核分析技術(shù)與方法

第三章核分析技術(shù)與方法2023/2/22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(xiàn)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)2023/2/23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2023/2/24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(lèi)核分析技術(shù)特點(diǎn)2023/2/25核分析技術(shù)原理

核分析技術(shù)是基于被測(cè)定的材料或樣品在射線(xiàn)和粒子束的作用下，產(chǎn)生相應(yīng)的輻射特征(射線(xiàn)、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(cè)器測(cè)量材料或樣品中某核素輻射特征（如特征譜線(xiàn)）確定核素種類(lèi)，經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)效率刻度可進(jìn)一步確定樣品中核素的活度、含量等信息。可以定性分析，又可以定量分析。2023/2/26離子束分析技術(shù)（Ionbeamanalysis，IBA）超精細(xì)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(lèi)核反應(yīng)分析（NRA)；盧瑟福背散射（RBS);質(zhì)子誘發(fā)X射線(xiàn)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(xiàn)活化；中子活化。2023/2/27靈敏度高、準(zhǔn)確度好、分辨率高、非破壞性、具備多元素分析能力、能實(shí)施離線(xiàn)和在線(xiàn)測(cè)量。核分析技術(shù)特點(diǎn)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(duì)象，所以發(fā)展鈾、钚材料的非破壞性輻射探測(cè)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(xué)組分等化學(xué)信息，同時(shí)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(duì)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。2023/2/28物理、化學(xué)、生物、地質(zhì)、考古等學(xué)科所研究的各種實(shí)體與物質(zhì)的分析，如文物鑒定、年代測(cè)定、產(chǎn)地確定、制作工藝水平分析等。核分析技術(shù)應(yīng)用2023/2/29第二節(jié)X-射線(xiàn)熒光分析X射線(xiàn)熒光分析的基本原理X射線(xiàn)熒光光譜儀的基本結(jié)構(gòu)定性定量分析方法X射線(xiàn)熒光光譜法的特點(diǎn)2023/2/210引言

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

X射線(xiàn)是一種電磁輻射，按傳統(tǒng)的說(shuō)法，其波長(zhǎng)介于紫外線(xiàn)和γ射線(xiàn)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(xiàn)，其能量可能遠(yuǎn)大于γ射線(xiàn)，故X射線(xiàn)的波長(zhǎng)范圍沒(méi)有嚴(yán)格的界限，對(duì)于X射線(xiàn)熒光分析而言，一般是指波長(zhǎng)為0.001nm～50nm的電磁輻射。對(duì)化學(xué)分析來(lái)說(shuō)，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(xiàn)，24nm則是最輕元素Li的K系譜線(xiàn)。2023/2/211一、 X射線(xiàn)熒光分析的基本原理

高能X射線(xiàn)與原子發(fā)生碰撞，激發(fā)出一個(gè)內(nèi)層電子而出現(xiàn)一個(gè)空穴，使整個(gè)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(gè)過(guò)程稱(chēng)為弛豫過(guò)程。弛豫過(guò)程可以是非輻射躍遷，也可以是輻射躍遷。2023/2/212熒光X射線(xiàn)及俄歇電子產(chǎn)生過(guò)程熒光X射線(xiàn)及俄歇電子產(chǎn)生過(guò)程示意圖俄歇電子的能量是特征性的。X射線(xiàn)熒光的能量或波長(zhǎng)是特征性的。

與元素有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。2023/2/213譜線(xiàn)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(xiàn)，稱(chēng)為K系譜線(xiàn)：由L層躍遷到K層輻射的X射線(xiàn)叫Kα射線(xiàn)，由M層躍遷到K層輻射的X射線(xiàn)叫Kβ射線(xiàn)2023/2/214莫斯萊定律莫斯萊（HGMoseley）發(fā)現(xiàn)，熒光X射線(xiàn)的波長(zhǎng)λ與元素的原子序數(shù)Z滿(mǎn)足λ=k(Z-s)-2

式中k和s對(duì)同組譜線(xiàn)來(lái)說(shuō)是常數(shù)

熒光X射線(xiàn)的能量為：E=hν=hC/λ只要測(cè)出熒光X射線(xiàn)的波長(zhǎng)或者能量，就可以確定元素的種類(lèi)，即進(jìn)行元素的定性分析。測(cè)出熒光X射線(xiàn)的強(qiáng)度即可進(jìn)行元素的定量分析。2023/2/215二、 X射線(xiàn)熒光光譜儀的基本結(jié)構(gòu)由于X射線(xiàn)具有一定波長(zhǎng)，又有一定能量，因此，X射線(xiàn)熒光光譜儀有兩種類(lèi)型：波長(zhǎng)色散型和能量色散型。

X射線(xiàn)熒光光譜儀主要由激發(fā)、色散、探測(cè)、記錄及數(shù)據(jù)處理等單元組成。2023/2/2161、X射線(xiàn)管

X射線(xiàn)管產(chǎn)生的X射線(xiàn)透過(guò)鈹窗入射到樣品上，激發(fā)出樣品元素的特征X射線(xiàn)。X射線(xiàn)管所消耗功率的0.2%左右轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線(xiàn)輻射，其余均變?yōu)闊崮苁筙射線(xiàn)管升溫，因此必須不斷的通冷卻水冷卻靶電極。2023/2/2172、

分光系統(tǒng)主要部件是晶體分光器，它的作用是通過(guò)晶體衍射現(xiàn)象把不同波長(zhǎng)的X射線(xiàn)分開(kāi)。晶體的布拉格衍射定律2dsinθ=nλ改變?chǔ)瓤捎^測(cè)到不同λ的熒光X射線(xiàn)。分光晶體轉(zhuǎn)動(dòng)θ角,檢測(cè)器必須轉(zhuǎn)動(dòng)2θ角。2023/2/2183、

檢測(cè)記錄系統(tǒng)將X射線(xiàn)光子能量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。檢測(cè)器有流氣正比計(jì)數(shù)器和閃爍計(jì)數(shù)器。流氣正比計(jì)數(shù)器主要由金屬圓筒負(fù)極和芯線(xiàn)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(cè)。2023/2/2193、

檢測(cè)記錄系統(tǒng)將X射線(xiàn)光子能量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。檢測(cè)器有流氣正比計(jì)數(shù)器和閃爍計(jì)數(shù)器。閃爍計(jì)數(shù)器適用于重元素的檢測(cè)。2023/2/220熒光X射線(xiàn)譜圖由X光激發(fā)產(chǎn)生的熒光X射線(xiàn)，經(jīng)晶體分光后，由檢測(cè)器檢測(cè)。2θ-熒光X射線(xiàn)強(qiáng)度關(guān)系曲線(xiàn)這種方法分辨率高，但探測(cè)效率低，主要用于化學(xué)環(huán)境下的精細(xì)結(jié)構(gòu)研究。2023/2/2214、能量色散譜儀利用熒光X射線(xiàn)具有不同能量的特點(diǎn)，將其分開(kāi)并檢測(cè)，不必使用分光晶體，而是依靠半導(dǎo)體探測(cè)器來(lái)完成。最大優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)測(cè)定樣品中幾乎所有的元素、分析速度快。對(duì)X射線(xiàn)的總檢測(cè)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(xiàn)。工作穩(wěn)定，儀器體積小。缺點(diǎn)是能量分辨率差，探測(cè)器必須在低溫下保存。對(duì)輕元素檢測(cè)困難。得到計(jì)數(shù)率隨光子能量變化的分布曲線(xiàn)，即X光能譜圖。2023/2/222三、 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(xiàn)熒光光譜分析是一種相對(duì)分析方法，需要通過(guò)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)樣品確定待測(cè)樣品的含量。所測(cè)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(duì)測(cè)定結(jié)果的不確定度很大。2023/2/223定性分析不同元素的熒光X射線(xiàn)具有各自的特定波長(zhǎng)或能量，因此根據(jù)熒光X射線(xiàn)的波長(zhǎng)或能量可以確定元素的組成。波長(zhǎng)色散型光譜儀檢測(cè)器轉(zhuǎn)動(dòng)的2θ角可以求出X射線(xiàn)的波長(zhǎng)λ，從而確定元素成份。能量色散型光譜儀由譜線(xiàn)對(duì)應(yīng)能量確定是何種元素及成份。2023/2/224定量分析含量定量分析的依據(jù)：元素的熒光X射線(xiàn)強(qiáng)度Ii與試樣中該元素的含量Ci成正比。Ci——為待測(cè)元素濃度；Ki——儀器校正因子；Ii——待測(cè)元素的熒光X射線(xiàn)凈強(qiáng)度；Mi——元素間吸收增強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法、增量法、內(nèi)標(biāo)法等2023/2/225定量分析內(nèi)標(biāo)法在工業(yè)分析中較多采用。例如，采用X射線(xiàn)衍射內(nèi)標(biāo)法測(cè)定燒結(jié)礦中FeO含量時(shí)，選擇NaCl為內(nèi)標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)樣品中，通過(guò)測(cè)量樣品中Fe3O4衍射峰和內(nèi)標(biāo)物NaC1衍射峰的強(qiáng)度，獲得衍射強(qiáng)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(biāo)曲線(xiàn)。實(shí)測(cè)樣品時(shí)，按同樣方法摻入內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，獲得樣品中Fe3O4和NaCl衍射強(qiáng)度比值IFe3O4/INaCl，即可快速獲得待測(cè)樣品中FeO含量。

2023/2/226定量分析基體效應(yīng)是指樣品的基本化學(xué)組成和物理化學(xué)狀態(tài)的變化對(duì)X射線(xiàn)熒光強(qiáng)度所造成的影響?；瘜W(xué)組成的變化，會(huì)影響樣品對(duì)初級(jí)X射線(xiàn)和X射線(xiàn)熒光的吸收，也會(huì)改變熒光增強(qiáng)效應(yīng)。例如，在測(cè)定不銹鋼中Fe和Ni等元素時(shí)，由于初級(jí)X射線(xiàn)的激發(fā)會(huì)產(chǎn)生NiKα熒光X射線(xiàn)，NiKα在樣品中可能被Fe吸收，使Fe激發(fā)產(chǎn)生FeKα。測(cè)定Ni時(shí)，因?yàn)镕e的吸收效應(yīng)使結(jié)果偏低；測(cè)定Fe時(shí)，由于熒光增強(qiáng)效應(yīng)使結(jié)果偏高。因此，對(duì)于成份和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的樣品基體，需要用各種算法進(jìn)行修正，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確分析。2023/2/227厚度定量分析厚度定量分析的依據(jù)是厚度為T(mén)的某種元素的薄膜的熒光X射線(xiàn)強(qiáng)度IT與無(wú)限厚（實(shí)際達(dá)到飽和厚度即可）薄膜元素的熒光X射線(xiàn)強(qiáng)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(gè)常數(shù)

對(duì)于單層薄膜厚度，可直接由上式計(jì)算獲得。多層薄膜厚度的定量分析與單層薄膜類(lèi)似，但是需要考慮外層薄膜對(duì)內(nèi)層薄膜熒光的吸收作用，算法更加復(fù)雜。2023/2/228四、 X射線(xiàn)熒光光譜法的特點(diǎn)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(cè)定。熒光X射線(xiàn)譜線(xiàn)簡(jiǎn)單，相互干擾少，樣品不必分離，分析方法比較簡(jiǎn)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(cè)限可達(dá)1ppm。可用于樣品的無(wú)損分析，且快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高。2023/2/229第三節(jié)中子活化分析技術(shù)活化分析的分類(lèi)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(diǎn)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用2023/2/230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(shí)分析等特點(diǎn)。2023/2/231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(mǎi)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(diǎn)嫌疑人約翰·沃萊曼，他在幾個(gè)月前的一個(gè)舞會(huì)上和埃塔恩·布查德相識(shí)并開(kāi)始交往。當(dāng)警方找到他并審訊時(shí)，他始終堅(jiān)持說(shuō)他有幾個(gè)月沒(méi)有見(jiàn)過(guò)埃塔恩。第二次尸檢時(shí)，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(zhǎng)。為了驗(yàn)證是否是嫌疑人的頭發(fā)，警探們把注意力轉(zhuǎn)到了當(dāng)時(shí)尚有爭(zhēng)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(chǎng)發(fā)現(xiàn)的頭發(fā)通過(guò)中子活化分析技術(shù)測(cè)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(shí)約翰·沃萊曼開(kāi)始仍辯解說(shuō)自己無(wú)罪，但是，當(dāng)一些科學(xué)家作為專(zhuān)家證人解釋這種新技術(shù)以及整個(gè)檢驗(yàn)過(guò)程時(shí)，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(wú)罪辯解，承認(rèn)自己殺了埃塔恩。被判死刑，后改為緩期執(zhí)行。2023/2/232中子活化分析的應(yīng)用舉例（2）法國(guó)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(gè)謎。外界對(duì)法國(guó)皇帝拿破侖之死是眾說(shuō)紛紜，有說(shuō)他是砒霜中毒而死，有說(shuō)他是被情婦所殺，還有說(shuō)他是得胃癌而死，其中以死于砒霜中毒的說(shuō)法最為盛行。1961年人們用中子活化分析對(duì)他被保存的頭發(fā)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)含有大量砷，因此認(rèn)為他是因慢性砷中毒而死的。2007年美國(guó)科學(xué)家研究后認(rèn)為拿破侖是死于胃癌晚期，而非此前外界廣為傳說(shuō)的砒霜中毒，這與拿破侖死亡當(dāng)年的尸體解剖和臨床癥狀結(jié)論是一致的。2023/2/233一、活化分析的分類(lèi)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(xiàn)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(duì)于原子序數(shù)小的輕元素，核反應(yīng)（γ，p）也重要。2023/2/234二、活化分析的原理用一定能量和流強(qiáng)的中子、帶電粒子或者高能γ光子轟擊待測(cè)試樣，使試樣“活化”，“活化”后的核素將按照自身的規(guī)律進(jìn)行衰變，同時(shí)放出γ射線(xiàn)。由于核素放出的γ射線(xiàn)與核素之間存在特定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)測(cè)定γ射線(xiàn)的能量和強(qiáng)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(guò)程。

2023/2/235γ核指紋不同放射性同位素的半衰期和發(fā)射γ射線(xiàn)的能量都是不同的，如同人的指紋一樣；沒(méi)有發(fā)現(xiàn)兩個(gè)不同的放射性同位素有相同的半衰期或γ射線(xiàn)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(xiàn)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(lèi)及其含量。2023/2/236活化方程式——絕對(duì)分析方法“冷卻”（即衰變）一段時(shí)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(duì)分析方法。照射t時(shí)間時(shí)生成的放射性核素的放射性總活度：將N值代入，得2023/2/237活化方程式——相對(duì)分析方法所謂相對(duì)法，就是用標(biāo)準(zhǔn)樣與試樣在相同條件下照射和測(cè)量，標(biāo)準(zhǔn)樣中待測(cè)元素的含量是已知的。絕對(duì)法分析時(shí)遇到的問(wèn)題：σ和f不容易準(zhǔn)確測(cè)出。計(jì)數(shù)率2023/2/238三、中子活化分析技術(shù)基礎(chǔ)

1936年，化學(xué)家赫維西（G.Hevesy）和列維（H.Levy）進(jìn)行了歷史上的第一次中子活化分析（Neutronactivationanalysis，NAA）。當(dāng)時(shí)他們用Ra-Be中子源通過(guò)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(cè)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。2023/2/239（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(shí)間穩(wěn)定性；對(duì)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。2023/2/240定義及特點(diǎn)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(xiàn)，測(cè)量γ射線(xiàn)的能量和強(qiáng)度可以得知原來(lái)穩(wěn)定核素的元素名稱(chēng)和含量。特點(diǎn)：①檢出限好熱中子活化分析，對(duì)80多種元素的分析檢出限好，可達(dá)到10－6～10－11g，少數(shù)元素可高達(dá)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(jī)控制多道脈沖幅度分析器及自動(dòng)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(dòng)化，每天可分析數(shù)百個(gè)樣品。③能作多元素同時(shí)分析。④能作非破壞性分析這點(diǎn)對(duì)需要保持樣品完好狀態(tài)的分析工作具有重要意義。

2023/2/241四、中子活化分析步驟2023/2/242樣品的放射性活度隨時(shí)間的變化2023/2/243輻照時(shí)間內(nèi)放射性核素產(chǎn)額2023/2/244冷卻時(shí)間內(nèi)放射性活度2023/2/245測(cè)量階段的放射性計(jì)數(shù)2023/2/246靶樣品中某種核素的含量與相應(yīng)γ計(jì)數(shù)關(guān)系2023/2/247靶樣品中某種核素含量的相對(duì)測(cè)量方法2023/2/248靶樣品中某種核素含量的相對(duì)測(cè)量方法2023/2/249五、中子活化分析中的干擾反應(yīng)2023/2/250初級(jí)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(guò)另外的核反應(yīng)，測(cè)定干擾元素含量；2023/2/251次級(jí)干擾反應(yīng)2023/2/252六、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(zhǎng)，元素分布調(diào)查等)地球和宇宙科學(xué)(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(xué)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(xué)(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(cè)量，痕量元素代謝機(jī)制及生理、病理作用等)材料科學(xué)領(lǐng)域以及考古學(xué)和參考物認(rèn)證等方面均有廣泛的應(yīng)用。2023/2/253第四節(jié)同位素示蹤技術(shù)基本原理和特點(diǎn)同位素示蹤技術(shù)在生命科學(xué)中的應(yīng)用2023/2/254引言1923年，赫維西（Hevesy）首先創(chuàng)建了同位素示蹤實(shí)驗(yàn)，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(xué)獎(jiǎng)，獲獎(jiǎng)原因“使用同位素作為化學(xué)過(guò)程研究的示蹤劑”。是核醫(yī)學(xué)的創(chuàng)立者。2023/2/255引言Hevesy在盧瑟福實(shí)驗(yàn)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(yàn)是否有放射性，結(jié)果他都能準(zhǔn)確地判斷是剩菜還是新菜。2023/2/256一、 基本原理和特點(diǎn)利用同位素及其化合物具有相同的化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)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(biāo)識(shí)物，制成含有同位素的標(biāo)記化合物（如標(biāo)記食物、藥物、代謝物等）代替相應(yīng)的非標(biāo)記化合物。放射性核素特征射線(xiàn)核探測(cè)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(guò)質(zhì)譜儀、氣相色譜儀、核磁共振等分析儀器來(lái)測(cè)定。2023/2/257放射性同位素示蹤技術(shù)具有的特點(diǎn)：靈敏度高可測(cè)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?；瘜W(xué)分析法很難測(cè)定到10-12g水平。2.方法簡(jiǎn)便不受其它非放射性物質(zhì)的干擾，可以省略許多復(fù)雜的化學(xué)分離步驟。（體內(nèi)示蹤無(wú)損分析）3.定位定量準(zhǔn)確

能準(zhǔn)確定量地測(cè)定代謝物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)變,與某些形態(tài)學(xué)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(duì)組織器官的定位準(zhǔn)確度可達(dá)細(xì)胞水平、亞細(xì)胞水平乃至分子水平。2023/2/258放射性同位素示蹤技術(shù)具有的特點(diǎn)：4.符合生理?xiàng)l件所引用的放射性標(biāo)記化合物的化學(xué)量是極微量的，它對(duì)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(guò)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?xiàng)l件，更能反映客觀存在的事物本質(zhì)。5、存在一些缺點(diǎn)工作人員要接受一定的專(zhuān)門(mén)訓(xùn)練，操作應(yīng)具備相應(yīng)的安全防護(hù)設(shè)施和條件；示蹤實(shí)驗(yàn)時(shí)，必須注意示蹤劑的同位素效應(yīng)和輻射效應(yīng)問(wèn)題。2023/2/259二、 同位素示蹤技術(shù)在生命科學(xué)中的應(yīng)用放射性核素示蹤在生物化學(xué)和分子生物學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，它為揭示體內(nèi)和細(xì)胞內(nèi)理化過(guò)程的奧秘、闡明生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)起了極其重要的作用。在生命科學(xué)中，同位素示蹤技術(shù)主要用于測(cè)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€(gè)方面。2023/2/2601.生物樣品中微量物質(zhì)的測(cè)定（1）同位素稀釋法

適用于分析微量或測(cè)定難于同其它物質(zhì)定量分離的物質(zhì)。例如，在生物化學(xué)中，可用同位素稀釋法測(cè)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(cè)定其放射性。2023/2/2611.生物樣品中微量物質(zhì)的測(cè)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)*A2023/2/2621.生物樣品中微量物質(zhì)的測(cè)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(fù)期的診斷時(shí)測(cè)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(dá)到平衡后，取出血液樣品，測(cè)定同位素含量。2023/2/2631.生物樣品中微量物質(zhì)的測(cè)定一種特殊的同位素稀釋法，方法靈敏度高、特異性強(qiáng)、標(biāo)本及試劑用量少、操作比較簡(jiǎn)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(xué)研究，還可用于體液中極微量生物活性物質(zhì)的測(cè)定。（2）競(jìng)爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)放射分析。2023/2/2641.生物樣品中微量物質(zhì)的測(cè)定利用RIA方法測(cè)定血漿胰島素：標(biāo)記抗原（*Ag）和非標(biāo)記抗原（Ag）都會(huì)同抗體（