濃度隨差時(shí)間的變化的值，計(jì)算出室內(nèi)的新風(fēng)量。

國(guó)際上少數(shù)國(guó)家較早開(kāi)始利用監(jiān)測(cè)水工建筑物基礎(chǔ)溫度的方法來(lái)監(jiān)測(cè)水工建筑物基礎(chǔ)的滲流狀況。這是一種基于地球物理學(xué)的探測(cè)技術(shù),稱為溫度示蹤滲流監(jiān)測(cè)技術(shù)。

溫度示蹤滲流監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理是,將一組或幾組具有較高靈敏度的溫度傳感器測(cè)頭埋設(shè)在堤(壩)等擋(蓄)水建筑物的基礎(chǔ)或內(nèi)部的不同深度。在溫度擾動(dòng)的影響消散后,測(cè)定測(cè)量點(diǎn)的溫度。如土堤(壩)的土體孔隙介質(zhì)內(nèi)無(wú)滲流水流動(dòng),則其導(dǎo)熱性較差,溫度場(chǎng)分布較均勻。如測(cè)量點(diǎn)處或附近有滲流水流通過(guò)(滲透流速一般必須大于10-6m/s),將打破該測(cè)量點(diǎn)處附近溫度分布的均勻性及同一組溫度測(cè)量點(diǎn)之間溫度分布的一致性。在研究該處正常度后,可獨(dú)立地確定測(cè)量點(diǎn)處溫度異常是否是由滲漏水活動(dòng)引起的,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)土體內(nèi)集中滲漏點(diǎn)的定位和監(jiān)測(cè)。2100433B

本書(shū)系論文集，內(nèi)容包括植物育種中應(yīng)用示蹤技術(shù)的必要性及其前景；示蹤技術(shù)用于測(cè)定植物根系活性、植物光呼吸生理及其對(duì)產(chǎn)量的影響；示蹤技術(shù)用于研究植物生理生化過(guò)程、植物病理及作物產(chǎn)量的構(gòu)成等方面的理論和實(shí)驗(yàn)方法。

本書(shū)可供應(yīng)用同位素示蹤技術(shù)研究植物育種的科學(xué)工作者和農(nóng)業(yè)大專院校有關(guān)專業(yè)師生參考。