核分析技術(shù)與方法

第三章核分析技術(shù)與方法2023/11/281.主要內(nèi)容第一節(jié)核分析技術(shù)根底第二節(jié)X射線熒光分析第三節(jié)中子活化分析技術(shù)第四節(jié)同位素示蹤技術(shù)2023/11/282.核分析技術(shù)核技術(shù)應(yīng)用反響堆、加速器等設(shè)施同位素技術(shù)引言2023/11/283.第一節(jié)核分析技術(shù)根底核分析技術(shù)原理核分析技術(shù)的種類核分析技術(shù)特點(diǎn)2023/11/284.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和粒子束的作用下，產(chǎn)生相應(yīng)的輻射特征(射線、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〕確定核素種類，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?？梢远ㄐ苑治?，又可以定量分析。2023/11/285.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)的種類核反響分析〔NRA)；盧瑟福背散射〔RBS);質(zhì)子誘發(fā)X射線熒光分析〔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射線活化；中子活化。2023/11/286.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)施離線和在線測(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，所以開(kāi)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)核平安保障、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。2023/11/287.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2023/11/288.

第二節(jié)X-射線熒光分析X射線熒光分析的根本原理X射線熒光光譜儀的根本結(jié)構(gòu)定性定量分析方法X射線熒光光譜法的特點(diǎn)2023/11/289.引言X射線熒光分析〔XRF〕技術(shù)即是利用初級(jí)X射線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〕而進(jìn)行物質(zhì)成份分析和化學(xué)形態(tài)研究的方法。X射線是一種電磁輻射，按傳統(tǒng)的說(shuō)法，其波長(zhǎng)介于紫外線和γ射線之間，但隨著高能電子加速器的開(kāi)展，電子軔致輻射所產(chǎn)生的X射線，其能量可能遠(yuǎn)大于γ射線，故X射線的波長(zhǎng)范圍沒(méi)有嚴(yán)格的界限，對(duì)于X射線熒光分析而言，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，24nm那么是最輕元素Li的K系譜線。2023/11/2810.一、 X射線熒光分析的根本原理

高能X射線與原子發(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。2023/11/2811.熒光X射線及俄歇電子產(chǎn)生過(guò)程熒光X射線及俄歇電子產(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。2023/11/2812.譜線系產(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，稱為K系譜線：由L層躍遷到K層輻射的X射線叫Kα射線，由M層躍遷到K層輻射的X射線叫Kβ射線2023/11/2813.莫斯萊定律莫斯萊〔HGMoseley〕發(fā)現(xiàn)，熒光X射線的波長(zhǎng)λ與元素的原子序數(shù)Z滿足λ=k(Z-s)-2

式中k和s對(duì)同組譜線來(lái)說(shuō)是常數(shù)

熒光X射線的能量為：E=hν=hC/λ只要測(cè)出熒光X射線的波長(zhǎng)或者能量，就可以確定元素的種類，即進(jìn)行元素的定性分析。測(cè)出熒光X射線的強(qiáng)度即可進(jìn)行元素的定量分析。2023/11/2814.二、 X射線熒光光譜儀的根本結(jié)構(gòu)由于X射線具有一定波長(zhǎng)，又有一定能量，因此，X射線熒光光譜儀有兩種類型：波長(zhǎng)色散型和能量色散型。

X射線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。2023/11/2815.1、X射線管

X射線管產(chǎn)生的X射線透過(guò)鈹窗入射到樣品上，激發(fā)出樣品元素的特征X射線。X射線管所消耗功率的0.2%左右轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線輻射，其余均變?yōu)闊崮苁筙射線管升溫，因此必須不斷的通冷卻水冷卻靶電極。2023/11/2816.2、

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。分光晶體轉(zhuǎn)動(dòng)θ角,檢測(cè)器必須轉(zhuǎn)動(dòng)2θ角。2023/11/2817.3、

檢測(cè)記錄系統(tǒng)將X射線光子能量轉(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)。2023/11/2818.3、

檢測(cè)記錄系統(tǒng)將X射線光子能量轉(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)。2023/11/2819.熒光X射線譜圖由X光激發(fā)產(chǎn)生的熒光X射線，經(jīng)晶體分光后，由檢測(cè)器檢測(cè)。2θ-熒光X射線強(qiáng)度關(guān)系曲線這種方法分辨率高，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。2023/11/2820.4、能量色散譜儀利用熒光X射線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。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，即X光能譜圖。2023/11/2821.三、 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。2023/11/2822.定性分析不同元素的熒光X射線具有各自的特定波長(zhǎng)或能量，因此根據(jù)熒光X射線的波長(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射線的波長(zhǎng)λ，從而確定元素成份。能量色散型光譜儀由譜線對(duì)應(yīng)能量確定是何種元素及成份。2023/11/2823.定量分析含量定量分析的依據(jù)：元素的熒光X射線強(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、外表結(jié)構(gòu)等〕有關(guān)的因子。Ci=KiIiMiSiIiCi定量分析方法：標(biāo)準(zhǔn)曲線法、增量法、內(nèi)標(biāo)法等2023/11/2824.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與樣品中FeO物相含量，作出定標(biāo)曲線。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。2023/11/2825.定量分析基體效應(yīng)是指樣品的根本化學(xué)組成和物理化學(xué)狀態(tài)的變化對(duì)X射線熒光強(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射線和X射線熒光的吸收，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射線的激發(fā)會(huì)產(chǎn)生NiKα熒光X射線，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。2023/11/2826.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射線強(qiáng)度IT與無(wú)限厚〔實(shí)際到達(dá)飽和厚度即可〕薄膜元素的熒光X射線強(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。2023/11/2827.四、 X射線熒光光譜法的特點(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射線譜線簡(jiǎn)單，相互干擾少，樣品不必別離，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。2023/11/2828.

第三節(jié)中子活化分析技術(shù)活化分析的分類活化分析的原理中子活化分析技術(shù)根底中子活化分析的特點(diǎn)中子活化分析技術(shù)的應(yīng)用2023/11/2829.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)。2023/11/2830.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日黃昏，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)那么分別是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)始仍辯白說(shuō)自己無(wú)罪，但是，當(dāng)一些科學(xué)家作為專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)罪辯白，成認(rèn)自己殺了埃塔恩。被判死刑，后改為緩期執(zhí)行。2023/11/2831.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病癥結(jié)論是一致的。2023/11/2832.一、活化分析的分類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射線活化中子活化主要利用〔n，γ〕、〔n，p〕和〔n，α〕核反響。主要利用〔p，n〕、〔d，n〕、〔d，p〕、〔α，n〕等。適宜于作外表分析，鋰、鈹?shù)容p元素。主要核反響是〔γ，n〕，對(duì)于原子序數(shù)小的輕元素，核反響〔γ，p〕也重要。2023/11/2833.二、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。由于核素放出的γ射線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〞的根本過(guò)程。

2023/11/2834.γ核指紋不同放射性同位素的半衰期和發(fā)射γ射線的能量都是不同的，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及其含量。2023/11/2835.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根本的活化方程式。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2023/11/2836.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2023/11/2837.三、中子活化分析技術(shù)根底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反響〔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。2023/11/2838.〔一〕中子活化源中子活化源反響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；反響道單純〔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。2023/11/2839.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，測(cè)量γ射線的能量和強(qiáng)度可以得知原來(lái)穩(wěn)定核素的元素名稱和含量。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，可到達(dá)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。2023/11/2840.四、中子活化分析步驟2023/11/2841.樣品的放射性活度隨時(shí)間的變化2023/11/2842.輻照時(shí)間內(nèi)放射性核素產(chǎn)額2023/11/2843.冷卻時(shí)間內(nèi)放射性活度2023/11/2844.測(cè)量階段的放射性計(jì)數(shù)2023/11/2845.靶樣品中某種核素的含量與相應(yīng)γ計(jì)數(shù)關(guān)系2023/11/2846.靶樣品中某種核素含量的相對(duì)測(cè)量方法2023/11/2847.靶樣品中某種核素含量的相對(duì)測(cè)量方法2023/11/2848.五、中子活化分析中的干擾反響2023/11/2849.初級(jí)干擾反響的排除樣品的元素別離；用純熱中子，增大〔n,γ〕反響；由反響閾能改變中子能量；通過(guò)另外的核反響，測(cè)定干擾元素含量；2023/11/2850.次級(jí)干擾反響2023/11/2851.六、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。2023/11/2852.

第四節(jié)同位素示蹤技術(shù)根本原理和特點(diǎn)同位素示蹤技術(shù)在生命科學(xué)中的應(yīng)用2023/11/2853.引言1923年，赫維西〔Hevesy〕首先創(chuàng)立了同位素示蹤實(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。2023/11/2854.引言Hevesy在盧瑟福實(shí)驗(yàn)室工作期間，因疑心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。2023/11/2855.一、 根本原理和特點(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。2023/11/2856.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)別離步驟?！搀w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。2023/11/2857.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)的含量改變是微缺乏道的，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門(mén)訓(xùn)練，操作應(yīng)具備相應(yīng)的平安防護(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。2023/11/2858.二、 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、說(shuō)明生命活動(dòng)的物質(zhì)根底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。2023/11/2859.1.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)定量別離的物質(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，分出一局部酪氨酸溶液，加以提純，測(cè)定其放射性。2023/11/2860.1.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參加的14C-酪氨酸的重量為A參加的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。那么：a=a0*A/(A+B)B=(a0/a-1)*A2023/11/2861.1.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。那么：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，待體液與之到達(dá)平衡后，取出血液樣品，測(cè)定同位素含量。2023/11/2862.1.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?！?〕競(jìng)爭(zhēng)放射分析法例子，放射免疫分析〔RadioimmunoassayRadioimmunoassay，RIA〕是利用抗原-抗體反響的一種競(jìng)爭(zhēng)放射分析。2023/11/2863.1.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〔Ab〕相結(jié)合，而且同抗體結(jié)合的幾率相等；當(dāng)抗體的含量