放射性核素在化学中的应用示踪原子方法原理利用

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1、第十三章放射性核素在化学中的应用第一节示踪原子方法原理利用放射性核素容易探测这一优点，人们常用放射性同位素作为示踪来揭示体系中所研究物质变化的规律。在一些简单的示踪方法中，放射性核素仅仅附着于所研究的对象上。例如将含放射性钴的线系在昆虫身上，就可以利用g射线来考察昆虫的活动习性和规律。用放射性浮标可以测定密闭容器中的液面高度，此时，只要在液面上加有含少许放射性物质的浮标，便可根据探测到的射线来判断液面的高度。在另一类应用中，由于放射性示踪与研究对象混合均匀，所以可以根据示踪的浓度判断研究对象的行为。例如当油管中相继流过几中不同的油时，将可溶性的124Sb—三苯

2、基锑加入油中，可以判断各种油流动时的交界面。将24Na标记的盐水溶液注入病人体内，待盐水在体内均匀分布后，取样分析24Na的浓度可求得病人体液的总量。在化学研究中，广泛用放射性核素作为示踪原子。示踪原子方法常用于分子结构的研究；化学反应以及吸附、色层、电解、电泳等过程的动力学研究；还用于反应的平衡常数、活化能、分离系数、扩散速度、物质的比表面、溶解度、蒸气压等物理化学数据的测定；在分析化学中用于元素含量的定量测定等。在化学中，除了将放射性同位素作为示踪原子应用以外，还可以作为辐射源应用。后一类属于辐射化学领域。本世纪初有人曾试图将RaD(210Pb)从大量珠铅

3、中分离出来，然而实验表明，这种分离是徒劳的。但是分离工作的失败却启示了人们，既然RaD不能从铅中分离出来，RaD和普通铅又发生完全相同的化学变化，那么就可以用RaD来“标记”非放射性铅。在可以忽略同位素效应的前提下，同一元素的各种同位素的物理化学性质完全相同。因此若合成一种与所研究的化合物相同并含有放射性同位素标记化合物，则在将标记化合物均匀地加入所研究的化合物后，便可依靠对射线测量而方便地根据放射性同位素的行为来判断原来不易或不能辨认的大量稳定同位素的行为。该放射性同位素的原子常称为示踪原子。放射性示踪原子方法的原理可以用下式表示MN….YM’N’….Y’(

4、13--1)MN….Y’’式中表示开始时体系中化合物S含有x个稳定同位素原子A和y个放射性同位素原子，在通常情况下，x远远比y大得多。（13--1）式表示S同时发生了三种化学变化，并且每一种化学变化又经过了一系列中间产物。但是因为A和的化学性质完全同，所以无论是中间产物还是最终产物中，稳定同位素原子A和放射性同位素原子的数目之比总是等于x/y。例如对最终产物之一Z，有。如果某一中间产物含有x’’个稳定同位素原子A和y’’个放射性同位素原子，则。这样，人们只要观测的化学变化，就可以断定A发生了同样的化学变化。在此，起到了示踪原子的作用。以上所述A和的化学性质完全

5、相同，即忽略了同一元素的不同同位素效应。对于中等原子量的元素及重元素，完全可以忽略同位素效应。但是对于像氢和碳这样的轻元素，就不能认为它们的各种同位素的化学性质相同，需要考虑同位素效应（见第三章）。在示踪原子的应用中，除须忽略同位素效应以外，还必须忽略辐射引起的化合物的分解等作用。在通常的化学实验中，忽略辐射化学作用是完全可以做到的，因为所用的放射性核素的量非常小。但是在生物化学研究中，则由于所研究对象对辐射的作用特别灵敏，所以必须认真考察辐射化学作用。例如将每毫升含8-10毫居里14C的甲醛放在某一密闭容器中，就会产生几个大气压的压力，这主要是甲醛受辐射分解

6、产生H2和CH4等气体造成的。由式（13-1）可见，示踪原子方法又一个十分重要的前提是A和必须处于同一个化学状态。如果不能满足这一前提，必然会得到错误的结论。已知的一千几百种放射性核素中，绝大多数不能用做示踪原子。选择放射性示踪原子时，必须考虑下列因素。一.半衰期考虑到使用前核素的运输及储存、化学实验操作及放射性测量需要一定时间，选择示踪原子的核素必须有足够长的半衰期。如果半衰期太短，衰变过于迅速，将使样品的放射性活度变化太大，难以得到准确的测量结果。例如半衰期仅为实验所需时间十分之一的核素，在实验结束时，实际上几乎衰变完了。因此只能在一些简单的实验中。才可用

7、寿命短的同位素示踪原子。然而核素的半衰期也不宜太长，否则难以制备放射性比活度高的样品，并且由于放射性核素会在人体中储积，顺而一般说来半衰期越长的核素，放射性毒性越大，废物也越难处理，因此寿命太长的放射性核素不够理想。目前用作示踪原子的放射性核素的半衰期一般在几小时到几千年之间，最常用的是半衰期在几星期至几个月之间的放射性核素。二.射线的类型和能量由于α射线的穿透能力很小又难以探测，因此α射线发射体除极少数以外，一般不用作示踪原子。将β和γ发射体比较，应优先考虑β发射体。这是因为γ射线的测量效率较低，就要求其用量较多；且它的穿透能力很大，对防护的要求就高。当然，

8、在有些实验中，正是利用了γ射线的穿透能