示踪技术及应用解读

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1、放射性示踪技术及应用 the Technology of Radioactive Trace and its Application 放射性示踪技术及应用 the Technology of Radioactive Trace and its Application n1 放射性示踪技术概述 n2 放射性示踪法在工业中的应用 n3 放射性示踪法在化学中的应用 n4 示踪在考古学的应用-年代测定技术 n5 放射性示踪法在生物学中的应用 n6 放射性示踪法在生物化学研究的应用 n7 放射示踪法在医学上的应用 n8 放射性标记化合物 n9 放射性示踪发展展望 1 放射性示踪技术概述 n定义 应用放射

2、性同位素对普通原子或分子加以 标记，利用高灵敏，无干扰的放射性测量技 术研究被标记物所显示的性质和运动规律， 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。 1.1 放射性示踪技术基本性质 对于含有x个A类原子和y个A*原子的系统， 变化进入Z或Z*状态，可表示为 S(xA,yA*)= Z(xA,yA*) 或= Z(x”A,y”A*) 认为同种元素的各同位素的物理化学行为相同， 而同位素效应可以忽略的情况下，则 x/x=y/y 或 x”/x=y”/y 即非放射性原子和放射性原子将有同等的分数进 入变化生成的中间物或最终产物之中。 1.2 放射性示踪技术的分类 化学标记：放射性示踪核

3、素处于被研究系统 组分相同的化合物中，跟踪特定元素的运动，反 应或代谢过程，以得出关于该系统化学变化的信 息。 物理标记：放射性示踪核素不是被追踪系统 的基本部分，而是以某种方式附着在被研究的对 象或介质上，它的辐射可以用某种方法被探测， 但其化学性质表现并不重要。 1) 用示踪原子标记待研究的物质，追踪其化学变 化或在有机体内的运动规律。 2) 将示踪原子与待研究物质完全混合。然后追踪 示踪原子。比如，研究河流中泥沙迁移规律， 山坡地上水土流失规律，管道中液体的输运过 程等。 3) 将示踪原子加入待研究对象中，然后跟踪。比 如炼铁高炉炉衬烧损程度的监测等。 1.3 放射性示踪技术的方式 1.

4、4 放射性示踪技术的特点 n灵敏度高 F可探测100Ci/g 市售 S=0.52Ci/g 对1mCi的放射性As,前一种样品的质量0.01mg 后一种=20.5 mg 放射性示踪剂的选择 n放射性核素的纯度 F检验放射性纯度和放射化学纯度；提纯 n放射性核素的毒性 F尽量选择低毒组核素； 90Sr 高毒 , 89Sr 中毒 n示踪剂的生物半衰期 F选择生物半衰期短的示踪剂，减少辐射 剂量 最常用的放射性示踪核素 核素 CAS登录号 Chemical Abstract Service T1/2 化活度（ Bq/mMl） 射线能 量（Mev ） 衰变 产物 生物半衰 期d 14C 14762-75

5、-5 5.730 y 0.156, 100% 14N 10 3H 10028-17-8 12.3y0.018, 100 % 3He 12 35S 15117-53-0 86.7d0.17, 100 % 35Cl 90 32P 14596-37-3 14.3d1.7, 100 % 32S 257 125I 14158-31-7 60.2d0.03, 90 % 125Te 138 许多标记化合物都是 14C和3H 为基础制取的.迄今,作为商品出 售的放射性标记化合物已达1000多种,其中, 14C标记化合物约 600多种, 3H约300多种, 125I和131I 标记有100多种. 2 放射性示踪

6、法在工业中的应用 工业中流率测量常用方法：放射性示踪技术 优点：测量准确度与速度分布无关。 常用方法： F通过时间法：用于流体体积已知的密封管道。 F连续稀释法：用于流体截面不精确，如敞开的 沟渠。 F总计数法：稀释法的变更 2.1 133Xe(氙)-地下管道检漏 2.2 管道流率测定 信号处理显示 Q V 探测器探测器 Q Ci Cf Si Sf ZnS(Ag)小闪烁室 220Rn流气法测管道流量研究 . 基本原理 0 1 2 3 4 小闪烁室 a 小闪烁室 b 可调容器 如图所示, 0点为钍射气220Rn释放点, 管道流量为Q, 小闪 烁室的容积为Vc ，2点至3点之间(包含可调容器)的容

7、积为Vk ，220Rn的衰变常数为，则在稳定层流状态下，根据放射性衰 变规律，各点的220Rn浓度为： 220Rn在小闪烁室a和小闪烁室b的衰变率为： 设小闪烁室的探测效率为， ThA(216Po )的半衰期(0.16秒)很短，可以认为 220Rn连续发射2个粒子，则小闪烁室a和小闪烁室b测到的计数率为： ZnS(Ag)小闪烁室 220Rn流气法测管道流量研究 小闪烁室a和小闪烁室b测到的计数率比值为 ： 流经管道的气体流量Q为: ZnS(Ag)小闪烁室 220Rn流气法测管道流量研究 2 . 实验装置 ZnS(Ag)小闪烁室 220Rn流气法测管道流量研究 3 . 实验结果 有关参数： 小闪

8、烁室容积 ：Vc=64(ml), 即流率低于740ml/min时216Po和 220Rn已经达到平衡; 延迟体积：Vk=64 (ml); 小闪烁室的探测效率：a= b=100%, 220Rn的衰变常数：=1.32(min-1)； 气体流率：Q与Q分别表示实际流率与测量流率值（ml/min） ZnS(Ag)小闪烁室 220Rn流气法测管道流量研究 ZnS(Ag)小闪烁室 220Rn流气法测管道流量研究 测量流率Q与实际流率Q的比对曲线 ZnS(Ag)小闪烁室 220Rn流气法测管道流量研究 3 放射性示踪法在化学中的应用 n分子结构的研究 同位素交换反应：不发生化学反应，只在不同化学物 质的同位

9、素重新分配所引起的同位素分馏作用。常见的反应有 ： 12CO2+13CH4=13CO2+12CH4 13CO2+H12CO3-=12CO2+H13CO3 因同位素核质量的不同使原子或分子的能级发生变化， 从而引起光谱谱线位移，因此可以进行分子结构的研究。 n化学反应机理研究 F化学键的形成方式 F反应中发生的分子重排、异构、裂解、水解过程 F催化反应中吸附催化机理、吸附分子寿命 3.1 放射分析化学方法 n 同位素稀释法 原理：放射示踪剂与待测物混合分离测量 实例：P 加速器质谱法（AMS） 7 放射示踪法在医学上的应用 n目前全世界80%的同位素用于医学 n核药物的分类 诊断核药物： 进入体

10、内的示踪剂，产生射线，通过体外监测装置 记录示踪剂在体内的位置、不同器官浓度及随时间的变 化。 如：扫描机、 相机、SPECT（单光子发射计算机断层 技术）、PET （正电子发射计算机断层技术） 显象：平面显象、三维断层显象、动态显象 n治疗核药物： 利用放射性核素衰变时产生射线的辐照效应达到治疗 的目的。 多为、衰变 剂量定位在体内某特定部位 如：131I-NaI：治疗甲亢、甲状腺癌 放射示踪法在医学上的应用 常用的放射性药物 201TlCl 心肌显像剂 异氰类：MIBI, TBI-99mTc TcN类， NOET 焦磷酸类：Tc-P53 硝基咪唑类 脑显像剂 18F-FDG HMPAO 1

11、23I-多巴胺受体 11C-螺旋哌啶酮 肿瘤显像剂 99mTc / 111In/ 186Re -McAb 123I/ 99mTc -受体, Octra 肽 直接标记，还原S-S键 间接标记，双功能连接剂 放射性药物99mTc （锝） n生产便利，（99mTc标记物占80%） n物理特性： T1/2 = 6.02h；辐射，E=141keV，适用于相 机和SPECT n临床应用： 可标记多种化合物 脏器显象剂 心肌显象、脑显象 7.1 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 7.2 放射免疫分析（RIA） Radio Immuno Assay

12、 n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。 n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。 n常见分析方法： 测量X和射线样品的放免计数器 测量软射线样品的液体闪烁计数器 n应用: 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 7.2 放射免疫分析（RIA） 物质代放谢的研究 n体内存在着很多种物质，究竟它们之间是如何转变的，如果在研究 中应用适当的同位素标记物作示踪剂分析这些物质中同位素含量的 变化，就可以知道它

13、们之间相互转变的关系，还能分辩出谁是前身 物，谁是产物 ，分析同位素示踪剂存在于物质分子的哪些原子上， 可以进一步推断各种物质之间的转变机制。为了研究胆固醇的生物 合成及其代谢，采用标记前身物的方法，揭示了胆固醇的生成途径 和步骤，实验证明，凡是能在体内转变为乙酰辅酶A的化合物，都可 以作为生成胆固醇的原料，从乙酸到胆固醇的全部生物合成过程， 至少包括36步化学反应，在鲨烯与胆固醇之间，就有二十个中间物 ，胆固醇的生物合成途径可简化为：乙酸甲基二羟戊酸胆固醇 又如在研究肝脏胆固醇的来源时，用放射性同位素标记物3H胆固 醇作静脉注射的示踪实验说明，放射性大部分进入肝脏，再出现在 粪中，且甲状腺素

14、能加速这个过程，从而可说明肝脏是处理血浆胆 固醇的主要器官，甲状腺能降低血中胆固醇含量的机理，在于它对 血浆胆固醇向肝脏转移过程的加速作用。 物质转化的研究 n物质在机体内相互转化的规律是生命活动中重要的本质内容，在过去的物 质转化研究中，一般都采用用离体酶学方法，但是离体酶学方法的研究结果 ，不一定能代表整体情况，同位素示踪技术的应用，使有关物质转化的实验 的周期大大缩短，而且在离体、整体、无细胞体系的情况下都可应用，操作 简化，测定灵敏度提高，不仅能定性，还可作定量分析。 在阐明核糖苷酸 向脱氧核糖核苷酸转化的研究中，采用双标记法，对产物作双标记测量或经 化学分离后分别测量其放射性。如在鸟

15、嘌呤核苷酸（GMP）的碱基和核糖 上分别都标记上14C，在离体系统中使之参入脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP） ，然后将原标记物和产物（被双标记GMP掺入的dGMP）分别进行酸水解和 层析分离后，测定它们各自的碱基和戊糖的放射性，结果发现它们的两部分 的放射性比值基本相等，从而证明了产物dGMP的戊糖就原标记物GMP的戊 糖，而没有别的来源，否则产物dGMP的碱基和核糖的比值一定与原标记物 GMP的两部分比值有显著差别。这个实验说明戊糖脱氧是在碱基与戊糖不 分记的情况下进行的，从而证明了脱氧核糖核苷酸是由核糖核苷酸直接转化 而来的，并不是核糖核苷酸先分解成核糖与碱基，碱基再重新接上脱氧杭核 糖。无细

16、胞的示踪实验可以分析物质在细胞内的转化条件，例如以3H-dTTP 为前身物作DNA掺入的示踪实验，按一定的实验设计掺入后，测定产物 DNA的放射性，作为新合成的DNA的检出指标。 动态平衡的研究 n阐明生物体内物质处于不断更新的动态平衡之 中，是放射性同位素示踪法对生命科学的重大贡 献之一，向体内引入适当的同位素标记物，在不 同时间测定物质中同位素含量的变化，就能了解 该物质在体内的变动情况，定量计算出体内物质 的代谢率，计算出物质的更新速度和更新时间等 等。机体内的各种物质都在有大小不同的代谢库 ，代谢库的大小可用同位素稀释法求也。 生物样品中微量物质的分析 n在放射性同位素示踪技术被应用之前，由于制 备样品时的丢失而造成回收率低以及测量灵敏度 不高等问题，使得对机体正常功能起很重要作