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(yàn)的設(shè)計(jì)第三節(jié)放射性測(cè)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(jī)體（試驗(yàn)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(jī)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(diǎn)

（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(cè)性。3（二）放射性同位素示蹤法的特點(diǎn)

1、優(yōu)點(diǎn)

（1）靈敏度高：可測(cè)10-18~10-14g

（2）可以在正常的生理?xiàng)l件下進(jìn)行研究（3）易于分辨原有的和實(shí)驗(yàn)加入的原子（4）實(shí)驗(yàn)操作手續(xù)簡(jiǎn)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(jī)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(cè)定抽提出的量及殘留于土壤中的量，結(jié)果表明：有機(jī)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(méi)有合適的放射性同位素可供示蹤實(shí)驗(yàn)。（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(yùn)轉(zhuǎn)，以及在生物體內(nèi)的積累、合成和分解等新陳代謝過(guò)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(chóng)的遷飛規(guī)律9

第二節(jié)放射性同位素示蹤試驗(yàn)設(shè)計(jì)

一、基本工作程序

1、按試驗(yàn)研究的目的和任務(wù)擬定試驗(yàn)計(jì)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(cè)量；8、測(cè)量數(shù)據(jù)的處理；9、結(jié)果的分析和報(bào)告；10、清量試驗(yàn)中的用具和廢物處理。11土壤微生物對(duì)植物吸收89Sr的影響12百喜草13

二、放射性示蹤試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（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(huì)出現(xiàn)理化性質(zhì)或表現(xiàn)行為的差異，對(duì)反應(yīng)過(guò)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(duì)于一些輕元素同位素因其相對(duì)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(kuò)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(duì)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(yàn)中引入生物體的放射性同位素就是一個(gè)內(nèi)照射源，會(huì)造成一定的生物學(xué)效應(yīng)。可用以下兩種方法檢查試驗(yàn)中有無(wú)放射性效應(yīng)：（1）以穩(wěn)定同位素作對(duì)照；（2）不同劑量的放射性同位素作對(duì)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(jī)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(yàn)周期較短的，選用半衰期較短的核素作示蹤劑；試驗(yàn)周期長(zhǎng)的則選半衰期長(zhǎng)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(gè)基本原則：

（1）在試驗(yàn)終了時(shí)制得的測(cè)樣，其計(jì)數(shù)率要高于本底計(jì)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(duì)示蹤劑的利用率；（4）測(cè)量?jī)x器的計(jì)數(shù)效率；（5）時(shí)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(duì)土壤中磷的吸收及其在植株各器官中的分布。試驗(yàn)用盆栽，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)將32P標(biāo)記肥料引入土壤，并均勻混合。從插秧到制樣測(cè)量約40天；采樣時(shí)每盆樣品的干重100克，測(cè)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(duì)磷的利用率為10%,測(cè)量?jī)x器的計(jì)數(shù)效率為10%，本低為15cpm。在孕穗期一次性取樣，求試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)每盆土壤中需引入32P的量。

解：（1）本底為15cpm,計(jì)數(shù)率高于兩倍本底，即100mg樣品中不包括本底在內(nèi)的計(jì)數(shù)率應(yīng)為：15cpm×2=30cpm;24(2)因?yàn)椴煌鞴俚臉悠凡町惗葹?倍；所以100mg樣品中最低計(jì)數(shù)率為：

30cpm×5=150cpm;(3)100g樣品中的總計(jì)數(shù)率為：

150cpm×1000=1.5×105cpm;(4)儀器的計(jì)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(duì)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(yàn)周期為40天，由于T=14.3d，因此需進(jìn)行時(shí)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(shuō)明書(shū)考察

說(shuō)明書(shū)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(kāi)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(guò)植物地上部分引入（1）注射法（2）葉部引入（三）通過(guò)植物根系引入2829六、放射性示蹤試驗(yàn)的管理

（一）應(yīng)作特殊標(biāo)記；（二）防止交叉污染；（三）實(shí)驗(yàn)管理時(shí)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(cè)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(qiáng)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(jiǎn)便；

3.所得的樣品有盡可能高的計(jì)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(cè)量的方法。此法對(duì)觀察營(yíng)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(yùn)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(lái)后，不經(jīng)烘干，稍經(jīng)加工即進(jìn)行測(cè)量，方法有：（1）打孔法；（2）勻漿法。此法手續(xù)簡(jiǎn)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(jiǎn)便，準(zhǔn)確度適于一般試驗(yàn)要求。注意：（1）避免交叉污染；（2）無(wú)限厚與無(wú)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(guò)2小時(shí)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(cè)定。此法優(yōu)點(diǎn)是可以把較多的樣品灰化后一起進(jìn)行測(cè)量，使計(jì)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(jī)械結(jié)合去除污染時(shí)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(duì)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(duì)表面光滑器皿的去污方法（二）被放射性溶液大面積污染時(shí)（三）對(duì)被放射性粉末污染（四）皮膚被污染

1.不能用有機(jī)溶劑；2.不用較濃的酸洗；3.去污時(shí)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(huì)產(chǎn)生放射性的廢氣、廢液和廢物，統(tǒng)稱為“三廢”。如果對(duì)“三廢”處理不當(dāng)，可能會(huì)造成嚴(yán)重的后果。為了減少輻射危害、保護(hù)環(huán)境，對(duì)放射性“三廢”必須嚴(yán)格按照國(guó)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(duì)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(guò)化學(xué)試劑吸收，然后再排放稀釋。對(duì)放射性粉塵或氣溶膠則采用過(guò)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(zhǎng)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(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)則可直接排放；如超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)，則在貯存池內(nèi)存放一定時(shí)間，降低放射性活度。44

半衰期長(zhǎng)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(guò)國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)）則