第三章核技術(shù)與方法

第三章核分析技術(shù)與方法2023/2/41核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法主要內(nèi)容第一節(jié)核分析技術(shù)基礎(chǔ)第二節(jié)X射線熒光分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)第四節(jié)同位素示蹤技術(shù)2023/2/42核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法核分析技術(shù)核技術(shù)應(yīng)用反應(yīng)堆、加速器等設(shè)施同位素技術(shù)引言2023/2/43核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法第一節(jié)核分析技術(shù)基礎(chǔ)核分析技術(shù)原理核分析技術(shù)的種類核分析技術(shù)特點2023/2/44核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法核分析技術(shù)原理

核分析技術(shù)是基于被測定的材料或樣品在射線和粒子束的作用下，產(chǎn)生相應(yīng)的輻射特征(射線、粒子、輻射能量)，或者是有的材料或樣品本身具有輻射特征，利用相應(yīng)的探測器測量材料或樣品中某核素輻射特征（如特征譜線）確定核素種類，經(jīng)過計數(shù)效率刻度可進一步確定樣品中核素的活度、含量等信息?？梢远ㄐ苑治觯挚梢远糠治?。2023/2/45核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法離子束分析技術(shù)（Ionbeamanalysis，IBA）超精細相互作用核分析（Hyperfineeffectanalysis）

活化分析技術(shù)（Activationanalysis）

核分析技術(shù)的種類核反應(yīng)分析（NRA)；盧瑟福背散射（RBS);質(zhì)子誘發(fā)X射線熒光分析（PIXE）；加速器質(zhì)譜分析（AMS）；溝道效應(yīng)分析（CT）；穆斯堡爾效應(yīng)；核磁共振效應(yīng)（NMR）；正電子湮滅效應(yīng)（PAT）；中子衍射（Neutrondiffraction）；中子散射（Neutronscattering）；帶電粒子活化；

γ射線活化；中子活化。2023/2/46核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法靈敏度高、準確度好、分辨率高、非破壞性、具備多元素分析能力、能實施離線和在線測量。核分析技術(shù)特點非破壞性分析（Non-destructiveanalysis，NDA

）由于鈾、钚是核武器的核心材料，是核保障的主要對象，所以發(fā)展鈾、钚材料的非破壞性輻射探測與分析技術(shù)是極為重要的，不僅可以獲得鈾、钚材料的同位素豐度、化學組分等化學信息，同時還可以獲得鈾、钚材料的質(zhì)量、年齡、形狀、包裝容器材料厚度、核設(shè)施內(nèi)部污染分布狀況等物理信息。

NDA技術(shù)對核安全保障、軍控核查、核設(shè)施退役和核污染物處置等方面起到了積極的支撐作用。2023/2/47核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法物理、化學、生物、地質(zhì)、考古等學科所研究的各種實體與物質(zhì)的分析，如文物鑒定、年代測定、產(chǎn)地確定、制作工藝水平分析等。核分析技術(shù)應(yīng)用2023/2/48核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法第二節(jié)X-射線熒光分析X射線熒光分析的基本原理X射線熒光光譜儀的基本結(jié)構(gòu)定性定量分析方法X射線熒光光譜法的特點2023/2/49核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法引言

X射線熒光分析（XRF）技術(shù)即是利用初級X射線或其它微觀粒子激發(fā)待測樣品中的原子，使之產(chǎn)生熒光（次級X射線）而進行物質(zhì)成份分析和化學形態(tài)研究的方法。

X射線是一種電磁輻射，按傳統(tǒng)的說法，其波長介于紫外線和γ射線之間，但隨著高能電子加速器的發(fā)展，電子軔致輻射所產(chǎn)生的X射線，其能量可能遠大于γ射線，故X射線的波長范圍沒有嚴格的界限，對于X射線熒光分析而言，一般是指波長為0.001nm～50nm的電磁輻射。對化學分析來說，最感興趣的波段是0.01nm～24nm，0.01nm附近是超鈾元素的K系譜線，24nm則是最輕元素Li的K系譜線。2023/2/410核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法一、 X射線熒光分析的基本原理

高能X射線與原子發(fā)生碰撞，激發(fā)出一個內(nèi)層電子而出現(xiàn)一個空穴，使整個原子體系處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)原子壽命極短，約為10-12s~10-14s，然后自發(fā)地由能量高的狀態(tài)躍遷到能量低的狀態(tài)，這個過程稱為弛豫過程。弛豫過程可以是非輻射躍遷，也可以是輻射躍遷。2023/2/411核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法熒光X射線及俄歇電子產(chǎn)生過程熒光X射線及俄歇電子產(chǎn)生過程示意圖俄歇電子的能量是特征性的。X射線熒光的能量或波長是特征性的。

與元素有一一對應(yīng)的關(guān)系。2023/2/412核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法譜線系產(chǎn)生K系和L系輻射示意圖原子K層電子被逐出后，其空穴可以被外層中任一電子所填充，從而可產(chǎn)生一系列的譜線，稱為K系譜線：由L層躍遷到K層輻射的X射線叫Kα射線，由M層躍遷到K層輻射的X射線叫Kβ射線2023/2/413核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法莫斯萊定律莫斯萊（HGMoseley）發(fā)現(xiàn)，熒光X射線的波長λ與元素的原子序數(shù)Z滿足λ=k(Z-s)-2

式中k和s對同組譜線來說是常數(shù)

熒光X射線的能量為：E=hν=hC/λ只要測出熒光X射線的波長或者能量，就可以確定元素的種類，即進行元素的定性分析。測出熒光X射線的強度即可進行元素的定量分析。2023/2/414核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法二、 X射線熒光光譜儀的基本結(jié)構(gòu)由于X射線具有一定波長，又有一定能量，因此，X射線熒光光譜儀有兩種類型：波長色散型和能量色散型。

X射線熒光光譜儀主要由激發(fā)、色散、探測、記錄及數(shù)據(jù)處理等單元組成。2023/2/415核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法1、X射線管

X射線管產(chǎn)生的X射線透過鈹窗入射到樣品上，激發(fā)出樣品元素的特征X射線。X射線管所消耗功率的0.2%左右轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線輻射，其余均變?yōu)闊崮苁筙射線管升溫，因此必須不斷的通冷卻水冷卻靶電極。2023/2/416核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法2、

分光系統(tǒng)主要部件是晶體分光器，它的作用是通過晶體衍射現(xiàn)象把不同波長的X射線分開。晶體的布拉格衍射定律2dsinθ=nλ改變θ可觀測到不同λ的熒光X射線。分光晶體轉(zhuǎn)動θ角,檢測器必須轉(zhuǎn)動2θ角。2023/2/417核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法3、

檢測記錄系統(tǒng)將X射線光子能量轉(zhuǎn)化為電信號。檢測器有流氣正比計數(shù)器和閃爍計數(shù)器。流氣正比計數(shù)器主要由金屬圓筒負極和芯線正極組成,筒內(nèi)充氬（90%）和甲烷（10%）的混合氣體。適用于輕元素的檢測。2023/2/418核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法3、

檢測記錄系統(tǒng)將X射線光子能量轉(zhuǎn)化為電信號。檢測器有流氣正比計數(shù)器和閃爍計數(shù)器。閃爍計數(shù)器適用于重元素的檢測。2023/2/419核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法熒光X射線譜圖由X光激發(fā)產(chǎn)生的熒光X射線，經(jīng)晶體分光后，由檢測器檢測。2θ-熒光X射線強度關(guān)系曲線這種方法分辨率高，但探測效率低，主要用于化學環(huán)境下的精細結(jié)構(gòu)研究。2023/2/420核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法4、能量色散譜儀利用熒光X射線具有不同能量的特點，將其分開并檢測，不必使用分光晶體，而是依靠半導體探測器來完成。最大優(yōu)點是可以同時測定樣品中幾乎所有的元素、分析速度快。對X射線的總檢測效率比波譜高，因此可以使用小功率X光管激發(fā)熒光X射線。工作穩(wěn)定，儀器體積小。缺點是能量分辨率差，探測器必須在低溫下保存。對輕元素檢測困難。得到計數(shù)率隨光子能量變化的分布曲線，即X光能譜圖。2023/2/421核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法三、 定性定量分析方法樣品的形態(tài)可以是固態(tài)（塊狀、粉末），也可以是液態(tài)。X射線熒光光譜分析是一種相對分析方法，需要通過測試標準樣品確定待測樣品的含量。所測樣品不能含有水、油和揮發(fā)性成份，更不能含有腐蝕性溶劑。樣品的制備情況對測定結(jié)果的不確定度很大。2023/2/422核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法定性分析不同元素的熒光X射線具有各自的特定波長或能量，因此根據(jù)熒光X射線的波長或能量可以確定元素的組成。波長色散型光譜儀檢測器轉(zhuǎn)動的2θ角可以求出X射線的波長λ，從而確定元素成份。能量色散型光譜儀由譜線對應(yīng)能量確定是何種元素及成份。2023/2/423核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法定量分析含量定量分析的依據(jù)：元素的熒光X射線強度Ii與試樣中該元素的含量Ci成正比。Ci——為待測元素濃度；Ki——儀器校正因子；Ii——待測元素的熒光X射線凈強度；Mi——元素間吸收增強效應(yīng)校正因子；Si——與樣品的物理形態(tài)（均勻性、厚度、表面結(jié)構(gòu)等）有關(guān)的因子。Ci=KiIiMiSiIiCi定量分析方法：標準曲線法、增量法、內(nèi)標法等2023/2/424核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法定量分析內(nèi)標法在工業(yè)分析中較多采用。例如，采用X射線衍射內(nèi)標法測定燒結(jié)礦中FeO含量時，選擇NaCl為內(nèi)標物質(zhì)，將其以20%的質(zhì)量比例摻入已知FeO含量的磁鐵礦和燒結(jié)礦標準樣品中，通過測量樣品中Fe3O4衍射峰和內(nèi)標物NaC1衍射峰的強度，獲得衍射強度比值IFe3O4/INaCl，然后根據(jù)IFe3O4/INaCl與已知樣品中FeO物相含量，作出定標曲線。實測樣品時，按同樣方法摻入內(nèi)標物質(zhì)，獲得樣品中Fe3O4和NaCl衍射強度比值IFe3O4/INaCl，即可快速獲得待測樣品中FeO含量。

2023/2/425核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法定量分析基體效應(yīng)是指樣品的基本化學組成和物理化學狀態(tài)的變化對X射線熒光強度所造成的影響。化學組成的變化，會影響樣品對初級X射線和X射線熒光的吸收，也會改變熒光增強效應(yīng)。例如，在測定不銹鋼中Fe和Ni等元素時，由于初級X射線的激發(fā)會產(chǎn)生NiKα熒光X射線，NiKα在樣品中可能被Fe吸收，使Fe激發(fā)產(chǎn)生FeKα。測定Ni時，因為Fe的吸收效應(yīng)使結(jié)果偏低；測定Fe時，由于熒光增強效應(yīng)使結(jié)果偏高。因此，對于成份和結(jié)構(gòu)復雜的樣品基體，需要用各種算法進行修正，以實現(xiàn)準確分析。2023/2/426核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法厚度定量分析厚度定量分析的依據(jù)是厚度為T的某種元素的薄膜的熒光X射線強度IT與無限厚（實際達到飽和厚度即可）薄膜元素的熒光X射線強度I∞有如下關(guān)系：IT/I∞=1?e-μs*ρT=1?e-kT

k—與薄膜有關(guān)的一個常數(shù)

對于單層薄膜厚度，可直接由上式計算獲得。多層薄膜厚度的定量分析與單層薄膜類似，但是需要考慮外層薄膜對內(nèi)層薄膜熒光的吸收作用，算法更加復雜。2023/2/427核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法四、 X射線熒光光譜法的特點分析的元素范圍廣，從原子序數(shù)為11的Na到92的U均可測定。熒光X射線譜線簡單，相互干擾少，樣品不必分離，分析方法比較簡便。分析濃度范圍較寬，從常量到微量都可分析。重元素的檢測限可達1ppm?？捎糜跇悠返臒o損分析，且快速、準確、自動化程度高。2023/2/428核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法第三節(jié)中子活化分析技術(shù)活化分析的分類活化分析的原理中子活化分析技術(shù)基礎(chǔ)中子活化分析的特點中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用2023/2/429核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法引言活化分析是核分析技術(shù)中一種重要的分析方法。具有高靈敏度、快速、非破壞性、可多元素同時分析等特點。2023/2/430核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法中子活化分析的應(yīng)用舉例（1）第一起使用中子活化分析偵破的案例。1958年5月1日傍晚，16歲的加拿大小女孩加埃塔恩·布查德離家去埃德蒙斯頓地區(qū)的新布朗斯威克鎮(zhèn)上買東西。結(jié)果在城外的一處早已經(jīng)廢棄的采煤廠里被人殺害。重點嫌疑人約翰·沃萊曼，他在幾個月前的一個舞會上和埃塔恩·布查德相識并開始交往。當警方找到他并審訊時，他始終堅持說他有幾個月沒有見過埃塔恩。第二次尸檢時，警方在女孩的指甲上發(fā)現(xiàn)纏繞著一根頭發(fā)，有25英寸長。為了驗證是否是嫌疑人的頭發(fā)，警探們把注意力轉(zhuǎn)到了當時尚有爭議的中子活化分析上。把約翰·沃萊曼頭上取下的頭發(fā)樣本和死者的頭發(fā)，以及現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的頭發(fā)通過中子活化分析技術(shù)測定硫、磷的比例，發(fā)現(xiàn)死者的頭發(fā)是2．02，約翰·沃萊曼的頭發(fā)和死者手上的這根頭發(fā)則分別是1．07和1．02，死者手上的頭發(fā)非常接近約翰·沃萊曼的頭發(fā)。法庭上受審時約翰·沃萊曼開始仍辯解說自己無罪，但是，當一些科學家作為專家證人解釋這種新技術(shù)以及整個檢驗過程時，法庭的態(tài)度明顯傾向于約翰·沃萊曼有罪。最后，約翰·沃萊曼收回自己的無罪辯解，承認自己殺了埃塔恩。被判死刑，后改為緩期執(zhí)行。2023/2/431核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法中子活化分析的應(yīng)用舉例（2）法國皇帝拿破侖死亡之謎。1815年，在滑鐵盧戰(zhàn)役失敗后，拿破侖被流放于南大西洋的圣赫勒拿島，六年之后死于該島，終年52歲。拿破侖之死一直是一個謎。外界對法國皇帝拿破侖之死是眾說紛紜，有說他是砒霜中毒而死，有說他是被情婦所殺，還有說他是得胃癌而死，其中以死于砒霜中毒的說法最為盛行。1961年人們用中子活化分析對他被保存的頭發(fā)進行分析后發(fā)現(xiàn)含有大量砷，因此認為他是因慢性砷中毒而死的。2007年美國科學家研究后認為拿破侖是死于胃癌晚期，而非此前外界廣為傳說的砒霜中毒，這與拿破侖死亡當年的尸體解剖和臨床癥狀結(jié)論是一致的。2023/2/432核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法一、活化分析的分類按照輻照粒子的不同

應(yīng)用最廣活化分析技術(shù)帶電粒子活化γ射線活化中子活化主要利用（n，γ）、（n，p）和（n，α）核反應(yīng)。主要利用（p，n）、（d，n）、（d，p）、（α，n）等。適宜于作表面分析，鋰、鈹?shù)容p元素。主要核反應(yīng)是（γ，n），對于原子序數(shù)小的輕元素，核反應(yīng)（γ，p）也重要。2023/2/433核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法二、活化分析的原理用一定能量和流強的中子、帶電粒子或者高能γ光子轟擊待測試樣，使試樣“活化”，“活化”后的核素將按照自身的規(guī)律進行衰變，同時放出γ射線。由于核素放出的γ射線與核素之間存在特定的對應(yīng)關(guān)系，通過測定γ射線的能量和強度，便可完成元素的定性和定量分析。這就是“活化分析”的基本過程。

2023/2/434核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法γ核指紋不同放射性同位素的半衰期和發(fā)射γ射線的能量都是不同的，如同人的指紋一樣；沒有發(fā)現(xiàn)兩個不同的放射性同位素有相同的半衰期或γ射線能量。不同的穩(wěn)定元素被中子照射，活化生成不同的放射性同位素，其半衰期和γ射線能量也是不同的。中子活化分析就是根據(jù)獲得樣品的“核指紋”特征，判別材料中含有的元素種類及其含量。2023/2/435核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法活化方程式——絕對分析方法“冷卻”（即衰變）一段時間t’后的放射性活度：上式就是活化分析中最基本的活化方程式。從原理上講，活化分析是一種絕對分析方法。照射t時間時生成的放射性核素的放射性總活度：將N值代入，得2023/2/436核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法活化方程式——相對分析方法所謂相對法，就是用標準樣與試樣在相同條件下照射和測量，標準樣中待測元素的含量是已知的。絕對法分析時遇到的問題：σ和f不容易準確測出。計數(shù)率2023/2/437核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法三、中子活化分析技術(shù)基礎(chǔ)

1936年，化學家赫維西（G.Hevesy）和列維（H.Levy）進行了歷史上的第一次中子活化分析（Neutronactivationanalysis，NAA）。當時他們用Ra-Be中子源通過164Dy（n,γ)165Dy反應(yīng)（活化截面為3900±300bar，生成核的半衰期為139.2min），測定了氧化釔（Y2O3）中的鏑。

中子活化分析從1936年誕生至今，已有70余年歷史?，F(xiàn)已成為常量、次量、微量乃至超微量元素的重要分析方法之一，是現(xiàn)代核分析技術(shù)中最重要的方法之一。2023/2/438核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法（一）中子活化源中子活化源反應(yīng)堆中子源加速器中子源同位素中子源(alpha,n)中子源:9Be+4He→

12C+n10Be+4He→13N+n+e+1.07MeV自發(fā)裂變中子源：252Cf熱中子注量率高，且有好的空間均勻性和時間穩(wěn)定性；對多數(shù)元素活化截面大；反應(yīng)道單純〔多為（n，γ）〕；（p,n）：7Li(p,n)7Be;3H(p,n)3He（d,n）：2H(d,n)3He;3H(d,n)4He中子能量及其產(chǎn)額受多因素影響。占全部活化分析95%以上。2023/2/439核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法定義及特點定義：用中子照射穩(wěn)定核素，穩(wěn)定核素吸收中子變成放射性核素，發(fā)射γ射線，測量γ射線的能量和強度可以得知原來穩(wěn)定核素的元素名稱和含量。特點：①檢出限好熱中子活化分析，對80多種元素的分析檢出限好，可達到10－6～10－11g，少數(shù)元素可高達10－13～10－14，這是其它分析方法所不及的。②分析速度快、精度高采用微機控制多道脈沖幅度分析器及自動化分析裝置，使樣品的轉(zhuǎn)移、照射、分析及數(shù)據(jù)處理等全部自動化，每天可分析數(shù)百個樣品。③能作多元素同時分析。④能作非破壞性分析這點對需要保持樣品完好狀態(tài)的分析工作具有重要意義。

2023/2/440核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法四、中子活化分析步驟2023/2/441核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法樣品的放射性活度隨時間的變化2023/2/442核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法輻照時間內(nèi)放射性核素產(chǎn)額2023/2/443核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法冷卻時間內(nèi)放射性活度2023/2/444核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法測量階段的放射性計數(shù)2023/2/445核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法靶樣品中某種核素的含量與相應(yīng)γ計數(shù)關(guān)系2023/2/446核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法靶樣品中某種核素含量的相對測量方法2023/2/447核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法靶樣品中某種核素含量的相對測量方法2023/2/448核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法五、中子活化分析中的干擾反應(yīng)2023/2/449核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法初級干擾反應(yīng)的排除樣品的元素分離；用純熱中子，增大（n,γ）反應(yīng)；由反應(yīng)閾能改變中子能量；通過另外的核反應(yīng)，測定干擾元素含量；2023/2/450核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法次級干擾反應(yīng)2023/2/451核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法六、中子活化分析的應(yīng)用工業(yè)(如冶金、煤炭、水泥、玻璃、食品等)農(nóng)業(yè)(如農(nóng)作物生長，元素分布調(diào)查等)地球和宇宙科學(如研究元素在地質(zhì)物質(zhì)中的豐度和分布，巖石、礦物的形成和演化，礦藏資源考察分析等)環(huán)境科學方面(如大氣污染和水生環(huán)境中的污染研究；土壤環(huán)境背景值調(diào)查等)生命科學(如痕量元素與疾病和健康關(guān)聯(lián)的研究，組織和體液中痕量元素的含量測量，痕量元素代謝機制及生理、病理作用等)材料科學領(lǐng)域以及考古學和參考物認證等方面均有廣泛的應(yīng)用。2023/2/452核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法第四節(jié)同位素示蹤技術(shù)基本原理和特點同位素示蹤技術(shù)在生命科學中的應(yīng)用2023/2/453核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法引言1923年，赫維西（Hevesy）首先創(chuàng)建了同位素示蹤實驗，采用天然放射性核素212Pb研究了鉛鹽在豆科植物內(nèi)的分布及轉(zhuǎn)移。1943年榮獲諾貝爾化學獎，獲獎原因“使用同位素作為化學過程研究的示蹤劑”。是核醫(yī)學的創(chuàng)立者。2023/2/454核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法引言Hevesy在盧瑟福實驗室工作期間，因懷疑女房東總是把剩菜改頭換面之后給他吃。于是，他在剩菜中放上微量的釷，然后在下一次的菜中檢驗是否有放射性，結(jié)果他都能準確地判斷是剩菜還是新菜。2023/2/455核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法一、 基本原理和特點利用同位素及其化合物具有相同的化學性質(zhì)和生物學性質(zhì)，只是具有不同的核物理性質(zhì)，將同位素作為一種標識物，制成含有同位素的標記化合物（如標記食物、藥物、代謝物等）代替相應(yīng)的非標記化合物。放射性核素特征射線核探測器跟蹤它在體內(nèi)或體外的位置、數(shù)量及其轉(zhuǎn)變等穩(wěn)定性同位素質(zhì)量之差通過質(zhì)譜儀、氣相色譜儀、核磁共振等分析儀器來測定。2023/2/456核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法放射性同位素示蹤技術(shù)具有的特點：靈敏度高可測到10-11g～10-18g水平，比目前較敏感的重量分析天平要敏感107倍～108倍。化學分析法很難測定到10-12g水平。2.方法簡便不受其它非放射性物質(zhì)的干擾，可以省略許多復雜的化學分離步驟。（體內(nèi)示蹤無損分析）3.定位定量準確

能準確定量地測定代謝物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)變,與某些形態(tài)學技術(shù)相結(jié)合，可以確定放射性示蹤劑在組織器官中的定量分布，并且對組織器官的定位準確度可達細胞水平、亞細胞水平乃至分子水平。2023/2/457核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法放射性同位素示蹤技術(shù)具有的特點：4.符合生理條件所引用的放射性標記化合物的化學量是極微量的，它對體內(nèi)原有的相應(yīng)物質(zhì)的含量改變是微不足道的，體內(nèi)生理過程仍保持正常的平衡狀態(tài)，獲得的分析結(jié)果不僅符合生理條件，更能反映客觀存在的事物本質(zhì)。5、存在一些缺點工作人員要接受一定的專門訓練，操作應(yīng)具備相應(yīng)的安全防護設(shè)施和條件；示蹤實驗時，必須注意示蹤劑的同位素效應(yīng)和輻射效應(yīng)問題。2023/2/458核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法二、 同位素示蹤技術(shù)在生命科學中的應(yīng)用放射性核素示蹤在生物化學和分子生物學領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，它為揭示體內(nèi)和細胞內(nèi)理化過程的奧秘、闡明生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)起了極其重要的作用。在生命科學中，同位素示蹤技術(shù)主要用于測定生物樣品中微量物質(zhì)的成份，研究物質(zhì)在生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)移、代謝、轉(zhuǎn)變?nèi)齻€方面。2023/2/459核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法1.生物樣品中微量物質(zhì)的測定（1）同位素稀釋法

適用于分析微量或測定難于同其它物質(zhì)定量分離的物質(zhì)。例如，在生物化學中，可用同位素稀釋法測定蛋白質(zhì)水解液中酪氨酸的質(zhì)量。把具有放射性的14C-酪氨酸加到該水解液中，充分混合后，分出一部分酪氨酸溶液，加以提純，測定其放射性。2023/2/460核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法1.生物樣品中微量物質(zhì)的測定假定：水解液中原有酪氨酸的重量為B加入的14C-酪氨酸的重量為A加入的14C-酪氨酸的放射性比活度為a0分出的酪氨酸的放射性比活度為a。則：a=a0*A/(A+B)B=(a0/a-1)*A2023/2/461核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法1.生物樣品中微量物質(zhì)的測定利用同位素稀釋法也可用于水腫、脫水、消耗性疾病及外傷后恢復期的診斷時測定人的全身水量。則：全身水量V2=V1×c0/c式中V1—注入的含氘或含氚水量；C0—其同位素濃度；С—稀釋后的同位素濃度。具體方法為：首先向人體注入含氘或氚的水，待體液與之達到平衡后，取出血液樣品，測定同位素含量。2023/2/462核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法1.生物樣品中微量物質(zhì)的測定一種特殊的同位素稀釋法，方法靈敏度高、特異性強、標本及試劑用量少、操作比較簡便、快速、應(yīng)用范圍廣，可用于常規(guī)診斷、疾病普查和醫(yī)學研究，還可用于體液中極微量生物活性物質(zhì)的測定。（2）競爭放射分析法例子，

放射免疫分析（RadioimmunoassayRadioimmunoassay，RIA）是利用抗原-抗體反應(yīng)的一種競爭放射分析。2023/2/463核技術(shù)應(yīng)用概論——核分析技術(shù)與方法1.生物樣品中微量物質(zhì)的測定利用RIA方法測定血漿胰島素：標記抗原（*Ag）和非標記抗原（Ag）都會同抗體（Ab）相結(jié)合，而且同抗體結(jié)合的幾率相等；當抗體的含量有限