同位素在日常生活中的应用.doc

同位素在日常生活中的应用自二十世纪初，英国科学家索迪提出同位素的概念到现在已有一百年历史了。这些年来，随着科学技术水平的不断提高，科学工作者对同位素的研究和应用取得了令人瞩目的成就。到目前为止，在已发现的一百多种元素中，稳定同位素约有三百多种，而放射性同位素达到一千五百多种，同位素技术已广泛应用在农业、工业、医学、地质及考古等领域。由于很少量的放射性物质很容易被检测出，所以，放射性同位素应用地更广泛一些。同位素的应用主要有以下几个方面：医学上，利用放射性同位素原子示踪，对甲状腺、肝、肾、脑、心脏、胰脏等脏器进行扫描，来诊断肿瘤等疾病。例如：人体内的甲状腺将人体吸收的碘绝大部分集中起来制成甲状腺素，以调节人体中的脂肪、蛋白质和碳水化合物的新陈代谢，正常的甲状腺吸收的碘量是一定的，如果甲状腺功能强，吸收碘的能力就强，如果甲状腺功能弱，吸收碘的能力就弱。所以，口服Na131I，一定时间后，观察131I聚集情况，根据131I吸收的快慢和多少，与正常值比较便可判断它的功能状态。此外用131I马尿酸可测定肾功能，用51Cr可以测定脾功能，用60Co可以改善癌症的治疗（即放射疗法）等。在工业上，利用放射性同位素可以测井探矿、无损探伤、检查管道泄露或管道堵塞等。例如：检验一个部件是否严密，可以先将部件放入一个密闭容器内，然后充入85Kr气体，再将气体抽出，检查部件内是否有85Kr，如果部件内没有85Kr，则说明部件严密。再如：放射性同位素原子放出粒子或粒子的同时，常常伴随射线的产生，利用这个性质，可以进行测井探矿。探测时，将放射性同位素系入深井，射线射在岩层上被散射后可以进入射线探测器里，射线的吸收和散射程度，与岩层物质的密度和元素的原子序数有关，密度大，吸收射线就多，探测器输出电流强；密度小，吸收射线就少，探测器输出电流就弱。通过探测器输出信号的强弱，可推知岩层的位置和厚薄，为煤、石油等的开采提供准确的地下信息。在地质、考古方面，利用放射性同位素的半衰期，可以确定矿石的年龄，化石的年代。例如：碳的同位素除12C（占98.8%）和13C（占1.11%）外，还有少量的14C，14C具有放射性，14C经过衰变后变成14N，半衰期为5720年，在大气中，C氧化为CO2（含放射性和非放射性碳）以后，被植物吸收，动物以植物为食物，这样14C进入动物的组织中，通过14C的吸收和放射性衰变的自然平衡，活有机体内的14C和12C的恒态比与大气中的14C和12C的比例达到相等，动植物死亡后，C的吸收停止，放射性碳的含量由于衰变而逐渐减少。在5720年后14C的含量变为原来的一半。这样通过测定含碳物质如化石等样品中碳的衰变速度，即可确定有机体的死亡时间，即化石的年代。再比如，可以从238U与206Pb的比值来计算岩石的年龄。目前，用这种方法测出的最老的地球岩石年龄大约是3109年。在农业上，利用放射性同位素辐射种子，改变其遗传基因，可以选育良种。另外还可用于防治害虫、贮藏食品、合理施肥、农药残留毒素的研究等。有些元素不能得到放射性同位素，也可以用稳定同位素原子作为示踪原子，这就要用质谱仪来分析其产物。例如，科学家为了搞清楚羧酸（RCOOH）与醇（ROH）发生酯化反应的机理，就是利用18O（18O为氧的稳定同位素）对产物进行原子示踪。具体做法是让乙酸（CH3COOH）与用18O标记的乙醇（CH3CH218OH）发生反应，用质谱仪分析反应后的产物，分析结果是产物中只有乙酸乙酯中有18O，这就证明了酯化反应的机理是酸脱去羟基醇脱去氢原子。再如，用16O与18O的原子个数比推测海水温度：海洋中的贝壳主要成分为CaCO3，而CaCO3中的O原子主要是16O与18O。通常情况下，18O的含量只有16O含量的1/500，但海水温度发生变化，此比值也会随之变化，海水温度升高时