第二章-醫(yī)用放射性同位素(2)教學(xué)內(nèi)容

1、第二章-醫(yī)用放射性同位素(2)第一節(jié) 概述一,醫(yī)用放射性核素的要求:1.適宜的射線種類(lèi)和能量: 診斷藥物:發(fā)射射線,高能x射線或正電子. 供探測(cè)的射線衰變分支比要高,能量適宜. 50-500Kev為好. 治療的放射性藥物:發(fā)射（6MeV)射線(1MeV)或中子，不發(fā)射或少發(fā)射或X射線. ,射線電離密度大，傳能線密度高，相對(duì)生物效應(yīng)強(qiáng)，因而治療效果好。 2.適宜的半衰期診斷：幾個(gè)小時(shí)至幾天。治療：不能太短3.毒性?。后w內(nèi)所使用得放射性核素及其衰變產(chǎn)物毒性要小，且容易從體內(nèi)廓清，以減少不必要的機(jī)體損傷。4.比活度和放射性純度高二.醫(yī)用放射性核素的分類(lèi)按半衰期來(lái)分：長(zhǎng),中,短,超短半衰期的放射性核素

2、;按用途來(lái)分類(lèi)：顯像，功能測(cè)定，體外分析和治療的放射性核素;按射線種類(lèi)來(lái)分:, X, ,正電子發(fā)射,電子俘獲(EC),中子輻射和同質(zhì)異能躍遷(IT)等放射性核素.三.放射性核素的特點(diǎn): 1,微量和低濃 2.吸附,共沉淀和膠體: 吸附：指放射性核素從液相或氣像轉(zhuǎn)移到固體物質(zhì)表面得過(guò)程。具有吸附作用的固體物質(zhì)稱(chēng)為吸附劑.被吸附的物質(zhì)稱(chēng)為吸附質(zhì). 分類(lèi):化學(xué)吸附和物理吸附 物理吸附:由于固體表面分子(或原子,離子)存在著剩余吸引力而引起的,如活性炭 吸附水中的雜質(zhì)以及帶有相反電荷的粒子之間的靜電吸附均屬于物理吸附.化學(xué)吸附:是吸附劑與吸附質(zhì)的原子,離子或分子之間的化學(xué)鍵力引起的,它只能吸附具有某種性

3、質(zhì)和結(jié)構(gòu)的吸附質(zhì),因此化學(xué)吸附有選擇性. 練習(xí):舉例.吸附規(guī)律： 具有可逆性。 吸附能力與玻璃的種類(lèi)有關(guān) 與介質(zhì)有關(guān):在強(qiáng)酸性溶液中放射性核素不易被吸附,以陰離子狀態(tài)存在的放射性核素的吸附是由范德華力引起的,因此吸附量也低.除了玻璃外,濾紙對(duì)某些放射性核素的吸附也很強(qiáng). 共沉淀： 沉淀的條件：Ksp 定義： 在溶液中引入某種常量物質(zhì)并使 之沉淀時(shí)，微量放射性物質(zhì)能被常量物質(zhì)載帶而一起自溶液轉(zhuǎn)入沉淀，這就是放射性核素的共沉淀現(xiàn)象。 A.類(lèi)型：類(lèi)型： 共結(jié)晶共結(jié)晶共沉淀：放射性核素分布在常共沉淀：放射性核素分布在常量晶體的內(nèi)部，與常量物質(zhì)形成混晶而量晶體的內(nèi)部，與常量物質(zhì)形成混晶而一起沉淀出來(lái)一起

4、沉淀出來(lái)( (或體積分配或體積分配).). 吸附共沉淀吸附共沉淀: :微量物質(zhì)分布在常量物微量物質(zhì)分布在常量物質(zhì)晶體的表面而一起沉淀出來(lái)質(zhì)晶體的表面而一起沉淀出來(lái)( (或表面分或表面分配配).). B.B. 共沉淀的應(yīng)用：共沉淀的應(yīng)用：（分離提純）（分離提純） 在臨床中在臨床中, ,骨的主要成分是羥基磷灰石骨的主要成分是羥基磷灰石, ,如如果將其中的果將其中的OH-OH-被被18F-18F-取代取代, ,形成共結(jié)晶共沉淀形成共結(jié)晶共沉淀而進(jìn)入羥基磷灰石的晶格中而進(jìn)入羥基磷灰石的晶格中, ,用于骨顯像用于骨顯像. . 3 3、放射性膠體和放射性氣溶膠、放射性膠體和放射性氣溶膠 A.A. 特性：特

5、性：放射性膠粒：放射性膠粒：（比分子、離子的體積大）（比分子、離子的體積大）放射性膠體溶液中，分散介質(zhì)是液體，分放射性膠體溶液中，分散介質(zhì)是液體，分散相是由許多放射性分子或原子組成的聚散相是由許多放射性分子或原子組成的聚集體（膠粒）。所有膠粒都有帶有同一種集體（膠粒）。所有膠粒都有帶有同一種電荷，相互排斥，不易凝聚，很穩(wěn)定。電荷，相互排斥，不易凝聚，很穩(wěn)定。 a、不能透過(guò)半透膜（如羊皮紙、火棉膠等不能透過(guò)半透膜（如羊皮紙、火棉膠等）和過(guò)細(xì)濾介質(zhì)。）和過(guò)細(xì)濾介質(zhì)。 b、擴(kuò)散速度慢，擴(kuò)散系數(shù)小，在超速離、擴(kuò)散速度慢，擴(kuò)散系數(shù)小，在超速離心場(chǎng)下沉淀。心場(chǎng)下沉淀。 c、同位素交換能力下降，且呈不可逆性

6、，、同位素交換能力下降，且呈不可逆性，許多則為離子、分子。許多則為離子、分子。d d、 能進(jìn)行電泳和電滲析，在電介質(zhì)作能進(jìn)行電泳和電滲析，在電介質(zhì)作 用下可凝聚和解聚。（因有電荷）用下可凝聚和解聚。（因有電荷）e e、放射性氣溶膠可自發(fā)形成，濃度低，放射性氣溶膠可自發(fā)形成，濃度低，但電離效應(yīng)強(qiáng)，但電離效應(yīng)強(qiáng)，經(jīng)呼吸道進(jìn)入人體，造經(jīng)呼吸道進(jìn)入人體，造成傷害成傷害( (容易被網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞吸收而牢容易被網(wǎng)狀內(nèi)皮細(xì)胞吸收而牢固地積聚在體內(nèi)固地積聚在體內(nèi), ,使放射性核素難以排使放射性核素難以排除除) )。 B.B. 形成：形成： 真膠體：真膠體：膠粒膠粒10-910-9m m，其溶解度，其溶解度，溶液

7、的溶液的pHpH值，及其中雜質(zhì)影響形成。值，及其中雜質(zhì)影響形成。 假膠體：假膠體：直徑大于真膠體膠粒、普通直徑大于真膠體膠粒、普通離心可沉淀。離心可沉淀。PoPo最易形成膠體，最易形成膠體， pH4HNOpH4HNO3 3中為假膠體；中為假膠體； pH7HNOpH7HNO3 3液中為真膠體，大氣中的液中為真膠體，大氣中的氡。氡。 當(dāng)微量放射性核素載溶液中生成難溶化合物時(shí)，由于其濃度太低，生成的晶核不能繼續(xù)長(zhǎng)大，因此不能以沉淀形式析出，就會(huì)形成膠體，這就是放射性真膠體。 溶液中的微量放射性核素被吸附在非放射性雜志的膠體上，液形成放射性膠體，這種膠體是放射性假膠體。 膠體的直徑是1200nm，就是

8、放射性溶液；當(dāng)放射性物質(zhì)以1105nm的粒徑分散于氣相中時(shí)，則形成放射性氣溶膠。在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用:如:99Tcm的硫化物膠體就被用來(lái)進(jìn)行網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)如肝，脾，骨髓的顯像；而氣溶膠可以通過(guò)呼吸道進(jìn)入人體，且主要沉積在肺部，因此99Tcm氣溶膠就被用來(lái)進(jìn)行肺顯像3.載體和無(wú)載體定義：凡能對(duì)微量物質(zhì)起載帶作用的常量物質(zhì)都稱(chēng)為載體。 同位素載體核非同位素載體 載體在放射化學(xué)中用得很普遍。在沉淀，萃取分離過(guò)程中為了改善分離效果，往往會(huì)加入一些載體。4.輻射的化學(xué)效應(yīng) 在放射性核素自身發(fā)出的射線的作用下，含有放射性核素的體系會(huì)發(fā)生輻射化學(xué)變化：一是直接引起放射性制劑分解，二是自輻射分解產(chǎn)物通過(guò)加成，聚合，取

9、代，進(jìn)一步生成一些副產(chǎn)物。這對(duì)放射性核素的水溶液來(lái)說(shuō)，十分重要因?yàn)樗肿釉陔婋x輻射的作用下，會(huì)發(fā)生一系列反應(yīng) H2O -H2O+ +e- （電離反應(yīng)） H2O -H2O* （激發(fā)反應(yīng)） 從而產(chǎn)生一系列氧化還原反應(yīng) 因此當(dāng)使用高比活度的放射性核素時(shí)，就必須考慮這些輻射化學(xué)效應(yīng) 隔絕氧或加入穩(wěn)定劑可延緩輻射氧化反應(yīng)第二節(jié) 醫(yī)用放射性核素的來(lái)源 反應(yīng)堆是中子源,熱中子注量率達(dá)1012-1015cm-2.s-1。 利用核反應(yīng)堆強(qiáng)大的中子流轟擊各種靶核，可以大量的生產(chǎn)醫(yī)用放射性核素。優(yōu)點(diǎn)：能同時(shí)輻照多種樣品；輻照樣品裝量多，可以大量生產(chǎn)各種放射性核素；輻照時(shí)間可長(zhǎng)可短；靶子制備容易；輻照操作簡(jiǎn)便，而且成

10、本低。缺點(diǎn)：（1）反應(yīng)堆生產(chǎn)的放射性核素，大多是豐中子核素，通常發(fā)生-衰變，而在核醫(yī)學(xué)診斷上，則要求核素盡量不發(fā)射-射線；（2）核反應(yīng)堆生產(chǎn)放射性核素主要是通過(guò)（n,)反應(yīng)， （n,)反應(yīng)的產(chǎn)物與靶元素屬同一元素，利用化學(xué)性質(zhì)難以將他們分開(kāi)，因而其比活度大大降低。 如31P(n,)32P, 31P, 32P為磷元素的同位素。 反應(yīng)堆生產(chǎn)放射性核素，主要是利用中子誘發(fā)的各種核反應(yīng)，中子與靶核作用時(shí)，不存在庫(kù)侖勢(shì)壘，即使能量低的中子也能引起核反應(yīng)，而且低能中子的反應(yīng)截面可以很大，這是中子核反應(yīng)的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)。 用于放射性核素生產(chǎn)的中子核反應(yīng)，主要有四類(lèi)：1.（n,)反應(yīng)分為以下幾種情況：（1）通過(guò)

11、（ n,)反應(yīng)，直接生產(chǎn)所需要的放射性核素。例如：59Co(n,) 60Co (2)通過(guò)（n,)反應(yīng)，再經(jīng)核衰變生成所需要的放射性核素，例如：125I和131I的生產(chǎn)124Xe(n,) 125Xe 125I (3)通過(guò)兩次活兩次以上連續(xù)的(n,) 反應(yīng)，生產(chǎn)所需的 放射性核素。例如：通過(guò)中子輻照鎢靶，186W連續(xù)兩次(n,) 反應(yīng)，生成188W. (4)通過(guò)(n,)反應(yīng)，先制得“母體”核素，然后用快速分離方法，不斷地從母體核素中分離出其衰變生產(chǎn)得子體核素。 （5）通過(guò)(n,)反應(yīng)及其反應(yīng)過(guò)程中的熱原子反沖效應(yīng)，分離得到高比活度的放射性核素。(n,)反應(yīng)生產(chǎn)的醫(yī)用放射性核素：24Na, 51Cr

12、, 55Fe, 59Fe, 99Mo, 125I, 131I, 133Xe, 153Sm, 198Au, 203Hg.2.（n,f)反應(yīng)3.（n,p)反應(yīng)4.（n,)反應(yīng)（n,p),（n,)反應(yīng)生產(chǎn)的醫(yī)用放射性核素： 3H,14C,24Na,32P,35S,45Ca,58Co,64Cu二.加速器生產(chǎn)放射性核素.1.加速器生產(chǎn)放射性核素的特點(diǎn):(1)短壽命的缺中子核素(2)大多以電子俘獲或發(fā)射+形式進(jìn)行衰變(3)高比活度的無(wú)載體的核素(4)成本低,十分方便.2.核反應(yīng)的選擇1)質(zhì)子引起的核反應(yīng),是加速器生產(chǎn)的主要核反應(yīng).2)氘核引起核反應(yīng)三.從核燃料后處理中獲得放射性核素第三節(jié) 放射化學(xué)分離法

13、共沉淀法, 溶劑萃取法, 色譜法, 同位素交換法, 電化學(xué)法, 蒸餾法, 快化學(xué)分離法。 一. 放射化學(xué)分離中涉及的若干概念分配系數(shù)(distribution coefficient): D 某一物質(zhì)M在不相溶的兩相中達(dá)到分配平衡,即在兩相中的濃度不再變化時(shí),它在兩相中的總濃度之比稱(chēng)為分配系數(shù). D=M / M 2. 分離系數(shù)(separation coefficient): 分離系數(shù),是指樣品中兩種物質(zhì)經(jīng)過(guò)分離操作后分別在不相溶的兩相中相對(duì)含量之比,它表示兩種物質(zhì)經(jīng)過(guò)分離操作之后所達(dá)到的相互分離的程度. =A / A / B / B =DA/DB 大于1或小于1,兩種物質(zhì)容易分離。 =1，兩

14、種物質(zhì)無(wú)法分離。3.化學(xué)收率 (chemical yield): Y Y=產(chǎn)品中欲分離核素的總量/原始樣品中欲分離核素的總量 放射性核素的收率可通過(guò)測(cè)定其活度來(lái)計(jì)算： Y=A/A0100%4. 凈化系數(shù)(decontamination factor): DF 又稱(chēng)去污系數(shù)或去污因子。 DF=原始樣品中某種放射性雜質(zhì)的活度/產(chǎn)品中某種放射性雜質(zhì)的活度。 它是衡量分離過(guò)程某種放射性雜質(zhì)去除程度的一個(gè)指標(biāo)。二.溶劑萃取法(solvent extraction)基本原理:是利用不同物質(zhì)在互不相溶的水相和有機(jī)相中分配的不同達(dá)到彼此分離的一種方法。 有機(jī)相：萃取劑稀釋劑 水相：被萃物質(zhì)+酸鹽2. 萃取:把

15、溶于水相的某種物質(zhì)通過(guò)兩相充分混合而轉(zhuǎn)移到有機(jī)相的過(guò)程.3.反萃:把該物質(zhì)從有機(jī)相返回水相的過(guò)程稱(chēng)為反萃。4.洗滌: 為了提高萃取過(guò)程的分離效果,常用一定組成的水相溶液與萃取后的有機(jī)相再次混合,將其中的雜質(zhì)反萃到水相中來(lái),而所需的被萃取物質(zhì)仍留在有機(jī)相,此過(guò)程稱(chēng)為洗滌。5.分配系數(shù):D萃M有/M水(二)萃取條件的選擇1.不同萃取劑和稀釋劑的選擇: 對(duì)萃取劑的要求:(1)對(duì)欲萃取物的萃取容量大,分離系數(shù)大,選擇性好,易于反萃取。 (2)萃取反應(yīng)速度快。(3)粘度小,與水的比重差別大,相分離好,不易形第三相或發(fā)生乳化。(4)化學(xué)穩(wěn)定性和輻射穩(wěn)定性好.(5)與水溶液的互溶性小.(6)毒性低,沸點(diǎn)高,

16、揮發(fā)性小. 常用的萃取劑： 甲基異丁基酮（MIBK), 磷酸三丁酯（TBP), 二（2-乙基已基磷酸）（HDEHP), 三正辛胺（TOA), 噻吩甲酰三氟丙酮（TTA), 冠醚。 對(duì)稀釋劑的要求: 粘度小,與水的比重差別大,揮發(fā)性低,與水的互溶性小,有利于改善萃取劑的物理化學(xué)性能. 如： 烷烴，芳烴類(lèi)以及四氯化碳等2.水相條件的選擇：理想的水相條件應(yīng)使欲分離物的D萃足夠大而雜質(zhì)的D萃足夠小.以得到較高的萃取率和萃主要通過(guò)下述方法達(dá)到: (1)選擇水相的適宜酸類(lèi)和酸度. (2)加適宜的絡(luò)合劑和鹽類(lèi). (3)調(diào)節(jié)被萃取物的化學(xué)形態(tài).3.萃取次數(shù)與相比的選擇 增加萃取次數(shù)和相比可提高萃取率. 萃取次

17、數(shù)以1-3次為宜,相比以0.5-2為宜. (三)色譜法1.定義(chromatography):它是利用混合物中各組分在固定相和流動(dòng)相中親和力的差異使各組分在兩相之間分配不同來(lái)實(shí)現(xiàn)彼此的分離的，當(dāng)流動(dòng)相連續(xù)流經(jīng)固定相時(shí)，各組分在兩相間進(jìn)行反復(fù)多次分配，從而使親和力差別即使很微小的各個(gè)組分也能達(dá)到充分的分離。2.分類(lèi) 柱色譜法(colum chromatography) (1) 吸附色譜法(absorption column chromagraphy) 基本原理:是利用溶液在通過(guò)裝有吸附劑的柱子時(shí),各組分由于吸附能力的不同而實(shí)現(xiàn)互相分離的. 吸附劑的選擇和預(yù)處理: 可選用的吸附劑很多，其吸附性能

18、和應(yīng)用范圍各不相同。 常用于放射化學(xué)分離的有硅膠、氧化鋁、活性碳和分子篩等，可針對(duì)被分離物質(zhì)的特性及分離要求來(lái)進(jìn)行選擇。 應(yīng)注意吸附劑本身的物理化學(xué)性質(zhì)，以防吸附劑發(fā)生溶解或與吸附質(zhì)及其介質(zhì)等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 如氧化鋁就有酸性（pH為3.54.5）、中性（pH為6.97.1）和堿性（pH為1010.5）三種. 選用時(shí)要注意與吸附質(zhì)及其介質(zhì)的酸堿性相適應(yīng)。例如，用于99Mo-99Tcm發(fā)生器的吸附劑就是酸性氧化鋁。 吸附劑的表面性質(zhì)（如比表面及活性等）與吸附劑的原料、制備工藝、粒度和含水量等因素有關(guān)。通常應(yīng)選用粒度較小且均勻，比表面大，活性強(qiáng)的吸附劑。 還要注意吸附劑表面的極性。一般帶電離子和極性

19、分子的分離宜選用極性吸附劑。吸附劑的預(yù)處理: 吸附劑選定后，需進(jìn)行預(yù)處理，包括用水和酸浸泡、洗滌及活化處理等。 例如，氧化鋁的預(yù)處理是將市售的氧化鋁經(jīng)粉碎、過(guò)篩，用水和酸浸泡、洗滌，在500600下烘烤4h，然后在真空干燥器中冷卻，即得到活性氧化鋁。 裝柱 實(shí)驗(yàn)室中常用的色譜柱是用玻璃管或透明塑料管加工制成的，管子下端填塞少許玻璃纖維或裝燒結(jié)玻璃片以支撐吸附劑。也可利用一定規(guī)格的酸式滴定管作色譜柱。 裝柱的方法可分為干法和濕法兩種： 干法是直接將吸附劑用漏斗慢慢加入柱中，并使之填實(shí)，再用適宜的溶劑洗滌，并將柱中氣泡全部除盡； 濕法是先在柱內(nèi)裝入一定體積的水，再打開(kāi)下部活塞，同時(shí)，把預(yù)處理過(guò)的吸

20、附劑和水的勻漿注入柱內(nèi)，讓吸附劑自由沉降，直至達(dá)到所需吸附劑床層高度為止。 實(shí)驗(yàn)室常用的色譜柱 分離操作 常用的分離技術(shù)為淋洗法，即選將含欲分離物質(zhì)的料液吸附在色譜柱頂端，形成初始譜帶，然后用適宜的淋洗劑解吸，使各組分的譜帶距離拉大，最后彼此分開(kāi)，其分離曲線如圖2-4所示。 淋洗劑應(yīng)選擇與欲分離物質(zhì)有較大親和力而與其它雜質(zhì)親和力小的溶劑。 淋洗的速度不可太快，否則組分之間難以充分分離，且“拖尾”很長(zhǎng)；但也不宜太慢，太慢會(huì)發(fā)生縱向擴(kuò)散，同樣不利于分離。 此外，流速還取決于色譜柱的尺寸、吸附劑的性能等。對(duì)于直徑約1.0cm、床層高度約5cm的典型柱子，流速控制在1ml/min左右為宜。 分離操作除

21、淋洗法外，還可采用頂替法，即在淋洗劑中加入吸附能力較欲分離組分強(qiáng)的物質(zhì)作頂替劑來(lái)進(jìn)行解吸，此時(shí)被吸附的組分按吸附能力由弱到強(qiáng)依次從吸附劑上被頂替劑取代下來(lái)。 （2）離子交換柱色譜法（ion-exchange column chromatography） 離子交換柱色譜法是色譜法中常見(jiàn)的一種，它對(duì)相似元素的分離十分有效，這對(duì)濃集和提取微量物質(zhì)具有重要意義。離子交換劑易得，種類(lèi)多，選用方便。離子交換色譜法的缺點(diǎn)是分離時(shí)間往往較長(zhǎng)，離子交換樹(shù)脂的耐熱和耐輻照性能差。 基本原理 離子交換柱色譜法是利用某些固體物質(zhì)中的可交換離子與溶液中的不同離子之間發(fā)生交換反應(yīng)能力訴不同來(lái)進(jìn)行分離的。 具有這種交換能力

22、的固體物質(zhì)稱(chēng)為離子交換劑，這種交換反應(yīng)稱(chēng)為離子交換反應(yīng)。如果把這種反應(yīng)也看作是一處特殊的“吸附”，那么離子交換柱色譜法就與吸附柱色譜法就與吸附柱色譜法的原理十分相似了。 下面，根據(jù)離子交換“吸附”的一些特點(diǎn)，對(duì)其分離原理再作一些補(bǔ)充。 一介陽(yáng)離子M+與氫型離子交換樹(shù)脂RH之間是可發(fā)生如下離子交換反應(yīng)： （2-16） 式中，R為樹(shù)脂網(wǎng)狀骨架。對(duì)于多價(jià)離子Mn+的交換反應(yīng)： （2-17） 當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，如果溶液中的離子濃度非常低，則有 式中， 為選擇系數(shù)；、 分別為Mn+在離子交換劑和溶液中的平衡濃度； ， 分別為H+在離子交換劑和溶液中的平衡濃度。 表示在一定條件下離子交換劑對(duì)溶液中Mn+親

23、和力或選擇性的大小。 ，表明離子交換劑吸附Mn+的能力比吸附H+強(qiáng)。 在一定條件下，當(dāng)離子交換反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，被交換離子在離子交換劑和溶液中的濃度之比即為離子交換分配系數(shù)D交，D交表征離子交換劑對(duì)Mn+交換能力的大小，它與離子交換劑中交換基團(tuán)的性質(zhì)和數(shù)量，溶液中被交換離子Mn+的性質(zhì)和濃度、絡(luò)合劑和其它電解質(zhì)的濃度，溶液的酸堿度以及溫度等因素有關(guān)。根據(jù)這些因素，選擇合適的分離條件，即可分離不同的物質(zhì)。 在同一離子交換體系中，被交換離子A和B的分離系數(shù)a交 =A / A / B / B =DA/DB 實(shí)際上D交反映了離子交換能力的大小，即被交換離子與離子交換劑親和力的大小。 影響離子交換親和力的

24、因素很多，主要是離子的電荷數(shù)Z和水化離子半徑水。 Z越高，水越小，則親和力越大。 對(duì)常用的強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂，在常溫和低濃（一般指0.1mol/L）的水溶液中，有如下一些規(guī)律：離子交換親和力隨被交換離子Z的增加而增大， Na+ Ca2+ Al3+ Th4+ F- C2O42- cit3- (枸櫞酸根) 對(duì)同族元素的同價(jià)離子，離子交換親和力隨被交換離子原子序數(shù)的增加即水的減小而增大。Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+Mg2+ Ca2+ Sr2+ Ba2+ Ra2+Sc3+ Y3+ La3+F- Cl- Br- I- At- 基本操作 離子交換劑的選擇和預(yù)處理 離子交換劑

25、種類(lèi)很多，大致可分為無(wú)機(jī)離子交換劑和有機(jī)離子交換劑，它們又各有天然和人工合成兩種。 目前，應(yīng)用最廣泛的是人工合成有機(jī)離子交換劑，即離子交換樹(shù)脂，它是多孔性海綿狀高分子聚合物，按可交換離子功能團(tuán)類(lèi)型的不同又可分為如下幾種： 在實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)被分離物質(zhì)的性質(zhì)和分離要求來(lái)選擇樹(shù)脂的類(lèi)型及特性（如粒度、交聯(lián)度等），以獲得較好的選擇性和較快的交換速度。 對(duì)于低價(jià)金屬陽(yáng)離子，一般選用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。 對(duì)一些能與陰離子生成金屬絡(luò)陰離子的高價(jià)陽(yáng)離子，則可選用強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂。 樹(shù)脂粒度對(duì)離子交換支力學(xué)和流體力學(xué)均有影響。 一般說(shuō)來(lái)，樹(shù)脂粒度小，則離子交換速度快，柱效率高；但如果粒度太小，則對(duì)流體

26、的阻力過(guò)大，難以用于實(shí)際分離，或必須加壓，進(jìn)行高壓離子交換分離。一般情況下選用60120目的樹(shù)脂為宜 此外，樹(shù)脂交聯(lián)度（合成樹(shù)脂時(shí)所加交聯(lián)劑的重量百分?jǐn)?shù)，它決定了樹(shù)脂空隙大小，從而影響離子擴(kuò)散速度和機(jī)械強(qiáng)度）也要選擇適宜。 樹(shù)脂的預(yù)處理包括研磨、篩分，用水浸泡、漂洗，再用乙醇浸泡、漂洗，然后按酸-水-堿（對(duì)陰離子交換樹(shù)脂）或堿-水-酸（對(duì)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂）的程度進(jìn)行浸泡和洗滌，最后用水洗至近中性備用。 裝柱與轉(zhuǎn)型 裝柱與吸附柱色譜法相同，不再贅述。此外，根據(jù)分離要求的不同，應(yīng)將樹(shù)脂中的可交換離子轉(zhuǎn)換成所需的形式。 陽(yáng)離子交換樹(shù)脂可轉(zhuǎn)成H+，NH4+，Na+，Cu2+型等. 陰離子交換樹(shù)脂可轉(zhuǎn)成O

27、H-，NO3-，Cl-，型等。 分離操作 對(duì)于淋洗法的分離操作，主要是吸附、洗滌、淋洗、樹(shù)脂再生和溫度控制等，這里著重介紹淋洗操作。 首先將料液配置成合適的溶液，以適當(dāng)?shù)牧魉偕现胶陀孟礈靹┫礈?，使料液中不同離子在柱上形成初始譜帶。分離操作的關(guān)鍵是選擇合適的淋洗劑，將譜帶距離拉開(kāi)，將不同離子逐個(gè)解吸下來(lái)。 淋洗劑的選擇主要是確定淋洗劑的種類(lèi)、濃度和酸度。 通常要求淋洗劑對(duì)欲分離核素有較大的分離系數(shù)，較快的交換速度和較高的濃集系數(shù)。 常用的淋洗劑為各種無(wú)機(jī)酸、堿、鹽類(lèi)化合物的水溶液和有機(jī)絡(luò)合淋洗劑，如羥基酸絡(luò)合劑（枸櫞酸、乳酸及-羥基異丁酸等）和氨羧絡(luò)合劑（EDTA，DTPA等）。此外，淋洗流

28、速是影響分離效果和分離速度的又一重要因素，其選擇與吸附柱色譜相同。 （3）凝膠滲透柱色譜法（gel permeation chromatography簡(jiǎn)稱(chēng)GPC） 凝膠滲透柱色譜法是50年代發(fā)展起來(lái)的一種新型液相色譜分離技術(shù)，它是利用交聯(lián)、聚合而形成的表面惰性的多孔物質(zhì)凝膠，經(jīng)泡脹后具有一定孔徑的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其網(wǎng)孔可使一定大小的分子滲透入內(nèi)，較大的分子不能進(jìn)入網(wǎng)孔，不受阻滯地通過(guò)色譜柱，從而達(dá)到分離不同大小分子的目的，這如同篩子過(guò)濾一樣，因此又稱(chēng)為凝膠過(guò)濾色譜法（gel filtration chromatography）。 凝膠滲透柱色譜法分離的關(guān)鍵是凝膠。不同的分離體系需用不同種類(lèi)的凝膠

29、。按凝膠制備方法的不同，可分為均勻、半均勻和非均勻凝膠； 按凝膠強(qiáng)度的不同，可分為軟膠、半硬膠和硬膠； 按凝膠對(duì)溶劑親和性質(zhì)不同可分為親水性、親油性和兩性凝膠； 還可按材料來(lái)源的不同分為有機(jī)和無(wú)機(jī)凝膠. 常用的有葡聚糖凝膠（Sephadex）、聚丙烯酰胺凝膠（Bio-Gel P）、瓊脂糖（Sepharos和Bio-Glas）、二乙烯苯凝膠等，都是有機(jī)凝膠。 其中，葡聚糖凝膠是生物化學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的凝膠，它是先用細(xì)菌發(fā)酵將蔗糖合成相對(duì)分子質(zhì)量為410420104的葡聚糖，然后用環(huán)氧丙烷交聯(lián)成型。選擇適宜的條件，可控制交聯(lián)度和網(wǎng)孔的大小。 葡聚糖凝膠常用水泡漲，也可用乙二醇、二甲亞砜、甲酰胺泡

30、漲，一般浸泡時(shí)間為624h，用傾瀉法漂去細(xì)微顆粒即可裝柱使用。 它們常用于標(biāo)記蛋白質(zhì)、酶、肽、核酸、激素、多糖等的分離和純化。 凝膠滲透柱色譜法的優(yōu)點(diǎn): 是不依賴(lài)流動(dòng)相和固定相的相互作用，因此操作簡(jiǎn)單，無(wú)需梯度淋洗裝置； 試樣在色譜柱中的保留時(shí)間比其它色譜法短得多，因而淋洗峰相對(duì)較窄，有利于檢測(cè)； 無(wú)需依賴(lài)固定相，因此分離容量比其它色譜法大得多，且回收率高，副反應(yīng)少，凝膠使用壽命長(zhǎng)等。 缺點(diǎn): 是淋洗峰的容量小，不能分離分子大小相近的物質(zhì)等 凝膠滲透柱法的基本操作和吸附柱色譜和離子交換柱色譜大致相同，不再贅述。 高效液相色譜法(high performance liquid chromatog

31、raphy) 將極細(xì)的離子交換樹(shù)脂裝入不銹鋼柱子中，用高壓泵將淋洗劑以很高的壓力（如100500kg/cm2）壓入柱頂，使之以高流速（1025ml/cm2min）流過(guò)色譜柱，以達(dá)到快速、高效的分離目的，即稱(chēng)高效相色譜（簡(jiǎn)稱(chēng)HLPC），也稱(chēng)高壓液相色譜。此法高效的關(guān)鍵在于固定相的粒度。 離子交換色譜常用的樹(shù)脂粒度為100200m，甚至更大；而高效離子交換色譜所用的樹(shù)脂粒度只有510m，甚至更小。 由于樹(shù)脂顆粒很細(xì)，大大增加了樹(shù)脂的比表面，加快離子交換動(dòng)力學(xué)過(guò)程，且使溶液流動(dòng)更均勻。 盡管對(duì)流體的阻力很大，但加高壓后仍可獲得很高的流速，這就大大縮短了分離時(shí)間，提高了工作效率，還減少了氣泡的產(chǎn)生 由

32、于操作壓力高，因此對(duì)設(shè)備的要求也高。它需要特制的耐高壓的色譜柱、泵、閥門(mén)和液槽等設(shè)備，并裝有在線分析系統(tǒng)，以適應(yīng)流速快、控制要求嚴(yán)的特點(diǎn)。 目前，許多生化物質(zhì)的分離都用高壓液相色譜，而且根據(jù)不同分離對(duì)象可更換適宜的色譜柱，靈活、方便，分離效果好，速度快，因而應(yīng)用廣。 HPLC配備不同的檢測(cè)器時(shí)，還可用于分析。在放射性藥物的研制中,HPLC連接放射性探測(cè)器，可用來(lái)進(jìn)行復(fù)雜體系標(biāo)記物的放射化學(xué)純度測(cè)定。 2、紙色譜法（paper chromatography） 紙色譜法是用色譜紙或以萃取劑、液體離子交換吸附在色譜紙上作固定相，用有機(jī)溶劑或水溶液作流動(dòng)相來(lái)分離不同物質(zhì)的一種色譜分離法。 將樣品用微量

33、加液滴到一條色譜紙的一端（即原點(diǎn)），晾干后將此端浸于適宜的溶劑（稱(chēng)展開(kāi)劑）即流動(dòng)相中。在色譜紙纖維的毛細(xì)作用下，溶劑被吸上來(lái)， 樣品中的不同組分以不同的速度向另一端移動(dòng)，此過(guò)程稱(chēng)為展開(kāi)，展開(kāi)的距離取決于它們?cè)谌軇┲腥芙舛鹊拇笮『捅簧V紙滯留的程度，從而形成彼此分離的譜帶，達(dá)到分離目的。各組分在色譜紙上的移動(dòng)情況可有比移值Rf來(lái)表示： Rf=某組分移動(dòng)的距離展開(kāi)劑前沿移動(dòng)的距離圖2-5 紙色譜裝置示意圖 圖2-6 紙色譜法示意圖 如圖2-6所示，A，B兩組分的Rf值分別為a/c和b/c，兩者Rf值相差越大，表示A與B越易分離。 影響Rf值的因素很多，除了組分本身的性質(zhì)外，還與色譜紙的性質(zhì)，含水量

34、、展開(kāi)劑的性質(zhì)和展開(kāi)方式、溫度和濕度等因素有關(guān)。對(duì)于給定的色譜分離系統(tǒng)，某組分的Rf是一個(gè)特征值。 色譜圖的測(cè)量通常是將展開(kāi)后色譜紙取出，在展開(kāi)劑前沿作好標(biāo)記，經(jīng)晾干或烘干后，對(duì)放射性組分可用放射性計(jì)數(shù)法或自顯影法測(cè)量，即將色譜紙由原點(diǎn)開(kāi)始，按一定間距或?qū)?yīng)于某一Rf值的位置剪下，測(cè)其放射性活度，作出分離曲線（見(jiàn)圖2-7），并與標(biāo)準(zhǔn)樣品相對(duì)照，即可將經(jīng)過(guò)處理后色譜紙直接放入儀器中進(jìn)行測(cè)量，即可獲得完整的分離曲線，用此進(jìn)行定性的定量分析。圖2-7 紙色譜法的分離曲線 3、薄層色譜（thin layer chromatography，簡(jiǎn)稱(chēng)TLC） 薄層色譜法與紙色譜法很類(lèi)似，它是將固定相均勻地涂覆

35、在一塊玻璃板或塑料板上，形成薄層，然后將樣品滴在薄層的一端（即原點(diǎn)），用適宜的展開(kāi)劑作流動(dòng)相，借助毛細(xì)作用流經(jīng)薄層，使不同組分隨流動(dòng)相展開(kāi)，從而達(dá)到分離目的。 薄層色譜法的固定相是550m細(xì)顆粒的粉末（如吸附劑、離子交換劑、萃取劑、分子篩等）與惰性支持劑（如石膏、氧化鋁、聚乙烯醇等）和粘合劑（如碳酸鈣、淀粉、水玻璃等）按一定比例調(diào)制成漿狀物，均勻地鋪在薄板上，晾干制成，厚度一般為0.20.5mm。 影響層薄色譜Rf的因素主要有分離物質(zhì)、薄層及展開(kāi)方式，溫度和濕度等。樣品經(jīng)展開(kāi)后，可噴霧適當(dāng)試劑，在薄層上生成有色斑點(diǎn)，有針對(duì)性地進(jìn)行測(cè)量；或用放射性自動(dòng)掃描儀，將薄層上放射性依次記錄下來(lái)，也可在熒光燈下觀察熒光斑點(diǎn)。 四、其它分離法 1、電化學(xué)分離法（electrochem