同位素示踪技术及应用

同位素示踪技术及应用第1页，共55页，2023年，2月20日，星期四放射性示踪技术及应用作者：[英]F·安东尼·埃文斯[日本]村松光雄1990年07月第1版2第2页，共55页，2023年，2月20日，星期四放射性同位素示踪注水剖面测井作者：姜文达石油工业出版社1997年05月第1版3第3页，共55页，2023年，2月20日，星期四医用同位素示踪技术作者：朱寿彭张澜生原子能出版社1989年12月第1版4第4页，共55页，2023年，2月20日，星期四生物医学标记示踪技术作者：王浩丹周申1995年12月第1版人民卫生出版社5第5页，共55页，2023年，2月20日，星期四同位素技术及其在生物医学中的应用作者：中国医学科学院第七研究室科学出版社1977年03月第1版6第6页，共55页，2023年，2月20日，星期四1.《同位素技术》彭根元等，北京农业大学出版社，19942.《HandbookofRadioactivityAnalysis》L’AnnunziataMF,AcademicPress,1998IAEA,LaboratoryTrainingManualontheUseofNuclearandAssociatedTechniquesinPesticideResearch,IAEA,19913.《核技术生物学应用》

陈舜华等，中山大学出版社，19924.《示踪技术在鱼类、水产生物科学中应用》陈舜华，1991

5.《实用放射防护教程》王金鹏等，山东人民出版社，2000年

7第7页，共55页，2023年，2月20日，星期四示踪8第8页，共55页，2023年，2月20日，星期四利用卫星跟踪技术开展的主要研究内容有:揭示迁徙路线和重要停歇地点;寻找新繁殖地和越冬地;利用卫星数据对栖息地及其利用进行评价;探讨鸟类的迁徙策略.期望该技术能够成为中国濒危鸟类保护的有效方法,并尽快得到应用.研究鸟类迁徙最基本的方法是环志(无线电跟踪是现在的先进方法)。研究人员在候鸟集中的繁殖地、越冬地、或迁徙途中的停息地，捕捉活鸟，将带有环志者通讯地址和惟一编号的特殊金属环或腿旗固定在鸟的跗跖部，然后在原地放飞。在其他地方观察到或捕捉到，获得相关信息，这种研究鸟类的方法叫鸟类环志。9第9页，共55页，2023年，2月20日，星期四微型信号发生器信号接收器10第10页，共55页，2023年，2月20日，星期四水产专家为中华鲟装“GPS”通过卫星进行跟踪定位外，配有温度、光强、压力、电压等探头，可对中华鲟游经区域的环境因子进行全方位的实时监测。

11第11页，共55页，2023年，2月20日，星期四寻找地下河道，用颜料作“标记”。12第12页，共55页，2023年，2月20日，星期四示踪的定义踪：就是踪迹、痕迹、标记，等等。示：就是展示、揭示、揭露，等等。示踪：是指给观察对象加上“标记”，再引入被研究的系统，观察标记对象在该系统内的运动和转化规律。13第13页，共55页，2023年，2月20日，星期四1同位素示踪的定义如何标记原子？要观察到原子，人需缩小几十亿倍。14第14页，共55页，2023年，2月20日，星期四1同位素示踪的定义放射性同位素及探测技术的出现，使幻想成为现实。科学研究中，通常使用核素作为标记物，所以示踪也称核素示踪，其中采用放射性核素标记时，称为放射性示踪(或同位素示踪)。15第15页，共55页，2023年，2月20日，星期四将可探测的放射性核素添入化学、生物或物理系统中，标记研究材料，以便追踪发生的过程、运行状况或研究物质结构等的科学手段。16第16页，共55页，2023年，2月20日，星期四在被研究的样品中加“示踪剂”(放射性同位素和标记化合物)，然后通过测定示踪剂的位置和数量，追踪探测样品内部示踪原子放射性水平的变化及其活动情况来显示被研究样品的运动和变化规律，它能使我们在极复杂和隐蔽的化学和物理过程中来研究运动。17第17页，共55页，2023年，2月20日，星期四2同位素示踪的原理

同位素(及其化合物)与普通元素(及其化合物)之间的化学性质和生物学性质是相同的，只是核物理性质不同。因此，用同位素作为一种标记，制成含有同位素的标记化合物(如标记食物，药物和代谢物质等)代替相应的非标记化合物。通过核仪器探测放射性同位素不断地放出特征射线，就可以随时追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等。18第18页，共55页，2023年，2月20日，星期四稳定性同位素虽然不释放射线，但可以利用它与普通相应同位素的质量之差，通过质谱仪，气相层析仪，核磁共振等质量分析仪器来测定。

这些方法不像测量放射性的方法那样灵敏。19第19页，共55页，2023年，2月20日，星期四3同位素示踪的发展史“tracer”的概念是G.deHevesy(赫维西)在1923年提出的。1911年，Hevesy在英国卢瑟福实验室工作期间，因怀疑女房东总是把剩菜改头换面之后给他吃。于是，他在剩菜中放上微量的放射性钍(Th)，然后在下一次的菜中检验是否有放射性，结果他每次都能准确地判断出他所吃的菜是剩菜还是新菜。20第20页，共55页，2023年，2月20日，星期四1923年，Hevesy在丹麦玻尔实验室工作期间，将豆科植物浸泡在含有天然放射性核素210Pb(RaD)和212Pb(ThB)的铅盐溶液中，研究植物吸收铅的机制(分布和转移)。结果发现：铅全部被吸附在根部。21第21页，共55页，2023年，2月20日，星期四1934年，Curie夫妇发现人工放射现象，获得具生物意义的32P、45Ca等。32P示踪：1935年，将32P注入大白鼠中，证明骨骼中的矿物质成分会再补充。1936年，Lawrence&JHLawrence兄弟将人工放射性同位素P-32注射入人体进行白血病的治疗。22第22页，共55页，2023年，2月20日，星期四1940年，Ruben等用18O示踪发现光合作用O2来自于水的光解。14C示踪：1949年，Calvin用14C揭示了光合作用，表明植物根部也能够发生光合作用。

23第23页，共55页，2023年，2月20日，星期四1952年，Hershey和Chase使用35S和32P双标记噬菌体感染实验证明DNA是遗传信息的载体，在50年代还利用14C确定了光合作用最初产物是PGA，并提出了卡尔文循环。60年代，使用14C、13C、18O等，发现了植物光呼吸作用。1977年，Sanger等采用放射性标记技术和ARG技术，成功地进行了DNA序列测定。……24第24页，共55页，2023年，2月20日，星期四4放射性示踪法的特点灵敏度高目前，化学分析只能达到10-9g(很难达到10-12g)可探测<1nCi,或10-1410-18g，从1015个非放射性原子中查出一个放射性原子比重量分析天平敏感107-108倍测量简便、易分辨不受非放杂质干扰，活体研究，体外测量25第25页，共55页，2023年，2月20日，星期四提供原子、分子水平的研究手段微观作用机理、动态变化过程合乎生理条件不扰乱体内生理过程的平衡状态定位、定量准确核显像技术，组织器官、细胞、亚细胞水平定量定位26第26页，共55页，2023年，2月20日，星期四5同位素示踪技术的关键选好示踪剂(TRACER)一种带有特殊标记的物质，当它加入到被研究对象中后，人们可根据其运动和变化来洞悉原来不易或不能辨认的被研究对象的运动和变化规律。同位素化学性质相同，可正确反映研究对象在物理、化学和生物过程中的性质和行为。核素的放射特性不改变物质的物理和化学性质。选好显象剂(IMAGINGAGENT)或核素测量技术27第27页，共55页，2023年，2月20日，星期四5.1放射性示踪剂的选择放射性核素：天然58种，人工约1300种。大多数放射性核素不能用作放射性示踪剂。原因：制备困难、半衰期不合适、放射性不足。28第28页，共55页，2023年，2月20日，星期四5.1放射性示踪剂的选择放射性示踪剂的选择依据：放射性半衰期辐射类型和能量放射性比活度放射性核素的纯度放射性核素的毒性示踪剂的生物半衰期29第29页，共55页，2023年，2月20日，星期四一、放射性半衰期

一般要选择最适宜的半衰期τ的放射性同位素，使τ足够长，从而使衰变校正有意义或干脆不必作衰变校正，同时又要足够短，能较安全地进行示踪实验，并使得放射性废物容易处理。

30第30页，共55页，2023年，2月20日，星期四在实际工作中，使用的放射性同位素的半衰期应该与实验需要持续的时间t相适应，如对于某个实验：当t／τ＝0.04时，应选放射性同位素的衰变校正为3.5％；当t／τ＝0.10时，应选放射性同位素的衰变校正为6.6％；当t／τ＝0.15时，应选用其衰变校正为10％。

31第31页，共55页，2023年，2月20日，星期四

体外示踪一般选用半衰期较长而射线强度适中，既利于探测，又易于防护和保存的放射性示踪剂。

体内示踪时，若实验周期短，应选用半衰期短，且能放出一定强度γ射线放射性同位素，若实验周期长，如需要将动物活杀后对组织脏器分别测定的，则应选用半衰期较长放射性同位素。

32第32页，共55页，2023年，2月20日，星期四此外，根据实验目的来选用定位的或不定位的标记示踪剂。例如研究氨基酸的脱羧反应，14Ｃ应标记在羧基上，只有这种定位标记的氨基酸，才能在脱羧后产生14CO2。而有些实验不要求特定位置标记，只须均匀标记即可。

33第33页，共55页，2023年，2月20日，星期四二、辐射类型和能量探测效率高，易于防护；32P;14C,3H

穿透性好，100-600keV;99Tc,111In,201Tl三、放射性比活度原始比活度足够高；34第34页，共55页，2023年，2月20日，星期四四、放射性核素的纯度检验放射性纯度和放射化学纯度；提纯。在示踪剂制备期间、贮存期间，试验体系中所使用的溶剂、化学试剂、酶等可能会产生化学杂质、放射化学杂质及辐射自分解引起的放射性杂质，这些杂质的存在，使得示踪实验中使用的示踪剂不“纯”，而或多或少影响实验的结果，甚至会导致错误结论。

35第35页，共55页，2023年，2月20日，星期四五、放射性核素的毒性尽量选择低毒组核素；90Sr高毒,89Sr中毒。六、示踪剂的生物半衰期选择生物半衰期短的示踪剂，减少辐射剂量。36第36页，共55页，2023年，2月20日，星期四5.2放射性同位素测量方法的选择一、探测器的选择取决于射线种类，对于α射线通常可用硫化锌晶体、电离室、核乳胶；对能量高的β射线可用云母窗计数管、塑料闪烁晶体及核乳胶测定，对于能量低的β射线可用液体闪烁计数器测量；对于γ射线则用G-M计数管，碘化钠（铊）闪烁晶体探测。目前大多数实验室主要采用晶体闪烁计数法和液体闪烁计数法两种测量方式。37第37页，共55页，2023年，2月20日，星期四二、最佳测量条件的选择同一台探测仪器对不同量的示踪剂具有不同的最佳工作条件，在实验准备阶段要检查探测器是否已调到所用示踪同位素的工作条件，否则需要用一定量的示踪剂作为放射源(或选用该同位素的标准源)，把探测器的最佳工作条件调整好，并且要保证探测器性能处于稳定可靠的状态。38第38页，共55页，2023年，2月20日，星期四二、最佳测量条件的选择坪曲线最好的品质因素测量时间和测量次数剂量及给入途径的选择通常小于1～几μCi，用量控制在最大允许剂量之内，避免辐射效应。样品中所含放射性强度的要求，是使其放射性计数率大于或等于本底计数的10～20倍。39第39页，共55页，2023年，2月20日，星期四6同位素示踪的应用化学：反应过程；生命科学：代谢、物质转化、生命现象；医学：免疫化学、疾病的诊断；农、牧学：代谢、灭害；地质科学：地下水流向和流速、油田开发；

工程问题：地下管网渗漏、机械磨损；药物.......40第40页，共55页，2023年，2月20日，星期四6.1在化学研究中的应用分子结构的研究：同位素交换反应。化学反应机理研究：化学键的形成方式。反应中发生的分子重排、异构、裂解、水解过程。催化反应中吸附催化机理、吸附分子寿命。41第41页，共55页，2023年，2月20日，星期四17世纪：光学显微镜发明标志着生物医学发展中的里程碑20世纪：放射性示踪技术的诞生对生物学推进同样重要6.2在生物学中的应用42第42页，共55页，2023年，2月20日，星期四研究植物的营养生理、对营养元素以及农药的吸附、转运、分配和积累规律。研究人和动物体内物质的吸收、分布、代谢和排泄情况。为分子生物学提供原子和分子水平的研究手段应用于基因工程

。43第43页，共55页，2023年，2月20日，星期四6.3在生物化学研究的应用生物体内的物质代谢。确定代谢途径或中间代谢环节。找出代谢物在体内发生变化之后的产物。找出体内存在的各种生化物质的前身。44第44页，共55页，2023年，2月20日，星期四传统实验方法整体实验。离体实验。 传统实验方法的缺点。同位素示踪法示踪量，不破坏体内生理过程的平衡。3H（T1/2=12.3y),14C(T1/2=5730y)。液体闪烁测量;加速器质谱法（AMS）。45第45页，共55页，2023年，2月20日，星期四研究光合作用单细胞绿藻悬液+光+14CO2纯化悬液，提取内含物双向纸层析分离放射自显影14C-3-磷酸甘油酸14C-1，3-二磷酸甘油酸14C-葡萄糖1940，Calvin确定了碳固定循环，并发现了相应的酶。1961，获诺贝尔奖6.3在生物化学研究中的应用46第46页，共55页，2023年，2月20日，星期四6.4在医学上的应用

——Na131I

诊断甲状腺功能口服示踪量Na131I，在甲状腺部位测量放射性，求131I吸收率。47第47页，共55页，2023年，2月20日，星期四定义：应用放射示踪剂测定体液中生物活性物质含量的体外检测技术。原理：放射性标记抗原和非标记抗原对限量特异性抗体的竞争抑制反应。常见分析方法：测量X和γ射线样品的放免计数器测量软β射线样品的液体闪烁计数器

6.4医学上的应用

——放射免疫分析（RIA）48第48页，共55页，2023年，2月20日，星期四糖尿病人血浆中胰岛素浓度；125I-T4,血清中甲状腺素浓度；内分泌学,肿瘤学,免疫学,病毒学等;测定300多种人体活性物质和药物,灵敏度达10-910-12g

6.4医学上的应用

——放射免疫分析（RIA）第49页，共55页，2023年，2月20日，星期四

放射性示踪剂以某种化合物的形式给药.诊断是根据这些放射性化合物进入人体特定部位并在那些部位浓集的能力。131I59Fe32P99Tc23Na

8.1d45.1d14.3d6.0h14.8h

甲状腺红血细胞眼,肝,瘤心脏,骨,肝,肺循环系统辐射源半衰期检查部位50第50页，共55页，2023年，2