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1、放射性示踪技术及应用the Technology of Radioactive Trace and its Application,放射性示踪技术及应用the Technology of Radioactive Trace and its Application,1 放射性示踪技术概述,2 放射性示踪法在工业中的应用,3 放射性示踪法在化学中的应用,4 示踪在考古学的应用：年代测定技术,5 放射性示踪法在生物学中的应用,7 放射示踪法在医学上的应用,6 放射性示踪法在生物化学研究的应用,8 放射性标记化合物,9 放射性示踪发展展望,内 容,1 放射性示踪技术概述,定义 应用放射性同位素对普通原
2、子或分子加以标记，利用高灵敏，无干扰的放射性测量技术研究被标记物所显示的性质和运动规律，以便追踪发生的过程、运行状况或研究物质结构等的科学手段。,1.1 放射性示踪技术基本性质,对于含有x个A类原子和y个A*原子的系统，变化进入Z或Z*状态，可表示为 S(xA,yA*)= Z(xA,yA*) 或= Z(x”A,y”A*) 认为同种元素的各同位素的物理化学行为相同，而同位素效应可以忽略的情况下，则 x/x=y/y 或 x”/x=y”/y 即非放射性原子和放射性原子将有同等的分数进入变化生成的中间物或最终产物之中。,1.2 放射性示踪技术的分类,化学标记：放射性示踪核素处于被研究系统组分相同的化合
3、物中，跟踪特定元素的运动，反应或代谢过程，以得出关于该系统化学变化的信息。 物理标记：放射性示踪核素不是被追踪系统的基本部分，而是以某种方式附着在被研究的对象或介质上，它的辐射可以用某种方法被探测，但其化学性质表现并不重要。,用示踪原子标记待研究的物质，追踪其化学变化或在有机体内的运动规律。 将示踪原子与待研究物质完全混合。然后追踪示踪原子。比如，研究河流中泥沙迁移规律，山坡地上水土流失规律，管道中液体的输运过程等。 将示踪原子加入待研究对象中，然后跟踪。比如炼铁高炉炉衬烧损程度的监测等。,1.3 放射性示踪技术的方式,1.4 放射性示踪技术的特点,灵敏度高 可探测1nCi, 10-1410-
4、13 g 化学分析只能达到10-9 g 测量简便、易分辨 不受非放杂质干扰，活体研究，体外测量 提供原子、分子水平的研究手段 微观作用机理、动态变化过程 合乎生理条件 不扰乱体内生理过程的平衡状态 能定位 核显像技术，组织器官、细胞、亚细胞水平定量定位,1.5 放射性核素的来源,反应堆生产：131I、133Xe、24Na、99Mo 中子流 靶材料 产额决定于中子能量、通量密度、靶核数、 核反应截面、照射时间等 加速器生产：11C、13N、15O 带电粒子（p、He、等） 靶材料 小型化、投资少、结构紧凑 母牛法 核素发生器，从母牛体系中分离出处于平衡状态的子体核素，专门制造短寿命放射性核素的装
5、置， 常用:医用核素发生器。,放射性核素发生器,放射性核素发生器- Mo-Tc母牛,此装置是将母体核素99Mo（钼）吸附在一定的吸附柱上，用合适的洗脱剂（一般是用生理盐水）将子体核素99mTc（锝）洗脱下来应用于临床，此过程形似“挤牛奶”，每天可洗脱23次，洗脱下来的99mTc（锝）液可直接供临床使用或制备成放射性药物。用于诊断的放射性药物中99mTc（锝）标记的各种药物，占 80%以上。,60.02h,6.02h,具体过程：由235U的裂变产物经过多次分离纯化，得到99Mo钼酸铵溶液，然后装入有酸性Al2O3吸附剂的色谱柱上，发生如下反应 99MoO42- +2R+ R299MoO4 R+R
6、99TcmO4- 用生理盐水淋洗，可将结合弱的单电荷99TcmO4-离子淋洗下来，而2个电荷的99MoO42- 离子仍牢固的保留在柱上。,99Tcm有合适的半衰期（6.02H)和良好的辐射特性,病人所受的辐射剂量小，140KeV的单光子显像分辨率高；同时99Tcm有良好的化学性质，可与多种含氧、氮、硫的有机或无机物作用成络合物。这些络合物无论在体内或体外均较稳定，可用于人体多种组织器官的疾病诊断。,在发生器内，随着母体核素99Mo的衰变，子体核素99Tcm不断增长、衰变，直到达到放射性平衡，使用化学分离方法从母体中获得无载体的子体。发生器可在一定时间内重复运行，直到母体核素的放射性活度减到很弱
7、为止。这一现象恰似从母牛中挤奶，故放射性核素发生器俗称“母牛”。以99Tcm标记的放射性药物几乎占临床所用的放射性药物的80%以上。,1.6 放射性示踪剂,示踪剂(TRACER): 一种带有特殊标记的物质，当它加入到被研究对象中后，人们可根据其运动和变化来洞悉原来不易或不能辨认的被研究对象的运动和变化规律。 特性 化学性质完全相同 同位素化学性质相同，可正确反映研究对象在物 理、化学和生物过程中的性质和行为。 核素的放射特性不改变物质的物理和化学性质,放射性示踪剂的选择 根据实验目的和要求,放射性半衰期 医学临床应用的为几个小时至十几天. 11C,13N,15O,15N,18O 辐射类型和能量
8、 探测效率高，易于防护； 32P; 14C, 3H 穿透性好， 100-600 keV; 99mTc, 111In, 201Tl 放射性比活度 原始比活度足够高；,放射性示踪剂的选择,为什么比活度要求要大？,例：,S100Ci/g,市售,S=0.52Ci/g,对1mCi的放射性As,前一种样品的质量0.01mg 后一种=20.5 mg,放射性示踪剂的选择,放射性核素的纯度 检验放射性纯度和放射化学纯度；提纯 放射性核素的毒性 尽量选择低毒性核素； 90Sr 高毒 , 89Sr 中毒 示踪剂的生物半衰期 选择生物半衰期短的示踪剂，减少辐射剂量,最常用的放射性示踪核素,许多标记化合物都是 14C和
9、3H 为基础制取的.迄今,作为商品出售的放射性标记化合物已达1000多种,其中, 14C标记化合物约600多种, 3H约300多种, 125I和131I 标记有100多种.,2 放射性示踪法在工业中的应用,工业中流率测量常用方法：放射性示踪技术 优点：测量准确度与速度分布图无关，适用性强。 常用方法： 通过时间法：用于流体体积已知的密封管道。 连续稀释法：用于流体截面不精确，如敞开的沟渠。 总计数法：稀释法的变更,2.1 133Xe-地下管道检漏,2.2 管道流率测定,信号处理显示 Q,ZnS(Ag)小闪烁室 220Rn流气法测管道流量,. 基本原理,如图所示, 0点为钍射气220Rn释放点,
10、 管道流量为Q, 小闪烁室的容积为Vc ，2点至3点之间(包含可调容器)的容积为Vk，220Rn的衰变常数为，则在稳定层流状态下，根据放射性衰变规律，各点的220Rn浓度为：,ZnS(Ag)小闪烁室 220Rn流气法测管道流量,220Rn在小闪烁室a和小闪烁室b的衰变率为：,设小闪烁室的探测效率为， ThA(216Po )的半衰期(0.16秒)很短，可以认为220Rn连续发射2个粒子，则小闪烁室a和小闪烁室b测到的计数率为：,小闪烁室a和小闪烁室b测到的计数率比值为：,流经管道的气体流量Q为:,ZnS(Ag)小闪烁室 220Rn流气法测管道流量,2 . 实验装置,ZnS(Ag)小闪烁室 220
11、Rn流气法测管道流量,3 . 实验结果,有关参数： 小闪烁室容积 ：Vc=64(ml), 即流率低于740ml/min时216Po和220Rn已经达到平衡; 延迟体积：Vk=64 (ml); 小闪烁室的探测效率：a= b=100%, 220Rn的衰变常数：=1.32(min-1)； 气体流率：Q与Q分别表示实际流率与测量流率值（ml/min）,ZnS(Ag)小闪烁室 220Rn流气法测管道流量研究,ZnS(Ag)小闪烁室 220Rn流气法测管道流量,测量流率Q与实际流率Q的比对曲线,ZnS(Ag)小闪烁室 220Rn流气法测管道流量,3 放射性示踪法在化学中的应用,分子结构的研究 如：同位素交
12、换反应 12CO2+13CH4=13CO2+12CH4 13CO2+H12CO3-=12CO2+H13CO3 因同位素核质量的不同使原子或分子的能级发生变化，从而引起光谱谱线位移，因此可以进行分子结构的研究。 化学反应机理研究 化学键的形成方式 反应中发生的分子重排、异构、裂解、水解过程 催化反应中吸附催化机理、吸附分子寿命,3.1 放射分析化学方法,同位素稀释法 原理：放射示踪剂与待测物混合分离测量 实例：P 加速器质谱法（AMS）,7 放射示踪法在医学上的应用,目前全世界80%的同位素用于医学 核药物的分类 诊断核药物： 进入体内的示踪剂，产生射线，通过体外监测装置记录示踪剂在体内的位置、
13、不同器官浓度及随时间的变化。 如：扫描机、 相机、SPECT（单光子发射计算机断层 技术）、PET （正电子发射计算机断层技术） 显象：平面显象、三维断层显象、动态显象,治疗核药物： 利用放射性核素衰变时产生射线的辐照效应达到治疗的目的。 多为、衰变 剂量定位在体内某特定部位 如：131I-NaI：治疗甲亢、甲状腺癌,放射示踪法在医学上的应用,放射性药物99Tcm （锝）,生产便利，（99Tcm标记物占80%） 物理特性： T1/2 = 6.02h；辐射，E=141keV，适用于相机和SPECT 临床应用： 可标记多种化合物 脏器显象剂 心肌显象、脑显象,7.1 Na131I诊断甲状腺功能,口
14、服示踪量Na131I ，在甲状腺部位测量放射性，求131I吸收率,7.2 放射免疫分析（RIA） Radio Immuno Assay,定义：应用放射示踪剂测定体液中生物活性物质含量的体外检测技术。 原理：放射性标记抗原和非标记抗原对限量特异性抗体的竞争抑制反应。 常见分析方法： 测量X和射线样品的放免计数器 测量软射线样品的液体闪烁计数器,应用: 糖尿病人血浆中胰岛素浓度； 血清中甲状腺素浓度； 内分泌学, 肿瘤学, 免疫学, 病毒学等; 测定300多种人体活性物质和药物, 灵敏度达 10-910-12g,7.2 放射免疫分析（RIA）,8 放射性示踪发展展望,核医学发展更加普及 形成相关高科技产业 社会效益显著：心血管病和肿瘤 今后的发展方向 珠联璧合： 核辐射探测技术的高灵敏度+现代计算机技术,