核技術(shù)環(huán)境學(xué)應(yīng)用3匯總

1、核技術(shù)環(huán)境學(xué)應(yīng)用核技術(shù)環(huán)境學(xué)應(yīng)用3中國農(nóng)業(yè)大學(xué)中國農(nóng)業(yè)大學(xué)齊孟文齊孟文 核技術(shù)環(huán)境學(xué)應(yīng)用 核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué) 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(xué)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(zhǔn)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(diǎn)。 核技術(shù)環(huán)境學(xué)應(yīng)用 核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué) 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(xué) 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(xué)應(yīng)用 核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)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(xué)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(xué)應(yīng)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)

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(xué)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(xué)計(jì)量 核技術(shù)環(huán)境學(xué)應(yīng)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)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(xué)分析或成像 (PET) 機(jī)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(xué)應(yīng)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué) 科學(xué)意義科學(xué)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(xué)研究和科學(xué)進(jìn)步奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，與許多傳統(tǒng)學(xué)形成了新的交叉學(xué)科，據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(xué)上的前沿與重要性。核分析領(lǐng)域諾貝爾獎統(tǒng)計(jì)核分析領(lǐng)域諾貝爾獎統(tǒng)計(jì)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(jì)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(xué)應(yīng)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué) 環(huán)境學(xué)應(yīng)用環(huán)境學(xué)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(xué)研究的重要手段和堅(jiān)實(shí)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(jī)構(gòu)(IAEA)在1984-2000年組織了多個相關(guān)項(xiàng)目的國際間協(xié)作研究。 核技術(shù)環(huán)境學(xué)應(yīng)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)年份 項(xiàng)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(jìn)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(biāo)本庫 核技術(shù)環(huán)境學(xué)應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué) 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(xué)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(xué)研究中應(yīng)用的主要方面如下： 核技術(shù)環(huán)境學(xué)應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)

8、核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)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(biāo)分析目標(biāo) 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(xiàn)，以便為環(huán)境整治提供科學(xué)的決策依據(jù)。 分析特點(diǎn)分析特點(diǎn) 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(zhǔn)確度好。 核技術(shù)環(huán)境學(xué)應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué) 分析特點(diǎn)分析特點(diǎn) 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(dān)方程計(jì)各污染源的貢獻(xiàn) ，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(xué)應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué) 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(xué)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(jī)制、來源識別和生態(tài)效應(yīng)提供更準(zhǔn)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(jìn)行多元素分析。 核技術(shù)環(huán)境學(xué)應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)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(xué)應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析

11、技術(shù)與環(huán)境科學(xué)2） 有機(jī)鹵素污染物有機(jī)鹵素污染物 環(huán)境激素污染物中，有機(jī)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(jī)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(yán)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(shí)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(jìn)行分析。 核技術(shù)環(huán)境學(xué)應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)主要環(huán)境激素有機(jī)鹵素和重金屬污染物主要環(huán)境激素有機(jī)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(xué)應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)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(xué)應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)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(xué)行為受到極大關(guān)注，成為環(huán)境生態(tài)研究的熱點(diǎn)。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(xué)應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)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(xué)賦存狀態(tài)，即在樣品中的化學(xué)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(jī)汞(如甲基汞的毒性遠(yuǎn)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(xué)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(xué)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(xué)應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)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(xué)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(xì)胞水平實(shí)現(xiàn)元素化學(xué)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(xì)胞、亞細(xì)胞、大分子等組分中的分布及化學(xué)形態(tài)。 核10技術(shù)環(huán)境學(xué)應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)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(zhǔn)直、聚焦成微束用于對樣品進(jìn)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(xì)胞等微小樣品或樣品上的微區(qū)進(jìn)行高空間分辯率的多元素?zé)o

16、損分析的技術(shù)，其空間分辯達(dá)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(xué)應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)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(xué)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(xué)價態(tài)或配位情況。 核技術(shù)環(huán)境學(xué)應(yīng)

17、用核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)在環(huán)境學(xué)研究中的幾個熱點(diǎn)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(xué)行為的重要因子，因而成為研究的熱點(diǎn)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(xì)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(xì)胞分布Se 在人肝中的亞細(xì)胞分布Ar 在天然水樣中的化學(xué)種態(tài)及毒性PEG 在沉積環(huán)境中的種態(tài)及富集機(jī)制 核技術(shù)環(huán)境學(xué)應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)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(jī)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(dá)1DNA個加合物/1011DNA. 核技術(shù)環(huán)境學(xué)應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)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(biāo)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(diǎn)，生物指示物的分析主要采用核分析方法。6）生物環(huán)境標(biāo)本庫 標(biāo)本庫主要作為實(shí)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，以及分析和預(yù)測環(huán)的演變及趨勢具有重要意義。入庫標(biāo)本的分析在許多方面是核分析完成的，國際上的標(biāo)本庫均建在核分析中心。 核技術(shù)環(huán)境學(xué)應(yīng)用核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)核分析技術(shù)與環(huán)境科學(xué)7）工作場所曝露水平 曝露研究一是監(jiān)測工作人員在場所的曝露水平，二是低劑量曝露毒理學(xué)及危險性平價。因涉及的劑量低，基體復(fù)雜，