示蹤原理和技術(shù)

第一節(jié)放射性同位素示蹤法的基本原理第二節(jié)放射性同位素示蹤試驗的設(shè)計第三節(jié)放射性測量樣品的采集和制備第四節(jié)放射性污染的去除第五節(jié)放射性廢物的處理第二章放射性同位素示蹤法1

放射性同位素示蹤法

是指借助示蹤原子去追蹤該元素或其“標(biāo)記”化合物在生物有機體（試驗體系）內(nèi)的去向和途徑，研究生物體內(nèi)物質(zhì)代謝的規(guī)律、作用機理和作用部位等的方法。第一節(jié)基本原理2

一、基本依據(jù)及特點

（一）依據(jù)

1、一種元素的同位素具有化學(xué)性質(zhì)的一致性。

2、放射性同位素在物理性質(zhì)上射線的可測性。3（二）放射性同位素示蹤法的特點

1、優(yōu)點

（1）靈敏度高：可測10-18~10-14g

（2）可以在正常的生理條件下進(jìn)行研究（3）易于分辨原有的和實驗加入的原子（4）實驗操作手續(xù)簡便（5）一種不可替代的研究手段4

農(nóng)藥中土壤中的結(jié)合殘留：即用極性與非極性溶劑連續(xù)地徹底地抽提后仍然殘留于土壤中的部分。有機磷農(nóng)藥一直被認(rèn)為是在土壤中非殘留性農(nóng)藥，但應(yīng)用14C-1605等標(biāo)記農(nóng)藥施用于土壤（濃度為1ppm),28天后取土樣，經(jīng)不同溶劑系統(tǒng)連續(xù)多次地徹底抽提，分別測定抽提出的量及殘留于土壤中的量，結(jié)果表明：有機磷農(nóng)藥是殘留性的。5E.TobyKiersetal.Reciprocalrewardsstabilizecooperationinthemycorrhizalsymbiosis.Science,2011,330:880-8826

2、局限性

（1）放射性示蹤劑有放射性。（2）有的元素沒有合適的放射性同位素可供示蹤實驗。（例：氮元素，12-18N，13N：9.96min）

(3)需特殊的儀器，工作人員必須經(jīng)培訓(xùn)。7

二、放射性同位素示蹤法的應(yīng)用類型

1、研究物質(zhì)被生物體吸收、運轉(zhuǎn)，以及在生物體內(nèi)的積累、合成和分解等新陳代謝過程。

2、利用示蹤劑與被追蹤物質(zhì)的物理混合，達(dá)到示蹤的目的。

3、純粹利用放射性達(dá)到示蹤目的。8昆蟲的遷飛規(guī)律9

第二節(jié)放射性同位素示蹤試驗設(shè)計

一、基本工作程序

1、按試驗研究的目的和任務(wù)擬定試驗計劃和方案；

2、示蹤劑的準(zhǔn)備；

3、供試客體的準(zhǔn)備和管理；

4、示蹤劑的引入方法；舉例105、試樣的采集和固定；6、試樣的制備或目的物的分離提?。?、試樣的放射性測量；8、測量數(shù)據(jù)的處理；9、結(jié)果的分析和報告；10、清量試驗中的用具和廢物處理。11土壤微生物對植物吸收89Sr的影響12百喜草13

二、放射性示蹤試驗設(shè)計

（一）應(yīng)考慮的因素

1、同位素效應(yīng)

同位素間因原子質(zhì)量的差異，往往會出現(xiàn)理化性質(zhì)或表現(xiàn)行為的差異，對反應(yīng)過程產(chǎn)生影響，我們把這種差異及影響稱作同位素效應(yīng)。14

對于一些輕元素同位素因其相對質(zhì)量差異比較大，所以同位素效應(yīng)明顯，反映在同位素的擴散速度及參與化學(xué)反應(yīng)的速度上。例如，已證明小球藻從培養(yǎng)液中攝取氘的速度遠(yuǎn)低于氕，重水對生物體甚至有毒害作用，能阻止細(xì)胞分裂。15

2、放射性效應(yīng)

在使用放射性同位素的示蹤試驗中引入生物體的放射性同位素就是一個內(nèi)照射源，會造成一定的生物學(xué)效應(yīng)。可用以下兩種方法檢查試驗中有無放射性效應(yīng)：（1）以穩(wěn)定同位素作對照；（2）不同劑量的放射性同位素作對照。163、同位素交換效應(yīng)

同位素的交換效應(yīng)是在一定條件下經(jīng)常進(jìn)行的反應(yīng)，它可以發(fā)生在液體與固體之間、固體與氣體之間等。4、選擇合適的標(biāo)記位置區(qū)別標(biāo)記原子及標(biāo)記化合物。17有機磷農(nóng)藥馬拉硫磷的分子結(jié)構(gòu)式PCH3OCH3OSSCHCHCOOC2H5COOC2H5去甲基作用酯鍵的水解作用18（二）放射性示蹤劑的選擇

1、半衰期

一般試驗周期較短的，選用半衰期較短的核素作示蹤劑；試驗周期長的則選半衰期長的核素。

2、射線類別

一般選用放出β射線的核素。

3、射線能量19

常用放射性核素的性質(zhì)：

核素半衰期β射線最大能量

32P14.3d1.71MeV

86Rb18.7d1.73MeV

14C5730y0.155MeV35S87.1d0.167MeV3H12.3y0.018MeV20三、示蹤劑用量的估算

確定示蹤劑用量的二個基本原則：

（1）在試驗終了時制得的測樣，其計數(shù)率要高于本底計數(shù)率的兩倍。（2）示蹤劑用量盡控制最小。21

稀釋倍數(shù)（D）的估算可采用逆推法：（1）示蹤劑在生物體內(nèi)的稀釋程度；（2）示蹤劑在生物體內(nèi)分布的不均勻性；（3）生物體對示蹤劑的利用率；（4）測量儀器的計數(shù)效率；（5）時間因素。22

示蹤劑用量估算舉例：

用32P研究早稻植株從插秧到孕穗期，對土壤中磷的吸收及其在植株各器官中的分布。試驗用盆栽，試驗開始時將32P標(biāo)記肥料引入土壤，并均勻混合。從插秧到制樣測量約40天；采樣時每盆樣品的干重100克，測樣質(zhì)量為100mg；磷在植株各器官內(nèi)分布差異高低達(dá)5倍。23

假設(shè)水稻對磷的利用率為10%,測量儀器的計數(shù)效率為10%，本低為15cpm。在孕穗期一次性取樣，求試驗開始時每盆土壤中需引入32P的量。

解：（1）本底為15cpm,計數(shù)率高于兩倍本底，即100mg樣品中不包括本底在內(nèi)的計數(shù)率應(yīng)為：15cpm×2=30cpm;24(2)因為不同器官的樣品差異度為5倍；所以100mg樣品中最低計數(shù)率為：

30cpm×5=150cpm;(3)100g樣品中的總計數(shù)率為：

150cpm×1000=1.5×105cpm;(4)儀器的計數(shù)效率為10%，100g樣品中32P的放射性活度為：

1.5×105cpm/(60s/m)/10%=2.5×104Bq;25

(5)植株對土壤中的磷吸收率僅為10%，每盆需用放射性為：

2.5×104Bq/10%=2.5×105Bq；（6）試驗周期為40天，由于T=14.3d，因此需進(jìn)行時間衰變校正：由A=A0e-λt得：

A0=Aeλt=

2.5×105Bq×e(0。693/14.3)×40

=1.7×106Bq26四、放射性衰變校正和示蹤劑配制

（一）放射性核素說明書考察

說明書標(biāo)明示蹤劑的名稱、狀態(tài)、放射性比活度、總活度、體積（或重量）、出廠日期等。

（二）開瓶、分裝及調(diào)配27五、將示蹤劑引入植物體的方法

（一）氣態(tài)放射性示蹤劑引入植物（二）通過植物地上部分引入（1）注射法（2）葉部引入（三）通過植物根系引入2829六、放射性示蹤試驗的管理

（一）應(yīng)作特殊標(biāo)記；（二）防止交叉污染；（三）實驗管理時需注意防護(hù)；（四）妥善處理放射性廢物。30放射性標(biāo)志31第三節(jié)測量樣品采集和制備

一、采集樣品的原則（一）代表性（二）避免污染

注意：樣品不要給放射性較強的物質(zhì)污染或交叉污染。32二、制備樣品的方法(一)完善的制樣方法應(yīng)滿足以下要求

1.良好的重現(xiàn)性；

2.制備手續(xù)簡便；

3.所得的樣品有盡可能高的計數(shù)率；

4.容易保存，便于復(fù)查；

5.樣品均勻一致，減少誤差。33

（二）樣品制備方法

1.活體樣品

在正常條件下的植物體，不經(jīng)采樣，用儀器直接進(jìn)行測量的方法。此法對觀察營養(yǎng)物質(zhì)自土壤進(jìn)入植物的速度以及進(jìn)入植物體后的運轉(zhuǎn)，分配有一定的意義，但誤差較大。因此只用于粗略地定性觀察。

34

2.新鮮樣品

新鮮樣品采回來后，不經(jīng)烘干，稍經(jīng)加工即進(jìn)行測量，方法有：（1）打孔法；（2）勻漿法。此法手續(xù)簡便，但受生物組織含水量的影響較大，只能用于粗略比較。35

3.干物質(zhì)樣品

在80℃烘箱干后的植物樣品。用研缽粉碎，再烘干后，放入干燥器內(nèi)冷卻，然后準(zhǔn)確稱取一定量樣品。此法操作簡便，準(zhǔn)確度適于一般試驗要求。注意：（1）避免交叉污染；（2）無限厚與無限薄的概念。36

4.灰分樣品

將烘干后的植物樣品直接置于馬福爐中，在一定的高溫下，經(jīng)過2小時以上灰化，使樣品變成灰分，并且要肯定已達(dá)恒重。最后，稱樣測定。此法優(yōu)點是可以把較多的樣品灰化后一起進(jìn)行測量，使計數(shù)率提高。37

第四節(jié)放射性污染的去除

一、污染情況的分類

放射性核素與物質(zhì)表面的結(jié)合情況可能有三種現(xiàn)象：

1）化學(xué)結(jié)合（2）物理結(jié)合（3）機械結(jié)合去除污染時應(yīng)考慮的因素：

（1）被污染的程度；（2）被污染物體表面的特性。38

二、常用的去污劑（一）酸性洗液：3%草酸、鹽酸、硫酸等，對放射性物質(zhì)起溶解作用，主要用于玻璃、陶瓷器皿等的除污染。（二）堿性洗液：5%碳酸鈉、氫氧化鈉、10%的氨水等。39（三）綜合劑或螯合劑：

0.5%乙二胺四醋酸鈉，主要用于消除稀土元素、重金屬等的放射性污染。（四）氧化劑：（五）穩(wěn)定同位素溶液（六）復(fù)合去污劑40

三、去除污染的方法（一）對表面光滑器皿的去污方法（二）被放射性溶液大面積污染時（三）對被放射性粉末污染（四）皮膚被污染

1.不能用有機溶劑；2.不用較濃的酸洗；3.去污時次數(shù)不要太多。41第五節(jié)放射性廢物的處理

原子能科學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用必然會產(chǎn)生放射性的廢氣、廢液和廢物，統(tǒng)稱為“三廢”。如果對“三廢”處理不當(dāng)，可能會造成嚴(yán)重的后果。為了減少輻射危害、保護(hù)環(huán)境，對放射性“三廢”必須嚴(yán)格按照國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，妥善處理。42

一、放射性廢氣的處理方法

對于低毒性核素的廢氣如（14CO2、H235S），濃度不高則排入空氣稀釋；濃度高則需經(jīng)過化學(xué)試劑吸收，然后再排放稀釋。對放射性粉塵或氣溶膠則采用過濾器收集，收集到的放射性物質(zhì)按固體廢物處理。43

二、放射性廢液的處理方法

應(yīng)根據(jù)半衰期的長短和放射性活度分類貯存處理。短半衰期的低放射性廢液若其活度在國家排放標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)則可直接排放；如超過排放標(biāo)準(zhǔn)，則在貯存池內(nèi)存放一定時間，降低放射性活度。44

半衰期長而活度不高的則可用普通水稀釋直接排放；若活度較高（超過國家排放標(biāo)準(zhǔn)）則