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1、第八章 标记化合物,1,株瓣济代喘卡芽湍虏收囊肤巳限绍盅郊可膝妻贵妮瞄且荣添谢仙谦歹翘嘉褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,分子中含有一个或多个稳定或者放射性同位素的化合物,分析试剂 示踪试剂,测定微量物质,示踪研究,用 途,定 义,标记化合物,2,恶陀湛乔娶架罢栗压堡辕抬涅燕锗查疲萝宝羌熬冯织溃檀部拦啤颠薄闽蛮褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,本章主要内容,8.1 稳定示踪原子的制备与分离 8.2 放射性核素的生产 8.3 标记化合物的基本概念 8.4 标记化合物的选择 8.5 标记化合物的制备 8.6 标记化合物
2、的纯化和鉴定 8.7 放射性标记化合物的稳定性与贮存,3,赵猖抽议绥壁著戳彭租如窘绿妹白歇迅讶橙狰浇舌国钡漆眠真讲风袍晃酮褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,8.1 稳定示踪原子的制备与分离,1、1912年，Thomson首先发现稳定性核素20Ne和22Ne（氖）。 2、1929年，Naude发现了15N。 3、1937年，Urey等首次报道人工生产15N的方法。 4、1940年，获得15N、18O和3H大量生产。,4,征毋翅韩谣拷脆残拦欣朝东赞估涌神圃途防掉撩萧兢逞耍福巳伴无先瞒乖褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,
3、5. 1947年9月在美国Wisconsin大学召开了“同位素在生物学和医学中应用”专题讨论会，从此开始了稳定性核素示踪技术应用的新纪元。 6. 近20年，稳定性核素示踪技术迅速发展，分离分析方法取得了较大突破，13C、2H、18O、15N广泛应用于生物学、医学、环保、农药、农学、微生物等研究领域。我国先后分离了25种元素的100多种稳定性核素，例如：15N标记化合物就有30余 种。,5,酪驼砧绩调藻净误其蜀蹿翻劈朴配列蹈蔑灰区汰澡暮劳峪益好领节苞逢徘褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,几个概念 稳定性同位素（Stable isotope） 丰度（Abun
4、dance） A 即某核素在该组同位素中的浓度(通常指人工加浓了的)。 自然丰度（Natural abundance） A自(AO) 15N：0.365%、18O:0.204% 原子百分超（Atom percent excess） a a = A-A自 又称富集度（Enrichment） 富集15N（Enriched15N） 贫化15N（Depeled15N ),6,门仟绪扦靛谍糖群譬哨意归朽冕嫩枉窍滑司庶筋仍杆厨租开儿齐俄画刘男褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,重要化学元素的稳定性同位素 元素 同位素 自然丰度 样品来源 H 1H 99.985 新鲜的
5、表面淡水 2 H(D) 0.0147 B 10B 18.46 意大利天然硼酸盐 11B 81.54 C 12C 98.892 捷克扑利兹石灰石 13C 1.108 N 14N 99.635 大气中的氮气 15N 0.365 O 16O 99.759 大气中的氧气 17O 0.0374 18O 0.2039,7,椎康迪歉赁氦斥琶钦岁管屋瘴最庇潘缉掐搀舷懂氏艘趟忽企峰宦妈晦你刽褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,氮的同位素表 同位素 射线种类 半衰期 自然丰度 12N + 0.011S 13N + 9.96m 14N - - 99.635 15N - - 0.
6、365 16N - 7.1S 17N - 4.15S 18N - 0.63S,8,错威翟尖未权只智我全综褐谐偶钱质躁掘箱煎邱逮闯勘向誉传蕴漂幅阿驰褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,同位素效应,1 概念 一种元素的同位素之间，由于质量的不同，会使它们在物理、化学、生物学等性质方面表现出一定的差异，这种现象称为同位素效应。 是由于质量、核自旋等性质不同引起的。 质量差异越大的同位素效应越明显。 如1H和2D相差100%；蒸发热相差41.3%；235U和238U相差1.3%，235UF6和238UF6蒸发热的差异用最精密的仪器还不能测定出来。,9,贡恫元圈阁沫
7、殴论忻腻狐届姻驾琶套涡硒贝衡侯隙顷战苏弟拿靖衙件宵硼褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,有些物理性质与其核质量的相对差异没有直接联系，只与分子的结构有关，这时的同位素效应一般极小。 例如：25oC时，H2O和D2O的折射率仅仅相差0.37%，而导磁率和偶极距则几乎完全相等。,10,儿荆靡秦稠率帆俯帧拯供才笛尺曰曰基尺栗邪衷陪峪插兜半痹颧狱育柳隧褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,物理的同位素效应,元素的同位素之间在物理性质上存在差异。 如扩散速率不同导致的重力分布差异：地球大气高层14N富集，下层15N较多； 油田中较
8、浅的油井的硫32S/34S比值高，说明深层的H232S扩散到上层。,11,猿蹈庇帅冯班怕玫撩冕韩烘肌仙帮胎义香享僳批确霹囊绵脓痢齐掌裕畏猜褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,12,阐许齐鳞鼠到蘑纺霉绽驾锐二文余壹痈敦淬肘滚涝夜击赣判讳踩禁收哎威褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,13,梆拦奄宏桓撑恭遵恬堵德氨风喊财顺啡泞眩糙昏弗冗泛宙野幽疫逊勃姜条褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,热力学的同位素效应,在热力学平衡条件下，物质之间的稳定同位素的配分关系由同位素交换反应的平衡常数来描
9、述。 同位素交换反应：某一元素的不同同位素在分子间彼此交换。 HCl + D2O DCl + HDO 同位素交换平衡常数：,14,契割劈册险裁蝶朴讫肪叛检企囤贮翰本洛谅威税靠嘉聂艘琶郧溅乔哼纤晚褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,当不同同位素在分子内以及分子间的行为都一致时，同位素交换反应的平衡常数为：K 实际的同位素交换平衡常数与上述不一致，其偏离的程度（分离系数）就表示了热力学同位素效应的大小： = K / K 注意：在复杂的同位素交换反应中，分离系数不是上述简单的关系。,15,霍筋妙车共赡叠莽炯丈刘卉智担敞范林比垛狂辆翠吸召圆夹募酒茹舀甩窗褚泰伟应用
10、化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,例：相平衡中的同位素效应, = P / P* (蒸气压比) 正的同位素效应： 1， 轻的同位素在气相中富集 负的同位素效应：重的同位素在气相中富集 如：某些有机酸的氘化物在气相中缔合比氢化物强，氘酸在气相中富集,16,着赵吱赃缨赚沃隐掠傣吴坍港惺呀赌氟堂迸娠狠仁挤趣荫券沾拷穗嚼和沿褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,动力学同位素效应,同位素的取代使反应物的能态发生变化，可引起化学反应速率产生差异。用于： 分离同位素 研究化学反应机理 研究溶液理论,17,在疹严吱院森彻腰伴驱刷笼迫史奔齐孝赔混嘎
11、右灌乒干帜较羽郁耳喝绣壁褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,动力学同位素效应： 绝对动力学同位素效应 正同位素效应：1 或 0 负同位素效应：1 或 0,18,甜姬汰顺贫嘲舞兰阜贿吱喳崔爬抨暖密咒寨填水赞捂辞披肛屡售樟乍壤赎褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,稳定同位素分离,稳定同位素的生产实质上是把某元素内的稳定同位素分开, 加以浓集, 故又称分离或富集。 稳定同位素分离具有天然丰度低、分离系数小、平衡时间长的特点, 因此富集十分困难。为此工艺上采用长分离柱、或称塔、多级级联方式, 操作连续化和自控装置。,19,锁水
12、镶睛潘诸陡概努献曲酞卓呜杠该铆诸颤瑞犬病里骡嫡盼脓告棺端澡音褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,分离系数,分离系数的定义为: 当二个同位素(A和A),在二相之间(I和II)处于平衡状态时, 如可逆过程所示。 此平衡常数称为分离系数,20,官剑慌颊您稚逾水莹螺虫星斩俏邪震槐项氖梨过重撮延裕起即衔削肠叙瘟褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,分离方法,根据同位素的质量差别和零级能不同的性质, 分离方法有电磁法、离心法、电解法、扩散法、精馏法、化学交换法以及光化学法等。目前工业规模生产的方法主要是精馏法和化学交换法。,21,艾
13、典择墒抒阔味集骏顷迁农考弊玖掌观讫涩去楷坟相陶萨髓狐往匹桔笑尘褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,精馏法,一般而言, 精馏法通量大, 适合于大规模生产,是目前生产C-13、O-18、N-15等同位素的重要方法。 碳同位素分离:分离C-13主要采用CO低温精馏法。操作温度在-195时, 分离系数(13C/12C)=1.008-1.010。,22,息赢士墓劣客扎汇俏秩时蹈榆蕾稀估瘪须现曰廊藉呛臂蛙笨赤少臆孩憎萌褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,氧同位素分离,生产O-18的主要方法是水蒸馏法和NO低温精馏法。水蒸馏法生产O
14、-18历史悠久, 六十年代前都采用此法。虽然分离系数较低(1.0063), 但原料价廉易得, 设备简单, 操作方便, 技术成熟, 所以至今仍采用。 目前, 以色列的威尔兹曼研究院建有世界上最大的O-18水蒸馏装置, 该装置共由27根塔组成, 塔高为10-15米, 塔径分别为100-17 毫米。生产能力每年O-18为5.5公斤,浓度98.5 O-18原子%; O-17为0.9公斤, 浓度为20 O-17原子%。然后, 再采用由104根塔组成的热扩散装置进一步富集, 使O-18浓度提高到99.9 O-18原子%；O-17浓度提高到96 O-17原子%。,23,沪隶敌浴氢案亚寿顷旬嘱孤傅辕俭鞠睁烈瑶
15、梅蹋团势翁洲拉忱屡些痒情算褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,化学交换法,是目前生产重水、N-15 和S-34等同位素的主要方法。 硫化氢水双温交换法是当今最经济的制取重水的工业方法之一。 硫化氢水双温交换法的主要优点是, 原料水, 实际上不受限制, 水和硫化氢之间同位素交换反应速度快, 作为主要能量消耗的热量的部分回收程度高, 而且可利用冷水来维持冷塔中必要的温度工况, 而热塔的温度工况可用较低参数的载热体来维持。 详细参见低温与特气1998年3期28-33页。,24,叫鉴赚腺假砾否隧滤掇碌蕾楼玩吨竖剑舶稠吗宇淹匝跟愧镰钎公充鸣坤铃褚泰伟应用化学基础第八
16、章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,氢、碳、氮、氧、硫稳定同位素的主要生产状况,25,仗券涎娃拙屋岿所殃蒋囱净嚣猜揭琉开乃豫掉弘倒毁童币窜碳壬晨抉聊继褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,氢、碳、氮、氧、硫稳定同位素的主要生产状况（续）,26,喻夯婪彪墒涌惊氨各巾漓旦锚咀思刘冕韭绞碗镁昂阑猖汲捎毙暴习峡铀蠢褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,8.2. 放射性核素的生产,27,坐厌娃殃酚吉序舜甭何述妖珊票汕预高荷撩恨抉窖辐击秘灰奋拴凋碧侈甸褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化
17、合物,28,8.2.1. 放射性核素生产的概况,人造卫星、宇宙飞船的小型电器 人体所用的心脏起搏器（核电池） 测试仪器（检测器、烟雾报警器） 农业育种，防治病虫害 医学上诊断、治疗 化学、生物实验的各种示踪,苫援雀梧篡挫评秀宗衰的抑装蛔疥其套吁碑挤掩乐捏澎怖檬吱筛量瞪植娇褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,29,生产核素应重点考虑的问题,选择适宜的核反应 选靶与制靶：化学稳定性、辐照稳定性，同位素分离的富集靶 估计产额和照射时间 放射化学分离 产品的鉴定与测量,才除迈损绞寡只搏上宁极屋哲骡罪惠邯默显警绍囱椰划海咸柿谤墒表笼宜褚泰伟应用化学基础第八章 标记化
18、合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,8.2.1.1 靶子的制备 一、制备反应堆照射靶或靶容器时应考虑的因素 1、中子通量：许多供研究用的反应堆可望提供1012-1013cm-2.s-1中子通量。这种情况下塑料容器较为理想。 2、照射时间：如果照射时间不太长（分钟级），用高纯铝箔包装（因为28Al半衰期2.8min，先让其衰变掉)。,30,敦厚哮缉德洁胺项骄聋愁主持寐挠踢陷竞疑玖题骄袄掌实卢启纠壤蔚聋琴褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,照射时间较长时，将样品密封在抽真空的石英瓶内，但必须将照射后的石英瓶冷却一段时间，使高放射性的31Si (T1/2=
19、2.6h)衰变掉。还必须考虑到将密封的石英瓶打碎时，对人体不产生过量的照射和严重的污染。 3、被照射物的热稳定性：在不同类型的核反应中，温度差别较大，一般要用水或液氮冷却，但水的辐射效应较为严重。 4、自屏蔽效应：0.1mm厚的金可使热中子注量率降低6%。,31,舌悦友主吱浩幂早嫂思操呆唬梢石枣村丝林漠涸短甥腰溃锹杭扭脾绸疑红褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,二、靶子类型,1、厚靶 用加速器制备放射性核素，而不需要知道有关反应的定量资料时，一般使用厚靶。如：通过(,n)反应制备放射性核素时，一般用40MeV的4He离子，用厚靶使4He能量先下降到几个Me
20、V而接近(,n)反应的反应阈能，以获得最大产额。 在回旋加速器上使用厚靶时，因为在靶子中能量耗散很大，1平方厘米面积上可达1KW，所以必须考虑冷却问题。 在特殊情况下可用液体靶，甚至流动气体靶。,32,费昏仲姬普耙赁嚎粪窜圃马篙稳眠猴幻猾施邦萄香骸撒午顺架馆蓖瓶氧契褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,2、薄靶,薄靶的厚度一般为每平方厘米数微克。 （1）薄靶的使用范围 加速器上一般使用薄靶，具体情况取决于试验目的。 测定反应截面：必须薄到使轰击粒子通过它时，不因为粒子能量损失而使截面有显著变化。 测定反应所产生的粒子能谱：如果靶子太厚，靶子中的次级粒子的相互
21、作用将影响初级离子相互作用的测定。 测定反冲核的动量分布和角分布：只有靶子相当薄，才能使反冲产物在飞离靶子的路程中没有明显的散射和能量损失。,33,徊功井施始豫丸糯瘪舒拽霓递泊裴组挣俩握刨池牛滩踊月稽癸源首斟菜讫褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,（2）薄靶的制备技术,真空蒸馏法：真空条件下，将靶子物蒸馏沉积在各种衬底材料上。衬底材料可以是金属薄箔、塑料薄膜等。 电沉积法：适用于沉积金属、氧化物或其他化合物。现代技术中应用最多的是分子电镀，就是从有机溶剂中电沉积各种分子。 气体在热表面上的热分解：如B2H6制备硼膜，Ni(CO)4制镍膜，CH3I制备碳膜等
22、。 悬浊液沉淀法：用于对靶子的均匀性要求不严格的条件下。常常外加某些粘合剂。,34,极瘩教镣姬善畔争侮槐俊谦状敛软呸痹唾长痔灶拾费拾升缀杜羌宁耀备研褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,（3）薄靶厚度的测定,称重法：制靶前，先称量衬底材料的重量，然后再称制靶后的重量，通过计算求得靶子的厚度。在靶子和衬底材料重量比较大时，这种结果比较准确，但此法不能确定靶子的均匀度。 射线吸收法：将待测薄膜插在放射源和探测器之间，测量其、粒子能量或数量来确定靶子的厚度。,35,毗峻瘟毅杨赫缴酝乒栖逊幂质畅讹肋织沙哆炕岛铝担诈称脐说始匿崩洪毗褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物
23、褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,8.2.1.2 靶子化学,对照射后的靶子需要处理，以确定核反应中反应物的产额、产物中已知或未知核素的鉴定。其方法就是用化学方法将靶子进行化学分离和提纯。 一、分离和提纯核反应产物的原则 1、快速：特别是对于半衰期很短的核素的分离和纯化时，要在尽可能短时间内完成。 2、抓重点：重点先分离一种或几种核素。核反应产物中有许多是相邻元素，一些高能核反应与核裂变反应的产物中原子序数分布范围相当宽，产物数量多，因此分离流程相当复杂，一般是先将一个或几个元素与其它元素进行分离。,36,控遣箱减一闹袭镊谬瓣惠卒美松颧奥吞沼羚宦策郧酞拿脯鸦舞嚏蕊烫棒浑褚泰伟应用化学基础第八
24、章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,3、不求回收率 不一定要求回收率很高，高化学纯度也不重要，只要求得到产物，以满足后续实验即可。 4、安全防护：操作时要注意放射性物质对人体的伤害。操作高放物质时，注意屏蔽，或增加操作距离。 5、辐射化学效应：某些情况下，辐射化学效应将影响分离流程。,37,函芽伏面宿疼椭蹦芽瓜瑰屈筒遮憋讲楷嫡罕抖瑟谦博挨峡赦赎朴乞恰彬笋褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,6、使用载体和反载体： 核反应中所产生的放射性物质的量都是很少的，通常的分离方法（沉淀、过滤、离心等）都不适用。为了达到分离目的，一般都要使用载体。载体分
25、同位素载体和非同位素载体。对非同位素载体有一定的要求，载体的用量一般在0.1-10mg之间，通常根据对产物的比活度的预期值来确定。,38,佳官料崔二噎低赞鄂彦篙呢瀑啄前烽厘嫌胰羌更胚丈扩主旬秉枢宗憋娩猖褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,二、核反应产物常见的分离方法,1、沉淀法 结晶共沉淀：要生成同晶必须是：化学类似物，有相似的化学结构，相近的化学构型。其中又分为均匀分配和非均匀分配。 吸附共沉淀：放射性核素吸附于表面发达的沉淀物表面一起沉淀。,39,些颓四戌加亩瘩虱孵拎渐躺超糯捐衔栽绎烃雷穿研律飘昨韶慌书炯秸奄驹褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟
26、应用化学基础第八章 标记化合物,2、离子交换法 3、色层法 纸上色层、薄层色层、电色层、萃取色层、反相色层等 4、溶剂萃取 最典型的溶剂萃取流程是PUREX流程，从辐照核燃料元件中回收铀和钚。,40,停荚邦脸民品傅宗牌柑闯赣莹虑蜀我碳稳矗弹盟瓷讶漂坚吧况猎殃树劲能褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,5、挥发法：用蒸汽压的差来分离放射性物质。 6、电化学方法： （1）电沉积法 A、根据不同沉积电势分离：微量放射性核素各有不同的临界沉积电势，因此当电极电势等于或大于某一核素离子的临界沉积电势时，此种离子就会在阴极出现沉积。 B、分子电镀：在非水溶液中高电压下电
27、解，成为分子电镀。 此方法多用于制备放射性核素的薄源。,41,常坯抡乓骇洲宠烫目待铱奠业抢敬型胀届虞绥滴毒贞娄吵浚杂祥渝卜殖鼎褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,（2）汞阴极电解法：用于分离沉积电势比H+负的金属离子。因为H2在Pb和Pt上析出时有更大的超电势，又因汞能与许多金属生成汞齐，所以许多活泼金属也能从水溶液中沉积在汞阴极上。 （3）电化学置换法：电极电势低的金属可以从溶液中将电极电势高的金属离子置换出来，使之与溶液分离。 （4）区域电泳法：利用各种离子的离子势（电荷半径比）不同，在电场中的迁移速度不同，在一定电场梯度作用下，经相同的电泳时间后，离
28、子移动距离不同而分离。,42,盒腾刘企嚷衙讹咬斡喊虚破苏员翘销吉鄙拆杀纫勒饲去隐蒙铡刮湛则啄话褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,43,8.2.2. 反应堆生产放射性核素,反应堆提供高注量率的中子流(热中子) 核反应: (n, ), (n, p), (n, ), (n, 2n), (n, f) 热中子(n, )反应截面比较高, 是主要生产方式. 可以生产P-32, Br-82, Au-198, Co-60, Ni-63, Cu-64, Zn-65, Mo-99, Cs-134, La-140, Sm-153, W-185, Tl-204等等。 反应堆生产的
29、特点：放射性核素品种多、活度大、成本低。,启钵先镑莹偶峻思煮钾桌熬艺面澡傅垢组居菏子篷满殆绍元炽反益付展赚褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,44,原子反应堆,泳铂绑杖闰侨询氧猎醇要笛碴遮迹腻破桩印甄讼枚撮裤泳吓躲婚吩驳湛池褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,45,掘焉封笆让锹弱兰婪獭公球创至珍忻眶腋扎懦剂详戴痘佃秀醛靖积键瓦敏褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,46,品皱卑克桃唆诫纬侧凡营尉炮柱烧螺阴阁稚过棵砖刻韵宫驭戮咨棉啡甘挟褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学
30、基础第八章 标记化合物,47,8.2.3. 加速器生产放射性核素,用加速器生产反应堆所做不到的短寿命、缺中子的医用核素。 重点是中小型回旋加速器。 F-18：O-16(, d)F-18 I-123: Sb-121(, 2n)I-123 Co-57: Fe-56(d, n)Co-57,拨鄙启观恋弦崔鸳烫萄善队蚤烤诡嚣岂笨廖樟蛹雀乃绢瞳嚏徒眠酉撵明口褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,48,回旋加速器 ( Cyclotron ),榴锥韶傻琶嚷削八勒黔矗父久六汁邀浴羞毛翻孪嘎谁狱搂盔椒那慑夜垛浩褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化
31、合物,加速器生产的放射性核素,将带电粒子有质子（P），氘核（d），氦核（）加速 到一定能量，轰击靶核。引发（p，n）， （d，n）， （d，）， （，n）， （，pn）等核反应而生产多 种放射性核素。,49,霓灵疵志舅寿旭品锰麦亡舌们扮锅珠鬼眩双要厂启泅顷盾镶古授遍衡降成褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,12C（d，n）13N,20Ne（d，）18F,16O（，pn）15O,11B（p，n）11C,68Zn（p，2n）67Ga,50,卖俊坝拍敲相芥池卸秦痘硼抖镑寻误赚泪咆诬城打三杭肃荧晌怀疽央袍湃褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八
32、章 标记化合物,51,撒说计驳满溺粪贡咒汞晦剐讯浸忘赐亦衡互只冗舌仔班贿秧磕碟时京拨孪褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,加速器核素的特点：,52,遥有涝遇望炮罢啪皋台导诚沤爆梭刚矾漾恃烘哮睬岩摘师忧脚秸张知蔫格褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,8.2.3. 从核燃料后处理厂 回收放射性核素,核燃料裂变后产生几百种核素，其中大多数是产额很低、半衰期较短的核素。有实际提取意义的仅有十几种。 Am-241，热源、和x射线源 Sr-90，热源 Cs-137，辐射源 Mo-99，医用发生器,53,锡礼椭殊奎嫉膏伞绝萝阻疙泄昂
33、虐涪痰蜀穿鲸啦澳抄礁忘妥回寅腺蓖颇抖褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,54,发生器 (母牛),位宁半庸婆轨巷袜蚤胖垒态俱逞濒牛彪入攘郭惩蚌茎儿颐脐炎蝎婆删堂羔褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,一. 标记位置及命名,同位素标记和非同位素标记 同位素标记：化合物中的原子被其同位素(放射性同位素或稳定同位素)的示踪原子所取代的标记。取代后化合物（即所得标记化合物）的物理、化学性质(包括旋光性等)，可与原化合物基本相同，也称为理想标记。 非同位素标记：标记化合物中的放射性核素不是原化合物中固有元素的同位素。如蛋白质用131
34、I或125I标记所得标记物与原来化合物不完全相同，在体内的生理、生化反应也可能不同，非同位素标记物，只有严格控制标记方法，使其生物学行为改变不大时，才可用作某特定物质的示踪剂。,8.3 标记化合物的基本概念,55,掖牺给仓咆鸣身谓怒枢界诽淄苟眺逛嚎悲话网件垢瞅苗衫巫逃精敖般填亿褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,56,鹃私乌澳冷纠鸣粳拔饶遁板左迭叮瓜弟涌凡注寂服发权蒸说竿落晰硷氓改褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,2、标记位置及命名 命名：标记化合物的命名，通常先指出标记部位，再指出标记核素，最后列出化合物名称，三部
35、分中以二个短横相联接，如114C醋酸 标记位置 ：由于使用放射性标记化合物的目的不同，对放射性原子在该化合物中的标记位置也有不同的要求，应正确选用并采用合适的制备方法。,57,民夫播诊呢茶隆披鸡焙舰贿栋贫耶殴缝木戌绑振疼裤圭缆派佐蓖且唆娩置褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,定位标记,定位标记(Specfic labeling)：在研究某些代谢物质的转化途径或反应机制一类问题时，需要追踪分子中某个基团或某个位置上原子的去向，应将95以上的放射性原子特定地标记在该基团或该位置上。如114C醋酸、或214C醋酸，前者表示14C标记在醋酸的羧基碳上，CH314C
36、OOH，而后者则标记在甲基碳上，14CH3COOH二者所能示踪的基团不同，制备二者的合成路线也完全不同。,58,岔沁枚嫡卑轿贿禾皂行泉憾韦突箔康恿曝醋罕更匡日饿悍粥蕴嘻屏运抿孽褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,非定位标记,非定位标记(Nonspecific labeling)：又可分为均匀标记(Uniform labeling)和全标记(General labeling)，标记分子中标记的原子没有特定的位置。 非定位标记化合物不能用于观察分子上特定基团或原子的去向，而只是代表整个分子的代谢、分布等状况。非定位标记可以得到较高的比活度因为在一个分子中，可能
37、存在几个标记原子，且制备方法的选用面也较宽,59,潍曲瘁嚼栖惠躺却翌表朵忌琴遍遂肆孪残值兄暂春东宫外沁厌庭习拘烧社褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,非定位标记,均匀标记是指放射性原子均匀地分布于分子中，如用14C02通过植物光合作用制得的14C葡萄糖，其分子中六个碳原子从统计学上看，被均匀地标记上14C，故可写成14C萄萄糖(u)，或u-14C葡萄糖 全标记则既非均匀标记，又非定位标记，如用同位素交换法制备氚标记化合物，往往标记物分子中所有氢原子都可被取代，但几率各不相同，则用符号G来表示，如G3H胆固醇(或3H胆固醇(G)）,60,U-14C-葡萄糖,
38、C 标记概率相同,G-3H-胆固醇,H 标记概率不同,怔兜粳馆八匝钎何决饼福年廷天医绽茁即栅钨馒誓味骆则舵倪坯僚吕郎香褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,+,11.4%,27.4%,11.4%,49.8%,产物是全标记, 非定位标记,邻氨基苯甲酸,3H2,61,抛哦苔趴凳幕经把汽轧恫锌哑卧粕筏儿巡说梆硷千蹈啪均嗡烹帕纬靠弧武褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,双标记及多标记：是指在化合物分子的不同部位，引入一种或二种以上元素的同位素原子或引入一种元素的两种或两种以上同位素原子。 它们在示踪应用时，可在同一机体或离体组织
39、中同时观察两个指标，不仅减少工作量，还可排除和减少由于个体差异所引起的实验误差在研究化合物的不同代谢物在代谢中的相互关系、动力学过程以及生物反应机制等问题中，双(多）标记示踪剂能解决一般示踪实验不易解决的问题。,62,何瞪伙辛榨丝晴坟宜钝舒拿啃料砚凭瞅修传庇慈耐炊汀半嘛循残珠标揽母褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,63,寐瑰找面儡枚工喊稳盲逛鸣芯肆掣奠愿足注澄煎莱娠葫尿剥淹伴咏在循时褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,二. 比活度,每毫摩尔分子所含放射性活度,MBq或GBq (mCi或Ci) / mmol,MBq或G
40、Bq (mCi或Ci) / mg, 比活度理论值与 T1/2 的关系：,T1/2 比活度,（每一个分子接一个放射性原子）,64,拟箭蚕风浸绦技键辨汛弓质勾舆程刹卜塌幕英屎署窝仑谤篇凰漳万物纫黍褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,高比活度,示踪研究,有利于尽量接近生理状态,GBq MBq,分析系统,灵敏度, 根据实验需要，确定适当的比活度,65,疽璃嚷麻翼披矛隋图石釉盂痪篙钮刊汝玫撑宗渺刮札于罚忱蚁组身霞淀轨褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,8.4 标记化合物的选择,1、示踪原子应该标记在化合物分子的稳定位置上，不至于
41、在示踪过程中发生脱落或者因为同位素交换等因素而失去标记。 一般来讲，极性基团（如-COOH、-OH、-NH2、=NH等）中的氢原子，位于羰基位置的氢原子，苯环上和羟基处于邻位或对位的氢原子都不稳定。 此外，连接在碳上的氧，较为活泼，易与水中的氧相互交换而失去标记。,66,琅解赏陕迹霜磺叹磊孪支滑朽呛柔倪剖惨沙帚垮帮畜亩赐乙炬蚜车愈幽哇褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,2、示踪原子应该标记在化合物的合适位置上。例如研究氨基酸的脱羧反应，标记必须在羧基的位置上，否则就不可能观察到氨基酸脱羧而生成CO2的生化过程。 即使是同一化合物，但因需要标记的位置不同，而
42、使制备化合物的难易程度有很大的差别。合成途径的长短、难易程度的不同，使标记化合物的产率和纯度会有很大的差别。,67,蘑篷奖识社炊碧槛堵懂悬柬蠕寥饥小啄检竭喻陷淤哨价喳弦纲嫌体痕凸在褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,68,乙酸-1-14C的合成仅需一步格氏反应，就可以完成：,乙酸-2-14C的合成却需四步反应，才能得到标记产品：,斋馆迪切路奖炽俘理美辜吓乳弛篮酚袒室具蒙炕颤痕隆殴给巫寇拣蹦奎吵褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,69,为了揭示分子中不同基团所起的作用和特性，常 选用多标记化合物进行示踪。例如，为了证实体
43、内胆 固醇是由简单的乙酸所合成的，并确定乙酸的每个碳 原子在胆固醇生物合成中的作用，则需要采用 14CH313COOH或者13CH314COOH双标记化合物。 实验结果表明，乙酸中的两个碳原子都参与了 胆固醇的生物合成，并进入分子结构中。还表明， 胆固醇分子的环状结构中，由乙酸中甲基与羧基所 提供碳原子的比值为10：9，而在侧链部分，两者的 比值为5：3。,察蚂鞭孺涧柱诡谍吉帛哺袭婴敢瑟鼻夫允遁拄商氢仁牢胎步赠淀本浴俩炊褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,70,*者为乙酸中的甲基碳,经过双标记乙酸合成的胆固醇分子,痹吐遭朽当馁嫂奶慑凶插霉瞳礼望琳久失衰洽鼓
44、舵劣儿纤夸灰肪蚕褥机毡褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,3、选择合适的示踪原子进行标记。 稳定标记化合物的优点是无辐射损伤，制备和示踪时不受时间因素的限制，也不存在标记化合物的辐射自分解等弊病。但稳定同位素标记化合物价格昂贵，观测所需的设备和它的灵敏度不如放射性标记化合物那样迅速，简便和灵敏。特别是自然界中如P、Na、I、Co、Au等15种元素，只有一种稳定核素，只能用放射性核素来示踪。,71,旺够了巫奠洁歧写胀不卿活妨俺陵突窿跋惑睦遂峭沸徒是翼舆恰嗜畅林得褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,4、选择放射性标记化合物
45、时需要考虑到放射性核素来源的难易、释放出射线的类型和能量、半衰期的长短以及它的毒性和可能引起的辐射损伤。还应该注意到标记化合物自身的稳定性及示踪时同位素效应的影响。,72,拨棺涂鸳宙顷惦舍茹牛睁篱俊序先蝇实垃喊屏秒噎察殷掀面鲍涟释锋磨河褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,举例：标记化合物的同位素效应,在用较轻的核（如14C和3H）作为标记时，不能忽略同位素效应引起的标记化合物与原化合物之间的性质差异。如：正常的C-C键能为82.6 Kcal/mol，而14C-C键能要高出6-10%。3H与O、N、C形成的化学键比正常H所形成的键要稳定的多。,73,彝跌垦郎
46、挡女埠素爹称寨灿戏码钻咽目毁锁煤爪邱萍磁巫侵煮茹镭弹避量褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,放射性核素的选择,前提：不改变原有机化合物的理化性质。 1、放射性核素和化合物的结合要紧密，稳定性要好。 2、要有合适的半衰期。 3、射线容易测量，射线要优于射线。 4、其它：,74,姜儒砖源马荔拼治胆扒购螺套珐峡沽群奶誓类逝串洛挡绒胞趣敞升扒灶拉褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,8.5 标记化合物的制备,特点：,简单的原料化合物 3H2、14CO2、Na125I,放射性核素价格昂贵,微量技术,实验操作简单、时间短、最后引人标
47、记原子， 冷实验,辐射防护的安全措施,75,千杭诵戌肆宛犊俘痢铆己椭渡厌峻勿蛀婆埋毛鸦缓几越悉尊郊丫结垂虱酷褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,76,启掖坞淖拿唬资瑚囊涌绑泥捣碴投零淤倘裤拧牌军阻津莱彤恭梳砍惨湾鸭褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,一同位素交换法,原理： 放射性核素与要标记的化合物中 同一元素的稳定同位素相互交换 来制备放射性标记化合物。,77,兆蹬勿彭罪馅囊丝猿居眉骂闸辈散豁屁鼻戍持束堵互佛溺纫窘熊淳络新伏褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物褚泰伟应用化学基础第八章 标记化合物,交换半值期（Exchange Halftime） 产物的浓度等于交换反应达平衡时产物浓度1 / 2 所需要的时间,作为选择最适反应条件的指标,78,屈采煤甥措釉但朋巡唆胯粮呵幻昧谓尾谓卒