核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用3

1、核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用3中國農(nóng)業(yè)大學中國農(nóng)業(yè)大學齊孟文齊孟文 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用 核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學 技術(shù)概要技術(shù)概要 一門以粒子與物質(zhì)的相互作用產(chǎn)生的核效應(yīng)與核譜學為基礎(chǔ)的，由多種方法構(gòu)成的分析方法。 該方法一般都具有靈敏、精密、準確，無需試劑空白、基體效應(yīng)小、非破懷、特異性、多元素分析以及良好的空間及能量分辯率的特點。 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用 核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學 種類及用途分類 工作方式 亞類 用途活化分析 瞬發(fā)或緩發(fā)中子、儀器中子活化(INAA) 定性、定 帶電粒子、r光子 放化中子活化(RNAA) 量和化學 純儀器或有放化 帶電粒子活化(C

2、NAA) 種態(tài) 分離 重離子活化(HIAA) 超熱中子活化(ENAA) 快中子活化(FNAA) 分子活化(MAA) 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用 核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學分類 工作方式 亞類 用途離子束分析 彈性、非彈性 質(zhì)子激發(fā)X螢光(PIXE) 定性、半定 散射 核反應(yīng)(NRA) 量及定量 有或無核激發(fā) 盧瑟福背散射(RBS) 分析，元素 常規(guī)或微束 彈性反沖(ERDA) 分布核磁共振 用或不用脈沖 磁角自旋共振 化學種態(tài) 激發(fā) (MAS-NMR) 結(jié)構(gòu) 用或不用同位 磁角共振成象 定量分析 素置換 (MRI) 分布 液體或固體樣 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學

3、分類 工作方式 亞類 用途穆斯堡爾譜 發(fā)射或吸收法 結(jié)構(gòu) 同位素富集 化學種態(tài) 低溫 (半)定量同位素稀釋 穩(wěn)定性或放射性 定量分析 直接稀釋 逆稀釋 亞化學計量 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學分類 工作方式 亞類 用途示蹤分析 放射性同位素 放射性自顯影 分布 天然或人工 正電子發(fā)射斷層掃描 動態(tài) 化學分析或成像 (PET) 機質(zhì) 單光子發(fā)射斷層掃描 定量分析 (SPECT) 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學 科學意義科學意義 開創(chuàng)了物質(zhì)結(jié)構(gòu)、成份和種態(tài)分析的全新方法，為科學研究和科學進步奠定堅實的基礎(chǔ)，與許多傳統(tǒng)學形成了新的交叉學科，據(jù)統(tǒng)計，1

4、944-1994年間，該領(lǐng)域，每4-5年就獲得一次諾貝爾獎，足以說明核分析技術(shù)及其應(yīng)用在科學上的前沿與重要性。核分析領(lǐng)域諾貝爾獎統(tǒng)計核分析領(lǐng)域諾貝爾獎統(tǒng)計年份 獲獎?wù)?內(nèi)容 Hevesy G C 放射性示蹤分析和中子活化分析1952 Bloc F , Purcell E M 核磁共振分析法1960 Libby WF 14C定年分析技術(shù)1960 Yalow, Berson 放射性免疫分析技術(shù)1961 Calvin M 14C示蹤法光合作用研究1961 Mossbauer KL 穆斯堡爾效應(yīng) Housefield, Comark XCT分析技術(shù)1989 Dehmelt H,Paul W 離子阱技術(shù)

5、1991 Neher E, Sakman B 膜片鉗技術(shù)1991 Ernst W 用核磁共振研究生物大分子 Charpak G 多絲正比計數(shù)技術(shù)1994 Shall c, Brookhause B 中子散射分析技術(shù) 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學 環(huán)境學應(yīng)用環(huán)境學應(yīng)用 包括核分析技術(shù)在內(nèi)的核技術(shù)已經(jīng)成為環(huán)境和生態(tài)學研究的重要手段和堅實的技術(shù)支撐。為致力推動核分析技術(shù)的發(fā)展及其在環(huán)境與健康中的應(yīng)用，國際原子能機構(gòu)(IAEA)在1984-2000年組織了多個相關(guān)項目的國際間協(xié)作研究。 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學年份 項目名稱 參加國家1984-1

6、989 用核分析測定人發(fā)礦物質(zhì)含量研究環(huán)境污染對人的影響 141984-1990 用核與有關(guān)技術(shù)測定人體對重要營養(yǎng)元素的攝入量 141985-1990 測定食品中有毒元素的核分析技術(shù) 111987-1992 用核與有關(guān)技術(shù)研究與固體廢物有關(guān)的環(huán)境污染物 201987-1992 農(nóng)產(chǎn)品與食品監(jiān)測中的核分析技術(shù) 101990-1994 用核與有關(guān)技術(shù)判斷特定人群對環(huán)境汞的暴露 101992-1996 微區(qū)核分析的參考物質(zhì) 91992=1997 用核分析技術(shù)研究大氣污染 191993-1998 用同位素示蹤技術(shù)研究骨質(zhì)疏松癥 81994-1999 用放射免疫分析和其它技術(shù)研環(huán)進境污染物 81994-

7、1999 亞洲參考人及膳食研究 81995-2000 二級參考物質(zhì)與環(huán)境研究1995-2000 發(fā)展中國家的環(huán)境生物監(jiān)測與標本庫 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學 1.在大氣環(huán)境研究中的應(yīng)用在大氣環(huán)境研究中的應(yīng)用 在地球三大生物圈中，大氣圈因流其動性，污染具有更大乃至全球尺度范圍的影響，且環(huán)境生態(tài)效應(yīng)更為復(fù)雜，和人類的健康關(guān)系更為密切，因此受到特別關(guān)注。大氣固溶體懸浮顆粒物-氣溶膠既是污染物的載體，又是污染物環(huán)境物理化學和生物效應(yīng)過程的媒介，因此是大氣環(huán)境監(jiān)測、評價及其研究的主要對象。核分析技術(shù)在大氣環(huán)境學研究中應(yīng)用的主要方面如下： 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學

8、核分析技術(shù)與環(huán)境科學1）氣溶膠容量樣品分析）氣溶膠容量樣品分析 容量樣品指有不同粒徑或同一粒徑分級的大量粒子混合而構(gòu)成的樣品。 分析目標分析目標 監(jiān)測污染及其程度，以及污染的來源和各種污染源的貢獻，以便為環(huán)境整治提供科學的決策依據(jù)。 分析特點分析特點 氣溶膠濃度（gm-3-mg m-3）和元素濃度（10-3ngm-3ngm-3)低,要求測定方法靈敏度高準確度好。 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學 分析特點分析特點 氣溶膠是含有多種元素的復(fù)雜體系，元素間的相關(guān)關(guān)系常用于鑒別物染來源和利用分擔方程計各污染源的貢獻 ，這需要能多元素同時測定且基體效應(yīng)小的分析方法。 氣溶膠常含

9、有不溶性物質(zhì)或易揮發(fā)元素，因此需非破壞的方法。 為滿足所述要求，中子活化（NAA)與質(zhì)子激發(fā)X熒光(PIXE)及同步輻射X熒光（SR-XRF)分析常用于氣溶膠的分析。 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學 2)氣溶膠顆粒分析氣溶膠顆粒分析 同一排放源的單顆粒氣溶膠其化學組成具有均一性，在遷移過程較少改變，因此攜有污染源排放物的信息，可更精確的了解污染來源及特征；同時由單顆粒分析還可獲得顆粒形貌、元素分布、表面富集及濃度變化等信息，為顆粒的形成機制、來源識別和生態(tài)效應(yīng)提供更準確更靈敏的分析方法。 最新的單顆粒氣溶膠分析法是掃描質(zhì)子微探針技術(shù)（SPM)，它是將粒子微束流技術(shù)與質(zhì)

10、子X螢光相結(jié)合的用于物質(zhì)成份分析的技術(shù)，其具有m級的空間分辨率和g/g水平的靈敏度，可對常量或微量元素進行多元素分析。 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學2.2.在環(huán)境有害物質(zhì)研究中的應(yīng)用在環(huán)境有害物質(zhì)研究中的應(yīng)用1 1）環(huán)境有害重金屬）環(huán)境有害重金屬 生物有毒重屬,Cd,Pb,Hg,Zn,Cu,Co,Ni,Sn,Ba 和Sb等。目前最關(guān)注的是Cd,Pb和Hg，它們是人體非必需的，但可在體內(nèi)富集，影響代謝和酶系統(tǒng)，對人體危害極大。NAA不僅是監(jiān)測環(huán)境Cd,Pb和Hg最靈敏的方法，而且是研究其分布、遷移、轉(zhuǎn)化和富集規(guī)律的有效方法。 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析

11、技術(shù)與環(huán)境科學2） 有機鹵素污染物有機鹵素污染物 環(huán)境激素污染物中，有機鹵素污染物占很大比列，由于其三致作用和環(huán)境清除慢的特性，對環(huán)境生態(tài)和人類健康危害極大。有機鹵素污染物種類多，含量低，樣品基體效應(yīng)大，用常用的色譜及色質(zhì)聯(lián)用，因要預(yù)處理，漏檢嚴重，能檢出的僅占NAA檢出的一小部分，因此不能客觀平價其實際污染水平。 鹵素因同位素37Cl,39Br和123I具有豐度高，熱中子截大，生成核的半衰期適中，r譜易測量，特別適合采用NAA進行分析。 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學主要環(huán)境激素有機鹵素和重金屬污染物主要環(huán)境激素有機鹵素和重金屬污染物注： PCDD/Fs(二惡英)，

12、PCBs(多氯聯(lián)苯),DDT(滴滴涕).類別 名稱農(nóng)藥及降解物 DDD 、DDE、 DDT、 HCH 、氯丹、殺毒酚、狄氏劑等工業(yè)原料和制成品 PCHs 、PBBs等垃圾及廢物焚燒 PCDD/Fs等重金屬 Cd、 Pb 、Hg 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學鹵素同位素鹵素同位素37Cl,39Br和和123I的性質(zhì)的性質(zhì)特性 37Cl 39Br 123I核素的豐度(%) 24.23 50.69 100熱中子截面(b) 0.428 8.5 6.2新核的半衰期(min) 37.24 17.68 24.99新核r射線能量(MeV) 1.642 0.617 0.443 核技術(shù)環(huán)

13、境學應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學3.在稀土元素環(huán)境行為研究中的應(yīng)用在稀土元素環(huán)境行為研究中的應(yīng)用 稀土元素(REE=Lalu和Y,共16種）是一較特殊的元素族，在生物圈含量低，且常相伴依存。我國稀土資源豐富，因其的增產(chǎn)作用，已在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量施用，因此其環(huán)境學行為受到極大關(guān)注，成為環(huán)境生態(tài)研究的熱點。目前其分析方法有：傳統(tǒng)法如分光光度法，等離子光譜法；核分析方法，如射線熒光分析，同位素稀釋質(zhì)譜和中子活化分析等，但首推的方法為中子活化法。 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學4.在元素種態(tài)與環(huán)境效應(yīng)研究中的應(yīng)用 元素種態(tài)是指其化學賦存狀態(tài)，即在樣品中的化學形態(tài)

14、、在組分中的分布和結(jié)合及作用狀態(tài)。元素的種態(tài)不同，其環(huán)境與生物作用也常不同，如六價鉻較三價鉻的毒性大;而三價砷較五價砷的毒性大；有機汞(如甲基汞的毒性遠超過無雞汞。各元素的毒理作用除與其含量有關(guān)外，更主要的是取決于其化學形態(tài)。微量元素種態(tài)及其環(huán)境和生物效應(yīng)是環(huán)境學研究中最緊逼的課題，為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，相關(guān)核分析技術(shù)將發(fā)揮其巨大作用。 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學1 1）分子活化分析技術(shù)）分子活化分析技術(shù) 分子活化分析(Molecular Activation Analysis,MAA) 是指將元素形態(tài)分離，如化學的、色譜的、物化的等分離，與高靈敏的NAA、PIXE等核

15、分析相結(jié)合，從分子或細胞水平實現(xiàn)元素化學分析的一種現(xiàn)代核分析技術(shù)。其能給出元素在樣品組分，如細胞、亞細胞、大分子等組分中的分布及化學形態(tài)。 核10技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學2 2）核微探針分析技術(shù)）核微探針分析技術(shù) 核微探針分析（Nuclear Microprobe)是將射線微束技術(shù)，即將粒子加速器產(chǎn)生的高能離子束準直、聚焦成微束用于對樣品進行掃描的技術(shù)，與PIXE、XAS(X-ray absorption spectroscope )、NRA、NBS、ERDA及溝道效應(yīng)等核分析技術(shù)相結(jié)合，對諸如氣溶膠單顆粒、單細胞等微小樣品或樣品上的微區(qū)進行高空間分辯率的多元素無

16、損分析的技術(shù)，其空間分辯達微米級，最常見的PIXE微探針分析靈敏度優(yōu)于110-6.一次分析能同時獲得微區(qū)元素分布和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的多種信息。 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學3）x射線吸收近邊譜分析技術(shù) 元素對軟x射線的具有吸收邊特性（階躍對應(yīng)于殼電子的束縛能），同步輻射單色光的近邊吸收譜（X-ray absorption near edge structure,XANES,邊前30eV到邊后50eV)的能量分辯率可做到小于eV的水平，以響應(yīng)元素因化學環(huán)境變化的邊能量吸收的改變，因此可由價電子態(tài)和邊吸收位移的關(guān)系的XANES測定，確定元素的化學價態(tài)或配位情況。 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)

17、用核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學在環(huán)境學研究中的幾個熱點領(lǐng)域1）污染物的種態(tài)及毒理研究 污染物的種態(tài)是決定其環(huán)境毒理學行為的重要因子，因而成為研究的熱點領(lǐng)域，分子活化技術(shù)為其重要手段。有關(guān)研究如下：元素 主要研究內(nèi)容Hg 汞在母子體的轉(zhuǎn)移及遺傳毒性I 海藻I種態(tài)及人肝亞細胞中分布REE 天然植物中稀土元素大分子Cr 在鼠器官中的亞細胞分布Se 在人肝中的亞細胞分布Ar 在天然水樣中的化學種態(tài)及毒性PEG 在沉積環(huán)境中的種態(tài)及富集機制 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學2）單顆粒氣溶膠的分析 單顆粒氣溶膠污染物的測定，是識別污染源、研究其形成和遷移及生態(tài)效應(yīng)最靈敏

18、的方法，該研究以核微探針為基本手段。3）遺傳毒性污染物的分析 許多具有遺傳毒性的有機污染物，其特征是與DNA形成加合物，由于外來物的含量很低，其測一般要依賴加速質(zhì)譜（Accelerator Mass Spectrometry,AMS),靈敏度可達1DNA個加合物/1011DNA. 核技術(shù)環(huán)境學應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學核分析技術(shù)與環(huán)境科學4)環(huán)境分析質(zhì)量控制 用于環(huán)境分析質(zhì)量控制的參考物標定，核分析方法，尤其是中子活化法占很大的比重。5) 環(huán)境污染生物監(jiān)測 用敏感生物作為指示物監(jiān)測環(huán)境污染狀況，具有大范圍、長期監(jiān)測、無人監(jiān)守、方便價廉、特異性好等優(yōu)點，生物指示物的分析主要采用核分析方法。6）生物環(huán)境標本庫 標本庫主要作為實物檔案，用于未來回顧 的比對分析，對于說明污染何時何地發(fā)生