第三講 示蹤技術(shù).ppt

1、第三講 示蹤技術(shù),上海交大核科學與工程學院 劉瑞芹 34205099,2020/8/22,同位素示蹤,G. de Hevesy 1911年， Hevesy在英國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放射性釷，然后在下一次的菜中檢驗是否有放射性，結(jié)果他每次都能準確地判斷出他所吃的菜是剩菜還是新菜。 赫維西，格奧爾格馮：(1885-1966) 匈牙利化學家。他因發(fā)展了關(guān)于同位素用作調(diào)查化學過程的示蹤技術(shù)的應用而獲得1943年諾貝爾獎,同位素示蹤,1923年， Hevesy在丹麥玻爾實驗室工作期間，將豆科植物浸泡在含有放射性210Pb和212Pb的

2、鉛鹽溶液中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：鉛全部被吸附在根部，從而保護其它部位 1949年，Calvin用14C揭示了光合作用，獲1961年諾貝爾化學獎,同位素示蹤,同位素示蹤技術(shù)本身具有靈敏、準確和分辨率高以及活體測量等明顯優(yōu)點，該技術(shù)已成為在農(nóng)業(yè)及生物科學研究中直接或間接獲得信息和依據(jù)的重要手段 有人曾經(jīng)對美國的生物化學雜志(J. Biol. Chem) 作過統(tǒng)計，在其所發(fā)表的文章中，應用同位素示蹤技術(shù)的所占比例：1944年占5%，1956年占46%，1966年占50%以上，1970年占60%以上,一、放射性同位素示蹤的創(chuàng)建,同位素示蹤法（isotopic tracer method） 利用放射性核素作為示蹤

3、劑對研究對象進行標記的微量分析方法，引入少量放射性同位素，并隨時觀察其行蹤的方法 示蹤實驗的創(chuàng)建者是Hevesy Hevesy于1923年首先用天然放射性212Pb研究鉛鹽在豆科植物內(nèi)的分布和轉(zhuǎn)移 繼后Jolit和Curie于1934年發(fā)現(xiàn)了人工放射性，以及其后生產(chǎn)方法的建立（加速器、反應堆等），為放射性同位素示蹤法的更快的發(fā)展和廣泛應用提供了基本的條件和有力的保障,二、同位素示蹤法基本原理和特點,同位素示蹤原理： 利用放射性核素（或穩(wěn)定性核素）及它們的化合物，與自然界存在的相應普通元素及其化合物之間的化學性質(zhì)和生物學性質(zhì)是相同的，只是具有不同的核物理性質(zhì) 因此，就可以用同位素作為一種標記，制

4、成含有同位素的標記化合物（如標記食物，藥物和代謝物質(zhì)等）代替相應的非標記化合物。利用放射性同位素不斷地放出特征射線的核物理性質(zhì)，就可以用核探測器隨時追蹤它在體內(nèi)或體外的位置、數(shù)量及其轉(zhuǎn)變等，穩(wěn)定性同位素雖然不釋放射線，但可以利用它與普通相應同位素的質(zhì)量之差，通過質(zhì)譜儀，氣相層析儀，核磁共振等質(zhì)量分析儀器來測定 即給觀察對象加上“標記”，再引入被研究的系統(tǒng)，觀察標記對象在該系統(tǒng)內(nèi)的運動轉(zhuǎn)化規(guī)律,如果將放射性同位素載入某種物質(zhì)，例如注入人體的血液中，放射性同位素就好象慣于招搖的旅游者，它們到哪里就將射線釋放到哪里，因此測量穿過人體的射線，可以跟蹤同位素的動向,例 在肥料中摻入少量的放射性磷-32（

5、半衰期為14.28天，發(fā)射1.7兆電子伏的粒子），可以找到給植物施磷肥的最好方法 用探測或照相膠片測量輻射隨時間的變化及其在植物中的位置，就能得到磷的攝入率和累積率的準確資料 給人體注射無害的放射性鈉-24（半衰期15.03小時）溶液，可以進行人體血液循環(huán)的示蹤實驗。為了醫(yī)學診斷的目的，希望引入足夠的放射性物質(zhì)以便提供所需要的數(shù)據(jù)，但是放射性物質(zhì)不能達到有害于人體的程度 監(jiān)視摻合了放射性同位素流體的行蹤可以確定許多種物質(zhì)的流速。各種各樣的流體，如人體中的血液，輸油管中的石油或排入江河中的污水，在概念上都是相同的,特點,放射性核素示蹤技術(shù)特點： 靈敏度高 放射性示蹤法可測到10-1410-18克

6、水平，即可以從1015個非放射性原子中檢出一個放射性原子。它比目前較敏感的重量分析天平要敏感108-107倍，而迄今最準確的化學分析法很難測定到10-12克水平 方法簡便 放射性測定不受其它非放射性物質(zhì)的干擾，可以省略許多復雜的物質(zhì)分離步驟，可以利用某些放射性同位素釋放出穿透力強的射線，做到非破壞性分析，隨著液體閃爍計數(shù)的發(fā)展，14C和3H等發(fā)射軟射線的放射性同位素在醫(yī)學及生物學實驗中得到越來越廣泛的應用 不受環(huán)境和化學因素影響等優(yōu)點 在各種學科的研究中得到廣泛的應用,定位定量準確 放射性同位素示蹤法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（如病理組織切片技術(shù)，電子顯微鏡技

7、術(shù)等），可以確定放射性示蹤劑的定量分布，并且定位準確度,三、示蹤實驗的設(shè)計原則,通常都用核素作為標記物，所以示蹤實驗也稱核素示蹤實驗，其中采用放射性核素標記時，稱為放射性示蹤實驗 設(shè)計一個放射性同位素的示蹤實驗應從實驗的目的性、實驗所具備的條件和對放射性的防護水平三方面著手考慮 原則上必須從兩個主要方面來設(shè)計放射性示蹤實驗： 必須尋求有效的、可重復的測定放射性強度的條件 必須選擇一個合適的比活度q（單位是原子時間分子） ：該處放射性原子核的衰變常數(shù)。q n，表示n個該化學形式分子為個放射性原子所標記，nn表示放射性標記的分子數(shù)n與總分子數(shù)（標記的加未標記的）n之比,采用放射性同位素示蹤技術(shù)來實

8、現(xiàn)所研究課題預期目的全部或一部分，一般須經(jīng)過實驗準備階段，實驗階段和放射性廢物處理三個步驟：,（一）實驗準備階段,示蹤劑選擇有四個原則： 半衰期的考慮： 放射性示蹤劑的半衰期必須適宜：,半衰期太短則要求示蹤分析試驗周期較短，一般只能在同位素生產(chǎn)工廠附近的地方使用，因為運輸時間長了，示蹤劑衰變掉太多，如果使用的放射性同位素的半衰期太短，則在試驗終了以前就可能因自身迅速衰變的結(jié)果而失去其示蹤的性質(zhì) 半衰期太長則測量有困難，難以得到高比度的示蹤劑，分析靈敏度大受限制，而且對壽命長的核素防護措施和廢物處理都要求較高 銫-135的半衰期： 3106年,例如當設(shè)計某一放射性同位素示蹤的實驗時，需要延續(xù)觀察

9、200min之久，可是假如選擇物理半衰期只有20min的11C作示蹤原子，顯然達不到實驗要求，因為等到實驗觀察結(jié)束時，11C的放射性活度已降低到1l 000以上，早就無法探測出該示蹤原子的蹤跡了 相反地，如果要設(shè)計一個長達數(shù)十年之久的實驗，只要選擇長物理半衰期的14C（5730年）作為示蹤原子，待歷時數(shù)十年的實驗完成時， 14C的放射性活度的減低程度也不顯著,輻射類型方面的考慮 放射性同位素都衰變（經(jīng)過或不經(jīng)過中間狀態(tài)）到處于基態(tài)的子體核素，衰變時伴隨各種形式的能量輻射，如、-、+、X放射等 在選擇示蹤劑時，要仔細研究衰變綱圖，根據(jù)實驗條件和計數(shù)條件來決定哪一種輻射，在衰變綱圖內(nèi)，代表核能級的

10、兩條水平線之間和距離表示能量差，或表示能級同伴隨原子序數(shù)增或減少的能量，表示從激發(fā)態(tài)至基態(tài)的同質(zhì)異能躍遷,衰變綱圖,通常使用的示蹤劑主要是和放射性同位素 輻射能量太弱，太弱者（例如3H,E=0.1795兆電子伏）需要用液體閃爍計數(shù)器進行測量，才能得到較高的探測效率 某些實驗需要使射線通過容器厚壁（例如溶液裝在玻璃管中）進行測量，則只可選用放射性同位素作為示蹤劑 很少使用放射性同位素，因為測量放射性同位素比較困難,放射性比度問題 在示蹤分析中，放射性示蹤劑往往被穩(wěn)定物質(zhì)所稀釋，因此示蹤劑原有的放射性比度必須足夠高，才能使稀釋后的測量樣品達到所要求的比度，究竟對示蹤劑的比度要求多高，則視分析目的、

11、對象和選用的分析方法而定，不論采用哪種分析方法，最后測量放射性強度的測量樣品必須有足夠強的放射性、至少要超過本底，通?？筛鶕?jù)分析試驗過程中示蹤劑被稀釋的倍數(shù)、最后分離測量的樣品重量和儀器的測量效率等因素 SWE/ dI S：示蹤劑的原有放射性比度 W：示蹤劑加入量 E：測量效率 d為稀釋倍數(shù) I.為本底計數(shù)率 在一般情況下儀器的探測效率是一定的，測量樣品的重量不能太大，稀釋倍數(shù)大時，必須采用較高的放射性比度,標記物的放射性比活度選擇 整體示蹤實驗時，所采用標記物的化學量應為“示蹤量”，即標記物的引入基本不改變該物質(zhì)在體內(nèi)含量，同時又要求能經(jīng)得體內(nèi)稀釋，使放射性測量的統(tǒng)計誤差在允許的范圍內(nèi),示蹤

12、劑的純度問題： 選擇放射性示蹤劑必須同時滿足高化學純度，高放射性核純度的要求 所用的示蹤劑最好不含有任何放射性雜質(zhì)，含有少量穩(wěn)定性雜質(zhì)在某些情況下無關(guān)緊要。但有的示蹤劑中含有少量放射性雜質(zhì)，使用這種示蹤劑時需要對實驗數(shù)據(jù)加以校正 在示蹤劑制備期間、貯存期間以用試驗體系中所使用的溶劑、化學試劑、酶等可能會產(chǎn)生化學雜質(zhì)、放射化學雜質(zhì)及輻射自分解引起的放射性雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的存在，使得示蹤實驗中使用的示蹤劑不“純”，而或多或少影響實驗的結(jié)果，甚至會導致錯誤結(jié)論,放射性同位素測量方法的選擇 測量方法的選擇取決于射線種類 射線： 通?？捎昧蚧\晶體、電離室、核乳膠等方法探測 高能量射線： 用云母窗計數(shù)管、

13、塑料閃爍晶體及核乳膠測定 低能量射線 用液體閃爍計數(shù)器測量 射線： 用G-M計數(shù)管，碘化鈉（鉈）閃爍晶體探測 目前大多數(shù)實驗室主要采用晶體閃爍計數(shù)法和液體閃爍計數(shù)法兩種測量方式,為了達到準確地計數(shù)，可以長時間一次計數(shù)，或短時間多次測量，兩者達到的標準基本相同，為避免外界因素的影響，在實際工作中，取短時間多次測量較為合理適用,進行非放射性的模擬實驗，把實驗全過程預演一遍 同位素示蹤實驗要求準確、仔細，稍有疏忽或考慮不周就匆忙進行正式實驗，既容易導致實驗失敗，又會造成示蹤劑和其它實驗用品的浪費，還會增加放射性廢物，增加實驗室本底水平，使實驗者接受不必要的輻射劑量，所以模擬實驗不僅可以檢查正式實驗中

14、所用器材，藥品是否合格，又可以操作人員進行訓練，以保證正式實驗能順利進行,（二）正式實驗階段,選擇放射性同位素的劑量 同位素必須能經(jīng)得起稀釋，使其最后樣品的放射性不能低于本底 一般來說放射性同位素在生物體內(nèi)不是完全均勻地被稀釋，可能在某些器官、組織、細胞、某些分子中有選擇性地蓄積，蓄積的部分放射性就會很強，在這種情況下，應以相關(guān)部位對示蹤劑的蓄積率來考慮示蹤劑用量,選擇示蹤劑給入途徑 整體示蹤實驗時，應根據(jù)實驗目的，選擇易吸收、易操作的給入途徑，一般給予的數(shù)量體積小，要求給予的劑量準確，防止可能的損失和不必要的污染 體外示蹤實驗時，應根據(jù)實驗設(shè)計的實驗步驟的某個環(huán)節(jié)加入一定劑量的示蹤到反應系統(tǒng)

15、中去，力求操作準確，仔細,生物實驗： 整體動物實驗的給藥途徑： 口服（胃管）、靜脈注射、腹腔注射、皮下注射、肌肉注射等 體外實驗： 依據(jù)實驗要求在實驗的某一個環(huán)節(jié)加入一定量的放射性示蹤物到實驗系統(tǒng)中去： 根部引入（在植株一定距離及深度處、注入示蹤劑。注入方法是通過土壤注射器將放射性標記化合物引入土壤中） 莖部引入（一般在莖部預定位置上鉆孔，由注射器將示蹤劑引入體內(nèi)，還有一種方法是切開韌皮部，在切口周圍用聚乙烯塑料制成的半圓形瓦片圍起來。用真空泥將它貼在樹桿上，成一小壩，韌皮部切口被圍在小壩之中。放射性示蹤劑溶液灌入壩中） 葉部引入 氣體引入等,一些植物或中草藥的示蹤，給予同位素的形式可以是氣體

16、（14CO2，光合作用），液體或固體粉末從根部給藥 兩張中草藥放射自顯影照片：一張是放射性氣體形式（ 14CO2）給予，另一張是放射性液體形式（Na235SO4溶液）給予,3. 樣品的制備,放射性示蹤試驗里所搜集到的樣品是各式各樣的 如血液、尿、體液、奶汁 植物、土壤、微生物；腐植質(zhì) 動物、昆蟲、藥物及藥物的降解產(chǎn)物等 種類繁多的樣品中只有一小部分樣品是可以直接被探測的 大多數(shù)樣品需按不同要求進行分離、提純或分組分析，因而要把樣品變?yōu)榭蓽y量的狀態(tài)。這種轉(zhuǎn)化工作，對于粒子，尤其是低能粒子更為重要,樣品的采集 一般而言，從供試體系中選取樣品，樣品的數(shù)量及個數(shù)都是少量的。從少量試樣中得到的數(shù)據(jù)卻要對

17、試驗總體作出恰當?shù)脑u價，采樣就顯得格外重要 采集的樣品應具有代表性，并且有一定數(shù)量的重復,現(xiàn)介紹幾種特殊樣品的采集方法： 收集植物揮發(fā)性化合物的實驗裝置見圖2.24。圖2.24裝置經(jīng)過改裝也可收集農(nóng)藥的代謝、降解產(chǎn)物、土壤有機質(zhì)礦化產(chǎn)物等。收集來的產(chǎn)物有的直接就能被檢測。樣品不必再作預處理 捕集土壤微生物利用14C標記底物的裝置，裝置見圖2.25。它的基本原理是通過管道，將微生物呼吸產(chǎn)物14CO2直接捕集在液體閃爍計數(shù)杯中，而閃爍計數(shù)杯里有一片用0.1molL的KOH浸漬過的濾紙。微生物呼吸產(chǎn)物14CO2被濾紙吸收后，向閃爍計數(shù)杯中加入甲苯閃爍液就可進行測定,根據(jù)實驗目的和示蹤劑的標記放射性同

18、位素的性質(zhì)制備放射性生物樣品，其中放射性同位素的性質(zhì)是生物樣品制備形式的主要依據(jù)： 若是釋放射線的示蹤劑，則樣品制備比較容易，只要定量地取出被測物放入NaI（Tl）晶體探測器內(nèi)就能測定； 若是釋放出硬射線的示蹤劑，須將生物樣品制成厚度較薄的液體，或?qū)⒁后w鋪樣后烘干，也可灰化后鋪樣，放入塑料晶體閃爍儀內(nèi)測定，或用鐘罩型蓋一革計數(shù)管探測； 若標記同位素僅釋放軟射線，樣品應制成液體閃爍樣品，在液體閃爍計數(shù)器內(nèi)測量,不論采用何種測量方法，都應該對樣品作定量采集 對某些放射性分散的樣品，應當作適當濃集 如測定組織內(nèi)蛋白質(zhì)的放射性，應對蛋白質(zhì)作提取處理然后制備成相應的測量樣品 有些樣品需采用灰化法，但灰化

19、法對易揮發(fā)的同位素或易揮發(fā)的組織樣品不合適,樣品的預處理 （一）樣品制備的要求 采集來的樣品究竟以何種形式進行計數(shù)，取決于許多因素： 放射性物質(zhì)發(fā)射粒子的類型及能量 所用探測器的類型 探測器的靈敏度 儀器的可靠性 包括平行的化學分析在內(nèi)的其它測定的要求等,4.放射性樣品的測量 測量方法分為絕對測量和相對測量 絕對測量是對樣品的實有放射性強度作測量，求出樣品中標記同位素的實際衰變率 在作絕對測量時，要糾正一些因素對測量結(jié)果的影響，這些因素包括儀器探頭對于放射源的相對立體角、射線被探頭接收后被計數(shù)的幾率、反散射、 放射源的自吸收影響等等,相對測量只是在某個固定的探測儀器上作放射性強度的相對測量，不

20、追求它的實際衰變率 在一般的示蹤實驗中，大多采用相對測量的方法，比較樣品間的差異。在相對測量時，要注意保持樣品與探測器之間的幾何位置固定 幾何條件的影響是放射性測量中最重要的影響因素。當兩個放射性強度相同的樣品在測量中所置的幾何位置不一，或樣品制備過程造成的幾何條件差異，其計數(shù)會相差很多，尤其當樣品與探頭之間距離較近時，兩者計數(shù)率相差會很大,（三）放射性去污染和放射性廢物處理,放射性實驗，無論是每次實驗或階段性實驗結(jié)束后，都可能有不同程度的放射性污染和放射性廢物的出現(xiàn)，因此，在實驗結(jié)束后，要作去污染處理和放射性廢物處理。必要時在實驗過程進行中，就要作除污染和清理放射性廢物的工作,四、同位素示蹤

21、的應用,同位素示蹤的應用方面： 化學反應過程 在分子水平上，動態(tài)、定量地研究生命現(xiàn)象 免疫化學、疾病的診斷 工程問題 地質(zhì)科學 工業(yè)應用 農(nóng)業(yè)應用,1. 在生物化學和分子生物學中的應用,放射性同位素示蹤法在生物化學和分子生物學領(lǐng)域應用極為廣泛，它為揭示體內(nèi)和細胞內(nèi)理化過程的秘密，闡明生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)起了極其重要的作用 示蹤技術(shù)在化學反應動力學、生物大分子結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系、蛋白質(zhì)生物合成、藥物代謝動力學等研究中都是十分有效的研究手段,生物化學從靜態(tài)進入動態(tài)，從細胞水平進入分子水平，闡明了一系列重大問題 遺傳密碼 細胞膜受體 RNA-DNA逆轉(zhuǎn)錄等，使人類對生命基本現(xiàn)象的認識開辟了一條新的途徑,D

22、NA 堿基排列和遺傳密碼的關(guān)系就是借助于32P 示蹤方法揭示的?？梢哉f，如果沒有放射性核素示蹤技術(shù)，就不會有今天的生物基因工程 化學、生物與醫(yī)學的示蹤研究多采用放射性核素標記化合物的方法，最常用的有3H、14C、32P、125I、131I 等標記的化合物,物質(zhì)代放謝的研究 體內(nèi)存在著很多種物質(zhì)，究竟它們之間是如何轉(zhuǎn)變的，如果在研究中應用適當?shù)耐凰貥擞浳镒魇聚檮┓治鲞@些物質(zhì)中同位素含量的變化，就可以知道它們之間相互轉(zhuǎn)變的關(guān)系，還能分辯出誰是前身物，誰是產(chǎn)物 ，分析同位素示蹤劑存在于物質(zhì)分子的哪些原子上，可以進一步推斷各種物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)變機制,為了研究膽固醇的生物合成及其代謝，采用標記前身物的方法

23、，揭示了膽固醇的生成途徑和步驟，實驗證明，凡是能在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴］o酶A的化合物，都可以作為生成膽固醇的原料，從乙酸到膽固醇的全部生物合成過程，至少包括36步化學反應，在鯊烯與膽固醇之間，就有二十個中間物，膽固醇的生物合成途徑可簡化為：乙酸甲基二羥戊酸膽固醇,又如在研究肝臟膽固醇的來源時，用放射性同位素標記物3H膽固醇作靜脈注射的示蹤實驗說明，放射性大部分進入肝臟，再出現(xiàn)在糞中，且甲狀腺素能加速這個過程，從而可說明肝臟是處理血漿膽固醇的主要器官，甲狀腺能降低血中膽固醇含量的機理，在于它對血漿膽固醇向肝臟轉(zhuǎn)移過程的加速作用,生物樣品中微量物質(zhì)的分析 近年來迅速發(fā)展、應用愈來愈廣泛的放射免疫分析（r

24、adioimmunoassay）技術(shù)是一種超微量的分析方法，它可測定的物質(zhì)300多種 其中激素類居多，包括類固醇激素，多肽類激素，非肽類激素，蛋白質(zhì)物質(zhì)，環(huán)核苷酸，酶，腫瘤相關(guān)的抗原，抗體以及病原體，微量藥物等其它物質(zhì),3. 放射性同位素示蹤診斷,基本工作原理： 先用口服或注射等辦法使微量的某種放射性同位素進入待檢查的器官和系統(tǒng)內(nèi)，再通過射線探測技術(shù)測量待檢查器官內(nèi)放射性同位素強度的變化，來判斷出該器官功能是否發(fā)生病變 可以利用甲狀腺容易吸收碘的特性，使病人口服131I 放射性同位素試劑，再在體外測量甲狀腺中131I 的放射性強度，最后根據(jù)測量的結(jié)果可以確定出是否甲狀腺亢進（甲亢）或甲狀腺功能

25、低下（甲低），確診率可以達到90 通過給病人注射含有131I 放射性同位素的鄰碘馬尿酸，然后測量兩個腎臟內(nèi)131I 放射性強度的變化，可以診斷出上尿路梗阻、腎源性高血壓、慢性腎炎和腎功能衰竭等各種腎病,4. 示蹤技術(shù)應用于農(nóng)業(yè),同位素示蹤技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應用是核農(nóng)學研究的重要組成部分，主要用于揭示和闡明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中各種因素的作用機理，為農(nóng)業(yè)技術(shù)的實施、環(huán)境評價及宏觀管理提供科學依據(jù)： 用示蹤劑研究化肥在植物體內(nèi)的分配和運轉(zhuǎn)，了解營養(yǎng)元素被作物吸收的過程，指導合理施肥 用示蹤技術(shù)研究農(nóng)藥等有害物質(zhì)在生態(tài)環(huán)境中的遷移規(guī)律及污染物與環(huán)境因子相互作用機理，對農(nóng)業(yè)的生態(tài)環(huán)境進行控制和治理,根莖葉的偵察兵

26、 在肥料中摻入少量的放射性磷-32（半衰期為14.28天，發(fā)射1.7兆電子伏的粒子），可以找到給植物施磷肥的最好方法 在植物的肥料里加進一點放射性同位素磷-32，讓它們和普通的磷-31混在一起，在施過肥料以后，植物對這兩種磷一樣看待，將它們加以吸收并轉(zhuǎn)化成營養(yǎng)物。帶有放射性標志的磷與肥料中的普通磷混雜在一起，被植物的根部吸收，通過莖再被送到葉片和果實部分。這些放射性同位素磷-32，就是送入植物體內(nèi)的肥料偵察兵，它們就這樣穩(wěn)穩(wěn)當當?shù)卮蛉胫参飪?nèi)部，同時，不斷地發(fā)出放射性的信號,科學家在給植物施過加有磷-32的肥料之后，隔兩天、五天、九天或若干天，摘取植物的葉片或者莖、根部分，與照相底片貼緊并放置一

27、段時間由于這些部分含有放射性同位素磷-32，放出的射線會使照相底片感光、顯影，可以了解這些放射性同位素鉆進植物內(nèi)部以后的行跡 即：肥料成分被吸收的情況，移動的速度，在植物體內(nèi)的分布等等，這一切都可以清清楚楚地顯示在照相底片上。像這樣，把示蹤劑和射線照相技術(shù)結(jié)合起來，就形成了所謂的自射線照相術(shù)（又叫做放射自顯影）,用示蹤法觀察作物生長 利用示蹤的方法就可以跟蹤、觀察植物或農(nóng)作物的生長發(fā)育等各種動態(tài)。例如，植物的營養(yǎng)和代謝作用之間究竟有著什么關(guān)系？植物生長，最需要的是什么？植物是怎么樣吸收自身所必需的物質(zhì)的？植物通過根或葉吸收些什么？水或其它化合物是如何轉(zhuǎn)變成糖類或蛋白質(zhì)的？ 給植物施肥時，應該施

28、在什么部位？就是說，肥料施在種子的上面好呢還是施在種子的下面好？或者是施在種子的側(cè)面，效果又怎么樣呢？這三種情況下，肥料離種子相距多遠時效果最好？ 如果在肥料里加進一些放射性同位素，就好比在肥料里派進了許多偵察兵，然后再用射線探測器對這些偵察兵進行跟蹤觀察，一次就能弄清很多問題 例如，在任意一個時刻，哪個位置的肥料被植物吸收了？它是怎么樣被植物吸收的？被吸收的養(yǎng)分又是以什么樣的速度移動的？怎么樣移動的？等等。弄清這些問題之后；就可以改進施肥的方法,監(jiān)測農(nóng)藥無公害 使用放射性同位素示蹤劑預測污染的方法 在熱帶魚水槽中，用石英砂墊底建造一個水池，種上高梁，并在這池子里飼養(yǎng)生物這樣就組成了一個小規(guī)模

29、的自然環(huán)境模型。待高梁生長起來以后，將帶有放射性標記的農(nóng)藥噴撒在高梁葉子上，并投放一些毛蟲之類的害蟲，讓它們食取噴有農(nóng)藥的高梁。另一方面，在水中投放并飼養(yǎng)水蚤、水螺（呈螺旋形的一種貝殼）、藻類等生物。投放在這里的害蟲吃了高梁以后拉出的糞便撒落在水中，又被水蚤、水螺、藻類攝取。隔一段時間后，再投放孑孓（蚊子的幼蟲），再隔一段時間后再投放一些像青鏘魚這樣的小魚 這樣一來，在一個小小的生態(tài)體系中，就可以研究農(nóng)藥所發(fā)生的一些變化及其運動的規(guī)律。整個實驗有一個多月時間就可以結(jié)束。實驗的最后階段，要對各種生物體進行分析，并對在生物體內(nèi)已經(jīng)分解的部分和沒有分解仍然以原來的農(nóng)藥形式殘留的部分，分別進行放射性測

30、定 想要確定某種新的化學物質(zhì)是否能用作農(nóng)藥的時候，必須使用對應的放射性標記化合物進行研究，這已經(jīng)成為農(nóng)藥學界的常識,除草劑的研究、家畜或雞飼料中養(yǎng)分的傳送方式的研究以及各種昆蟲的生態(tài)方面的研究等等，都離不開使用示蹤劑的方法 據(jù)近10的不完全統(tǒng)計，我國利用同位素示蹤法，為國家增產(chǎn)糧食19億公斤，創(chuàng)造價值28億元,示蹤法觀察植物生長,通常采用自然界中存在的放射性核素 利用14C 研究全球各大洋的洋流循環(huán)模式， 利用10Be 示蹤火山巖漿的來源從而驗證板塊俯沖理論 利用36Cl 示蹤地下水的滲透率等 利用129I 示蹤核泄露已成為當前進行核核查的重要手段,5. 在地球科學和環(huán)境科學的應用,6. 同位

31、素示蹤技術(shù)在水文勘測的應用,同位素示蹤技術(shù)在水利水文勘測領(lǐng)域得到廣泛應用 如江河治理、水庫壩基滲漏觀、港口航道疏浚等應用中取得顯著成效： 為了了解泥沙的運行規(guī)律，南京水科院在長江投放含鈧-46的石英砂，然后用閃爍探測器進行跟蹤觀察，為長江口深水航道的治理與全天候深水航道的建設(shè)提供了重要技術(shù)數(shù)據(jù)，采用此項技術(shù)治理后，十萬噸貨輪可通過長江口直抵上海寶山鋼廠碼頭 安徽龍河口水庫曾被認為是“病險水庫”，用碘-131示蹤，查明不存在險情，節(jié)省加固費數(shù)百萬元,“趵突泉”馳名中外，噴泉高達數(shù)尺，但在上世紀八十年代末期，自然噴涌的奇觀消失。采用同位素示蹤法，初步弄清了趵突泉群地下水的狀態(tài)、補給來源和運行規(guī)律。

32、經(jīng)采取措施，趵突泉終于再現(xiàn)往日風姿。這項研究示蹤劑的運移距離達幾十公里，運移深度達700米，其成果達到世界先進水平,7. 探測井技術(shù),我國有90%以上的油田是注水采油，經(jīng)過多年開采，水淹水患普遍嚴重，已成為保持原油穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的最大障礙 科研人員研制出一種鋇-131放射性示蹤微球，測定注水井吸水剖面，繪制出油層吸收剖面圖，了解注水在地層的分布、流向和作用，為油田的合理開發(fā)和綜合治理提供了科學依據(jù)，使許多老油田重新煥發(fā)出青春 受到國際原子能機構(gòu)專家的高度評價。該成果獲國家科技進步二等獎,近年來，又根據(jù)我國中晚期油田增多的情況，研制出氚標記正丁醇等示蹤劑，對油田的剩余油飽合度進行測定，完成二次、三次回

33、采，為我國石油工業(yè)的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，將發(fā)揮重大作用,五、放射自顯影術(shù)(autoradiography),要求掌握： 放射自顯影的基本原理 核乳膠的類型及特點 射線對乳膠的作用及影響影像的因素 放射自顯影的基本方法和過程 放射自顯影的應用,1. 基本原理 放射自顯影是利用放射性核素發(fā)射的射線，作用于感光乳膠使感光材料中的鹵化銀感光而產(chǎn)生潛影，再經(jīng)過顯影定影處理，把感光的氯化銀還原成黑色的銀顆粒，即可根據(jù)這些銀顆粒的部位和數(shù)量分析出標本中放射性示蹤物的分布，以進行放射性示蹤物的定位和定量分析,放射自顯影的切片還可再用染料染色，這樣便可在顯微鏡下對標記上放射性的化合物進行定位或相對定量測定,射線對乳膠的

34、“感光”作用 當放射性同位素放出的電離射線通過乳膠時（曝光過程），射線對溴化銀（或氯化銀）顆粒產(chǎn)生電離作用后形成潛在影像“潛影”。經(jīng)顯影劑作用，使?jié)撚安糠值匿寤y還原為黑色的金屬銀顆粒。再經(jīng)過定影液處理，未被還原的溴化銀顆粒被溶解洗掉，這樣就得到清晰的像,2.核乳膠的類型及特點,（一）感光材料的基本組成 用于放射自顯影的乳膠在國內(nèi)、外均有商品生產(chǎn)，稱為核子乳膠，它呈凝膠狀。其成分與普通感光乳膠相似，主要是由以下四種成分組成： 鹵化銀：經(jīng)電離射線作用后形成潛在的影像 明膠：填充料。能提高銀鹽的敏感度，并能使銀鹽結(jié)晶易于分散。它吸水性好，利于各種溶液的滲透 甘露醇：能減少乳膠的表面張力，保持濕潤，

35、防止干裂 硫酸鉻鉀（鉻礬）：使乳膠膜堅韌,（二）核乳膠類型及特點 常用液態(tài)核乳膠、核乳膠干板、揭膜核乳膠、3H片等。乳膠膜越薄，分辨力越高,3.基本方法 （一）一般過程 1、示蹤標本制備 2、自顯影過程 3、影像觀察,首先，將放射性同位素或放射性同位素的標記物注入動物體內(nèi)或加入培養(yǎng)基中，間隔一定時間取材，制成標本（如切片） 在暗室中于標本的上面涂以液體原子核乳膠，置暗處曝光 數(shù)日后再經(jīng)顯影和定影處理，或經(jīng)染色后光鏡觀察，在放射性同位素或其標記物存在的部位，溴化銀被還原成黑色的微細銀顆粒，也可在電鏡下觀察（稱之為電鏡放射自顯影術(shù)(electron microscope autoradiograp

36、hy) 由此，可獲知被檢物質(zhì)在機體、組織與細胞內(nèi)的分布、數(shù)量及代謝徑路,（二）放射自顯影術(shù)的基本方法 1、接觸法 最簡單的一種，一般利用照相膠片或 X光膠片，使含有放射性物質(zhì)的標本表面與膠片上的乳膠層表面緊密接觸，經(jīng)過一定時間“曝光”后，將標本與膠片分開，膠片經(jīng)過顯影、定影等處理后即可得到自顯影圖像 分辨率：受膠片上乳膠層的厚度及顆粒大小的限制，一般為1030微米，適用于小的動、植物整體標本，大體解剖學的和組織學的切片以及薄層、紙層和電泳圖譜的自顯影等,2、液態(tài)乳膠法 液體乳膠法,目前應用較廣泛的一種 一般是將液體乳膠直接涂布到載玻片的組織切片上，“曝光”后連同標本一起進行顯影、定影、沖洗和染色，并最后封固在一起。此法的分辨率可達110微米，可進行細胞內(nèi)定位 4、電鏡自顯影法 放射自顯影與電子顯微鏡相結(jié)合的一種新技術(shù) 需使用顆粒均勻、大小適中、密度一般為1013銀顆粒厘米3的核乳膠 含有標記物質(zhì)的樣品需制成超薄切片，切片可以撈在帶支持膜的銅網(wǎng)上或載玻片上 采用浸涂法、環(huán)套法或泡蓋法等使乳膠形成一單晶體層敷蓋在切片上，再經(jīng)“曝光”、沖洗和染色等處理 此法的分辨率可達0.050.1微米,能分辨DNA分子的一條鏈，故又