放射性同位素
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一、有關(guān)放射性元素的基礎(chǔ)知識
1.為什么同位素具有放射性
如果兩個原子質(zhì)子數(shù)目相同，但中子數(shù)目不同，則他們?nèi)杂邢嗤脑有颍谥芷诒硎峭晃恢玫脑兀詢烧呔徒型凰亍Ｓ蟹派湫缘耐凰胤Q為“放射性同位素”,沒有放射性的則稱為“穩(wěn)定同位素”，并不是所有同位素都具有放射性。
自19世紀末發(fā)現(xiàn)了放射性以后，到20世紀初，人們發(fā)現(xiàn)的放射性元素已有30多種，而且證明，有些放射性元素雖然放射性顯著不同，但化學(xué)性質(zhì)卻完全一樣。
1910年國化學(xué)家F.索迪提出了一個假說，化學(xué)元素存在著相對原子質(zhì)量和放射性不同而其他物理化學(xué)性質(zhì)相同的變種，這些變種應(yīng)處于周期表的同一位置上，稱做同位素。
不久，就從不同放射性元素得到一種鉛的相對原子質(zhì)量是206.08，另一種則是208。1897年國物理學(xué)家W.湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子，1912年他改進了測電子的儀器，利用磁場作用，制成了一種磁分離器（質(zhì)譜儀的前身）。當(dāng)他用氖氣進行測定時，無論氖怎樣提純，在屏上得到的卻是兩條拋物線，一條代表質(zhì)量為20的氖，另一條則代表質(zhì)量為22的氖。這就是第一次發(fā)現(xiàn)的穩(wěn)定同位素，即無放射性的同位素。當(dāng)F.W. 阿斯頓制成第一臺質(zhì)譜儀后，進一步證明，氖確實具有原子質(zhì)量不同的兩種同位素，并從其他70多種元素中發(fā)現(xiàn)了200多種同位素。到目前為止，己發(fā)現(xiàn)的元素有109種，只有20種元素未發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的同位素，但所有的元素都有放射性同位素。大多數(shù)的天然元素都是由幾種同位素組成的混合物，穩(wěn)定同位素約300多種，而放射性同位素竟達1500種以上。
1932年提出原子核的中子一質(zhì)子理論以后，才進一步弄清，同位素就是一種元素存在著質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的幾種原子。由于質(zhì)子數(shù)相同，所以它們的核電荷和核外電子數(shù)都是相同的（質(zhì)子數(shù)=核電荷數(shù)=核外電子數(shù)），并具有相同電子層結(jié)構(gòu)。因此，同位素的化學(xué)性質(zhì)是相同的，但由于它們的中子數(shù)不同，這就造成了各原子質(zhì)量會有所不同，涉及原子核的某些物理性質(zhì)（如放射性等），也有所不同。一般來說，質(zhì)子數(shù)為偶數(shù)的元素，可有較多的穩(wěn)定同位素，而且通常不少于3個，而質(zhì)子數(shù)為奇數(shù)的元素，一般只有一個穩(wěn)定核素，其穩(wěn)定同位素從不會多于兩個，這是由核子的結(jié)合能所決定的。
同位素的發(fā)現(xiàn)，使人們對原子結(jié)構(gòu)的認識更深一步。這不僅使元素概念有了新的含義，而且使相對原子質(zhì)量的基準(zhǔn)也發(fā)生了重大的變革，再一次證明了決定元素化學(xué)性質(zhì)的是質(zhì)子數(shù)（核電荷數(shù)），而不是原子質(zhì)量數(shù)。
2.放射性同位素的特點
放射性同位素（radioisotope）是不穩(wěn)定的，它會“變”。放射性同位素的原子核很不穩(wěn)定，會不間斷地、自發(fā)地放射出射線，直至變成另一種穩(wěn)定同位素，這就是所謂“核衰變”。放射性同位素在進行核衰變的時候，可放射出α射線、β射線、γ射線和 電子俘獲等，但是放射性同位素在進行核衰變的時候并不一定能同時放射出這幾種射線。核衰變的速度不受溫度、壓力、電磁場等外界條件的影響，也不受元素所處 狀態(tài)的影響，只和時間有關(guān)。放射性同位素衰變的快慢，通常用“半衰期”來表示。半衰期（half-life）即一定數(shù)量放射性同位素原子數(shù)目減少到其初始 值一半時所需要的時間。如P(磷)－32的半衰期是14.3天，就是說，假使原來有100萬個P(磷)－32 原子，經(jīng)過14.3天后，只剩下50萬個了。半衰期越長，說明衰變得越慢，半衰期越短，說明衰變得越快。半衰期是放射性同位素的一特征常數(shù)，不同的放射性 同位素有不同的半衰期，衰變的時候放射出射線的種類和數(shù)量也不同。
3.放射性強度及其度量單位
放射性同位素原子數(shù)目的減少服從指數(shù)規(guī)律。隨著時間的增加，放射性原子的數(shù)目按幾何級數(shù)減少，用公式表示為： N＝N0e- λt這里，N為經(jīng)過t時間衰變后，剩下的放射性原子數(shù)目，N0為初始的放射性原子數(shù)目，λ為衰變常數(shù)，是與該種放射性同位素性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，λ=y(t) ＝e-0.693t/τ，其中τ指半衰期。放射性同位素不斷地衰變，它在單位時間內(nèi)發(fā)生衰變的原子數(shù)目叫做放射性強度（radioactivity），放 射性強度的常用單位是居里（curie），表示在1秒鐘內(nèi)發(fā)生3.7×1010次核衰變，符號Ci。 1Ci=3.7×1010dps=2.22×1012dpm 1mCi=3.7×107dps=2.22×109dpm 1μCi=3.7×104dps=2.22×106dpm 1977年國際放射防護委員會（ICRP）發(fā)表的第26號出版物中，根據(jù)國際輻射單位 與測量委員會（ICRU）的建議，對放射性強度等計算單位采用了國際單位制（SI）， 我國于1986年正式執(zhí)行。在SI中，放射性強度單位用貝柯勒爾（becquerel）表示，簡稱貝可，為1秒鐘內(nèi)發(fā)生一次核衰變，符號為Bq。1Bq=1dps=2.703×10-11Ci該單位在實 際應(yīng)用中減少了換算步驟，方便了使用。
4.射線與物質(zhì)的相互作用
放射性同位素放射出的射線碰到各種物質(zhì)的時候，會產(chǎn)生各種效應(yīng)，它包括射線對物質(zhì)的作用和物質(zhì)對射線的作用兩個相互聯(lián)系的方面。例如，射線能夠使照相底片 和核子乳膠感光；使一些物質(zhì)產(chǎn)生熒光；可穿透一定厚度的物質(zhì)，在穿透物質(zhì)的過程 中，能被物質(zhì)吸收一部分，或者是散射一部分，還可能使一些物質(zhì)的分子發(fā)生電離； 另外，當(dāng)射線輻照到人、動物和植物體時，會使生物體發(fā)生生理變化。射線與物質(zhì)的 相互作用，對核射線來說，它是一種能量傳遞和能量損耗過程，對受照射物質(zhì)來說， 它是一種對外來能量的物理性反應(yīng)和吸收過程。
各種射線由于其本身的性質(zhì)不同，與物質(zhì)的相互作用各有特點。這種特點還常與物質(zhì)的密度和原子序數(shù)有關(guān)。α射線通過物質(zhì)時，主要是通過電離和激發(fā)把它的輻射 能量轉(zhuǎn)移給物質(zhì)，其射程很短，一個1兆電子伏（1MeV）的α射線，在空氣中的射程 約1.0<厘米，在鉛金屬中只有23微米（μm），一張普通紙就能將α射線完全擋住，但α射線的能量能被組織和器官全部吸收。β射線也能引起物質(zhì)電 離和激發(fā)，與α射線 的能量相同的β射線，在同一物質(zhì)中的射程比α要長得多，如>1MeVrβ射線，在空氣 中的射程是10米，高能量快速運動的β粒子，如磷－，能量為1.71MeV遇到物質(zhì)，特別是突然被原子序數(shù)高的物質(zhì)（如鉛，原子序數(shù)為82）阻止后，運動 方向會發(fā)生改變，產(chǎn)生軔致輻射。軔致輻射是一種連續(xù)的電磁輻射，它發(fā)生的幾率與β射線的能量 和物質(zhì)的原子序數(shù)成正比，因此在防護上采用低密度材料，以減少軔致輻射。β射線能被不太厚的鋁層等吸收。γ射線的穿透力最強，射程最大，1MeV的r射線 在空氣中的射程約有米之遠，r射線作用于物質(zhì)可產(chǎn)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)，它不會被物質(zhì)完全吸收，只會隨著物質(zhì)厚度的增加而逐漸減弱。
二、放射性同位素的主要作用（應(yīng)用）
主要方面：
1.射線照相技術(shù)，可以把物體內(nèi)部的情況顯示在照片上。
2.測定技術(shù)方面的應(yīng)用，古生物年齡的測定，對生產(chǎn)過程中的材料厚度進行監(jiān)視和控制等。
3.用放射性同位素作為示蹤劑。
4.用放射性同位素的能量，作為航天器、人造心臟能源等。
5.利用放射性同位素的殺傷力，轉(zhuǎn)惡為善，治療癌癥、滅菌消毒以及進行催化反應(yīng)等。
放射性同位素的應(yīng)用
放射性同位素的應(yīng)用是沿著以下兩個方向展開的．
1.利用它的射線
放射性同位素也能放出α射線、β射線和r射線． γ射線由于貫穿本領(lǐng)強，可以用來檢查金屬內(nèi)部有沒有沙眼或裂紋，所用的設(shè)備叫α射線探傷儀．α射線 的電離作用很強，可以用來消除機器在運轉(zhuǎn)中因摩擦而產(chǎn)生的有害靜電．生物體內(nèi)的DNA(脫氧核糖核酸)承載著物種的遺傳密碼，但是DNA在射線作用下可能 發(fā)生突變，所以通過射線照射可以使種子發(fā)生變異，培養(yǎng)出新的優(yōu)良品種．射線輻射還能抑制農(nóng)作物害蟲的生長，甚至直接消滅害蟲．人體內(nèi)的癌細胞比正常細胞對 射線更敏感，因此用射線照射可以治療惡性腫瘤，這就是醫(yī)生們說的“放療”．
和天然放射性物質(zhì)相比，人造放射性同位素的放射強度容易控制，還可以制成各種所需的形狀，特別是，它的半衰期比天然放射性物質(zhì)短得多，因此放射性廢料容易處理．由于這些優(yōu)點，在生產(chǎn)和科研中凡是用到射線時，用的都是人造放射性同位素，不用天然放射性物質(zhì)．
2.作為示蹤原子
一種放射性同位素的原子核跟這種元素其他同位素的原子核具有相同數(shù)量的質(zhì)子(只是中子的數(shù)量不同)，因此核外電子的數(shù)量也相同,由此可知，一種元 素的各種同位素都有相同的化學(xué)性質(zhì)．這樣，我們就可以用放射性同位素代替非放射性的同位素來制成各種化合物，這種化合物的原子跟通常的化合物一樣參與所有 化學(xué)反應(yīng)，卻帶有“放射性標(biāo)記”，用儀器可以探測出來．這種原子叫做示蹤原子．
棉花在結(jié)桃、開花的時候需要較多的磷肥，把磷肥噴在棉花葉子上也能吸收．但是，什么時候的吸收率最高、磷能在作物體內(nèi)存留多長時間、磷在作物體內(nèi) 的分布情況等，用通常的方法很難研究．如果用磷的放射性同位素制成肥料噴在棉花葉面，然后每隔一定時間用探測器測量棉株各部位的放射性強度，上面的問題就很容易解決．
人體甲狀腺的工作需要碘．碘被吸收后會聚集在甲狀腺內(nèi)．給人注射碘的放射性同位素碘131，然后定時用探測器測量甲狀腺及鄰近組織的放射強度，有助于診斷甲狀腺的器質(zhì)性和功能性疾病．
近年來，有關(guān)生物大分子的結(jié)構(gòu)及其功能的研究，幾乎都要借助于放射性同位素．
三、放射性同位素的應(yīng)用-同位素示蹤法
同位素示蹤法（isotopic tracer method）是利用放射性核素作為示蹤劑對研究對象進行標(biāo)記的微量分析方法，示蹤實驗的創(chuàng)建者 是Hevesy。Hevesy于1923年首先用天然放射性212Pb研究鉛鹽在豆科植物內(nèi)的分布和轉(zhuǎn)移。繼后Jolit和Curie于1934年發(fā)現(xiàn)了 人工放射性，以及其后生產(chǎn)方法的建立（加速器、反應(yīng)堆等），為放射性同位素示蹤法的更快的發(fā)展和廣泛應(yīng)用提供了基本的條件和有力的保障。
一、同位素示蹤法基本原理和特點
同位素示蹤所利用的放射性核素（或穩(wěn)定性核素）及它們的化合物，與自然界存在的相應(yīng)普通元素及其化合物之間的化學(xué)性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)是相同的， 只是具有不同的核物理性質(zhì)。因此，就可以用同位素作為一種標(biāo)記，制成含有同位素的標(biāo)記化合物（如標(biāo)記食物，藥物和代謝物質(zhì)等）代替相應(yīng)的非標(biāo)記化合物。利 用放射性同位素不斷地放出特征射線的核物理性質(zhì)，就可以用核探測器隨時追蹤它在體內(nèi)或體外的位置、數(shù)量及其轉(zhuǎn)變等，穩(wěn)定性同位素雖然不釋放射線，但可以利 用它與普通相應(yīng)同位素的質(zhì)量之差，通過質(zhì)譜儀，氣相層析儀，核磁共振等質(zhì)量分析儀器來測定。放射性同位素和穩(wěn)定性同位素都可作為示蹤劑（tracer）， 但是，穩(wěn)定性同位素作為示蹤劑其靈敏度較低，可獲得的種類少，價格較昂貴，其應(yīng)用范圍受到限制；而用放射性同位素作為示蹤劑不僅靈敏度，測量方法簡便易 行，能準(zhǔn)確地定量，準(zhǔn)確地定位及符合所研究對象的生理條件等特點：
1.靈敏度高
放射性示蹤法可測到10-14-10-18克水平，即可以從1015個非放射性原子中檢出一個放射性原子。它比目前較敏感的重量分析天平要敏感108-107倍，而迄今最準(zhǔn)確的化學(xué)分析法很難測定到10-12克水平。
2.方法簡便
放射性測定不受其它非放射性物質(zhì)的干擾，可以省略許多復(fù)雜的物質(zhì)分離步驟，體內(nèi)示蹤時，可以利用某些放射性同位素釋放出穿透力強的r射線，在 體外測量而獲得結(jié)果，這就大大簡化了實驗過程，做到非破壞性分析，隨著液體閃爍計數(shù)的發(fā)展，14C和3H等發(fā)射軟β射線的放射性同位素在醫(yī)學(xué)及生物學(xué)實驗 中得到越來越廣泛的應(yīng)用。
3.定位定量準(zhǔn)確
放射性同位素示蹤法能準(zhǔn)確定量地測定代謝物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)變,與某些形態(tài)學(xué)技術(shù)相結(jié)合（如病理組織切片技術(shù)，電子顯微鏡技術(shù)等），可以確定放射性示蹤劑在組織器官中的定量分布，并且對組織器官的定位準(zhǔn)確度可達細胞水平、亞細胞水平乃至分子水平。
4.符合生理條件
在放射性同位素實驗中，所引用的放射性標(biāo)記化合物的化學(xué)量是極微量的，它對體內(nèi)原有的相應(yīng)物質(zhì)的重量改變是微不足道的，體內(nèi)生理過程仍保持正 常的平衡狀態(tài)，獲得的分析結(jié)果符合生理條件，更能反映客觀存在的事物本質(zhì)。 放射性同位素示蹤法的優(yōu)點如上所述，但也存在一些缺陷，如從事放射性同位素工 作的人員要受一定的專門訓(xùn)練，要具備相應(yīng)的安全防護措施和條件，在目前個別元素（如氧、氮等）還沒有合適的放射性同位素等等。在作示蹤實驗時，還必須注意 到示蹤劑的同位素效應(yīng)和放射效應(yīng)問題。所謂同位素效應(yīng)是指放射性同位素（或是穩(wěn)定性同位素）與相應(yīng)的普通元素之間存在著化學(xué)性質(zhì)上的微小差異所引起的個別 性質(zhì)上的明顯區(qū)別，對于輕元素而言，同位素效應(yīng)比較嚴重。因為同位素之間的質(zhì)量判別是倍增的，如3H質(zhì)量是1H的三倍，2H是1H的兩倍，當(dāng)用氚水 （3H2O）作示蹤劑時，它在普通H2O中的含量不能過大，否則會使水的物理常數(shù)、對細胞膜的滲透及細胞質(zhì)粘性等都會發(fā)生改變。但在一般的示蹤實驗中，由 同位素效應(yīng)引起的誤差，常在實驗誤差內(nèi)，可忽略不計。放射性同位素釋放的射線利于追蹤測量，但射線對生物體的作用達到一定劑量時，會改變機體的生理狀態(tài)， 這就是放射性同位素的輻射效應(yīng)，因此放射性同位素的用量應(yīng)小于安全劑量，嚴格控制在生物機體所能允許的范圍之內(nèi)，以免實驗對象受輻射損傷，而得錯誤的結(jié)果。
二.示蹤實驗的設(shè)計原則
設(shè)計一個放射性同位素的示蹤實驗應(yīng)從實驗的目的性，實驗所具備的條件和對放射性的防護水平三方面著手考慮。原則上必須從兩個主要方面來設(shè)計放 射性示蹤實驗：一是必須尋求有效的、可重復(fù)的測定放射性強度的條件，二是必須選擇一個合適的比活度λqδ（單位是原子／時間／分子，dpm／mol或 ci／mol）。其中，λ＝-dN’dt／N’為該處放射性原子核的衰變常數(shù)。q＝N ’／n’，表示n’個該化學(xué)形式分子為N’個放射性原子所標(biāo)記。δ ＝n’／n表示放射性標(biāo)記的分子數(shù)n’與總分子數(shù)（標(biāo)記的加未標(biāo)記的）n之比。采用放射性同位素示蹤技術(shù)來實現(xiàn)所研究課題預(yù)期目的全部或一部分，一般須經(jīng) 過實驗準(zhǔn)備階段，實驗階段和放射性廢物處理三個步驟。
（一）實驗準(zhǔn)備階段
1.示蹤劑的選擇
選定放射性示蹤劑的比活度λqδ的值必須足夠大，以保證實驗所需要的靈敏度，而又要盡可能地小，使得在該實驗條件下輻射自分解可忽略。一般情 形是根據(jù)實驗?zāi)康暮蛯嶒炛芷陂L短，來選擇具有合適的衰變方式，輻射類型和半衰期，且放射毒性低的放射性同位素。至今已確定的放射性核素包括天然的58種和 人工制造的約1300種，其中大多數(shù)不常能用作放射性示蹤劑。主要原因是制備困難、半衰期不合適及放射性不足以定量。在任何一種生產(chǎn)方法中，生產(chǎn)步驟很可 能包含或多或少的化學(xué)處理，因而示蹤實驗人員需要了解某個核素及其周圍的那些元素的化學(xué)性質(zhì)，因為它們有可能成為此放射性同位素的雜質(zhì)。
放射性同位素都衰變（經(jīng)過或不經(jīng)過中間狀態(tài)）到處于基態(tài)的子體核素，衰變時伴隨各種形式的能量輻射，如α、β-、β+、γ、X放射等。在選 擇示蹤劑時，示蹤實驗人員要仔細研究衰變綱圖，根據(jù)實驗條件和計數(shù)條件來決定那一種輻射，在衰變綱變內(nèi)，代表核能級的兩條水平線之間和距離表示能量差，↑ 或↓表示能級同伴隨原子序數(shù)增或減少的能量，↓表示從激發(fā)態(tài)至基態(tài)的同質(zhì)異能躍遷。一般要選擇最適宜的半衰期τ的放射性同位素，使τ足夠長，從而使衰變校 正有意義或干脆不必作衰變校正，同時又要足夠短，能較安全地進行示蹤實驗，并使得放射性廢物容易處理，在實際工作中，使用的放射性同位素的半衰期應(yīng)該與實 驗需要持續(xù)的時間t相適應(yīng)，如對于某個實驗，t／τ＝0.04時，應(yīng)所選放射性同位素的衰變校正為3.5％；而t／τ＝0.10時，應(yīng)選放射性同位素的衰變校正為6.6％。t／τ＝0.15時，應(yīng)選用其衰變校正為10％。
在體外示蹤條件，一般選用半衰期較長而射線強度適中，既利于探測，又易于防護和保存的放射性示蹤劑。體內(nèi)示蹤條件下，若實驗周期短，應(yīng)選用 半衰期短，且能放出一定強度r射線物放射性同位素，若實驗周期長，如需要將動物活殺后對組織臟器分別測定的，則應(yīng)選用半衰期較長放射性同位素。此外，根據(jù) 實驗?zāi)康膩磉x用定位的或不定位的標(biāo)記示蹤劑，例如研究氨基酸的脫羧反應(yīng)，14C應(yīng)標(biāo)記在羧基上，只有這種定位標(biāo)記的氨基酸，才能在脫羧后產(chǎn)生14CO2。 而有些實驗不要求特定位置標(biāo)記，只須均勻標(biāo)記即可。
選擇放射性示蹤劑還必須同時滿足高化學(xué)純度，高放射性核純度的要求。在示蹤劑制備期間、貯存期間以用試驗體系中所使用的溶劑、化學(xué)試劑、酶 等可能會產(chǎn)生化學(xué)雜質(zhì)、放射化學(xué)雜質(zhì)及輻射自分解引起的放射性雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的存在，使得示蹤實驗中使用的示蹤劑不“純”，而或多或少影響實驗的結(jié)果，甚 至?xí)?dǎo)致錯誤結(jié)論。 氚標(biāo)記的胸腺嘧啶核苷（3H－TdR）和尿嘧啶核苷（3H－UR）是兩種常用的示蹤劑，前者有效地結(jié)合到DNA中，后者則摻入到 RNA中，它們的輻射分解速度隨比較放射性的增高及保存時間的延長而增加，在不同溫度和不同溶液中的穩(wěn)定性也不同。經(jīng)保存八年的3H-TdR約有35％輻 射分解為3H－胸腺嘧啶，并導(dǎo)致二醇和水合物的形式，在實驗中這雜質(zhì)會很快摻入細胞并與大分子（很可能是蛋白質(zhì)）結(jié)合，而不是與DNA和RNA相結(jié)合，這 些雜質(zhì)用DNA酶和RNA酶處理細胞都不除去。3H－TdR和3H－UR貯存在-20℃的冷凍溶液中輻射分離速度要比+2℃增加3-4倍，但低溫度（- 140℃）對貯存也有利，在允許對示蹤實驗人員在選擇保存放射性示蹤劑時會有所啟發(fā)。
2.放射性同位素測量方法的選擇
測量方法的選擇取決于射線種類，對于α射線通常可用硫化鋅晶體、電離室、核乳膠等方法探測；對能量高的β射線可用云母窗計數(shù)管、塑料閃爍晶體 及核乳膠測定，對于能量低的β射線可用液體閃爍計數(shù)器測量：對于γ射線則用G-M計數(shù)管，碘化鈉（鉈）閃爍晶體探測。目前大多數(shù)實驗室主要采用晶體閃爍計數(shù)法和液體閃爍計數(shù)法兩種測量方式。
同一臺探測儀器對不同量的示蹤劑具有不同的最佳工作條件，在實驗準(zhǔn)備階段要檢查探測器是否已調(diào)有所用示蹤同位素的工作條件，否則需要用一定量的示蹤劑作為放射源（或選用該同位素的標(biāo)準(zhǔn)源），把探測器的最佳工作條件調(diào)整好，并且要保證探測器性能處于穩(wěn)定可靠的狀態(tài)。
探測最佳工作條件的選擇方法：一種是測“坪曲線”，另一種是找最好的品質(zhì)因素。對于光電倍增管，在理論上不存在“坪”（plateau）。但隨著高壓的增 加，在一定范圍內(nèi)，脈沖數(shù)變化較小，形成一段坡度較小的電壓脈沖曲線，通常也稱其為坪。測坪曲線的方法：固定放射源，根據(jù)其射線能量的大小，初選 一個廣 大器增益（放大倍數(shù)）和甄別器閾值。不斷地改變高壓（由低到高，均勻增加伏度），每改變一次高壓，都測定一次本底和放射源的計數(shù)率，最后作出高壓本底計數(shù) 率和高壓放射源計數(shù)曲線。用同樣的方法，作另一個甄別閾值（放大倍數(shù)不變）下的高壓計數(shù)率曲線，這樣反復(fù)多作幾條曲線。必要時，還可固定甄別閾值，改變放 大倍數(shù)，求出高壓計數(shù)率曲線。應(yīng)選擇“坪”比較平坦的曲線工作條件：甄別閾值和放大增益，作為正式測定時間的儀器工作條件，高壓值應(yīng)選擇在該“坪”中點偏 向起始段一邊相應(yīng)的高壓值。品質(zhì)因素，又稱為優(yōu)值，是指在一定條件下，要達到合適的統(tǒng)計數(shù)目所需要的時間是儀器的計數(shù)效率E和本底計數(shù)Nb的函數(shù)： 品質(zhì) 因素F=E2／Nb它是衡量一臺計數(shù)器性能的指標(biāo)，儀器的品質(zhì)因素F應(yīng)該越大越好，品質(zhì)因素F越大，表示測量效率E越高而本底Nb越小。如果某放射性示蹤 的標(biāo)準(zhǔn)源存在來源困難等問題的話，可以用相對品質(zhì)因素f來代替。 相品質(zhì)因素f=ns／nb 式中ns指某種放射性樣品的計數(shù)率。找最好品質(zhì)因素的方法與 測坪曲線一樣，作出幾條高壓－F（或f）的關(guān)系曲線，在幾條曲線中選擇峰值最高的曲線。這根曲線的峰值所對應(yīng)的條件：高壓，甄別閾，放大倍數(shù)等，就是該儀 器對被測同位素的最佳工作條件。最佳品質(zhì)因素不一定恰好落在“坪”上，有的在“坪”附近，有的卻在“坪”的下端。著眼于把同位素的整個能譜峰都計下來的示 蹤實驗者主張取“坪”所對應(yīng)的工作條件，而著眼于優(yōu)值者，主張取最佳品質(zhì)因素所對應(yīng)的工作條件，也有人折衷。如果某儀器本底很低，光電倍增管噪音很低和能 譜分辯高，二者應(yīng)該相差不大。同一臺儀器的最佳工作條件，隨儀器的使用期延長而有所改變，不同的放射性同位素，其最佳工作條件不同。因此核探測儀器的最佳 工作條件具有專屬性，并且要經(jīng)常通過選擇其不同時期的最佳工作條件。更不能不問被測同位素的種類，而千篇一律地使用同一個工作條件。
為了達到準(zhǔn)確地計數(shù)，可以長時間一次計數(shù)，或短時間多次測量，兩者達到的標(biāo)準(zhǔn)誤基本相同，為避免外界因素的影響，在實際工作中，取短時間多 次測量較為合理適用。在測量樣品的放射性時，本底是一個重要影響因素。本底高，則標(biāo)準(zhǔn)誤和標(biāo)準(zhǔn)誤差都增大，尤其在樣品計數(shù)較低時，本底對標(biāo)準(zhǔn)誤和標(biāo)準(zhǔn)誤差 的影響就愈大，從而影響實驗結(jié)果的精度，而且為了達到一定的精度，勢別要增加樣品的測量時間。根據(jù)核衰變的統(tǒng)計規(guī)律，在實驗中如果樣品數(shù)量少，選擇tN= 1.4tb的比例（式中tN為樣品放射性測量時間，tb為本底測量時間）較為合理；如果樣品數(shù)量較多是一大批樣品，則延長本底測量時間tb，取tb的時間 均值，而tN則可相對短，這樣可節(jié)省時間，有利于縮短實驗周期。對于示蹤實驗設(shè)計來說，樣品中所含放射性強度的要求，是使其放射性計數(shù)率大于或等于本底計 數(shù)的10-20倍。
3.進行非放射性的模擬實驗，把實驗全過程預(yù)演一遍
同位素示蹤實驗要求準(zhǔn)確、仔細，稍有疏忽或考慮不周就匆忙進行正式實驗，既容易導(dǎo)致實驗失敗，又會造成示蹤劑和其它實驗用品的浪費，還會增加 放射性廢物，增加實驗室本底水平，使實驗者接受不必要的輻射劑量，所以模擬實驗不僅可以檢查正式實驗中所用器材，藥品是否合格，又可以操作人員進行訓(xùn)練， 以保證正式實驗?zāi)茼樌M行。
（二）正式實驗階段
1.選擇放射性同位素的劑量
同位素必須能經(jīng)得起稀釋，使其最后樣品的放射性不能低于本底，一般來說放射性同位素在生物體內(nèi)不是完全均勻地被稀釋，可能在某些器官、組織、 細胞、某些分子中有選擇性地蓄積，蓄積的部分放射性就會很強，在這種情況下，應(yīng)以相關(guān)部位對示蹤劑的蓄積率來考慮示蹤劑用量。在細胞培養(yǎng)，切片保溫，酶反 應(yīng)等示蹤實驗中，應(yīng)依據(jù)實驗?zāi)康摹?a href="/w/%E5%8F%8D%E5%BA%94%E6%97%B6" title="反應(yīng)時">反應(yīng)時間及反應(yīng)體積的不同來考慮示蹤劑的用量，通常小于一個居里或幾個微居里。 由于放射性同位素存在輻射效應(yīng)，應(yīng)該 根據(jù)使用的放射性核素的種類，將用量控制在最大允許劑量之內(nèi)（maximun permissible dose），以免因劑量過大所造成的輻射效應(yīng)，給 實驗帶來較大的誤差。
2.選擇示蹤劑給入途徑
整體示蹤實驗時，應(yīng)根據(jù)實驗?zāi)康模x擇易吸收、易操作的給入途徑，一般給予的數(shù)量體積小，要求給予的劑量準(zhǔn)確，防止可能的損失和不必要的污染。體外示蹤實驗時，應(yīng)根據(jù)實驗設(shè)計的實驗步驟的某個環(huán)節(jié)加入一定劑量的示蹤到反應(yīng)系統(tǒng)中去，力求操作準(zhǔn)確，仔細。
3.放射性生物樣品的制備
根據(jù)實驗?zāi)康暮褪聚檮┑臉?biāo)記放射性同位素的性質(zhì)制備放射性生物樣品，其中放射性同位素的性質(zhì)是生物樣品制備形式的主要依據(jù)。若是釋放r射線的 示蹤劑，則樣品制備比較容易，只要定量地取出被測物放入井型NaI（TL）晶體內(nèi)就能測定；若是釋放出硬β射線的示蹤劑，須將生物樣品制成厚度較薄的液 體，或?qū)⒁后w鋪樣后烘干，也可灰化后鋪樣，放入塑料晶體閃爍儀內(nèi)測定，或用鐘罩型蓋一革計數(shù)管探測；若標(biāo)記同位素僅釋放軟β射線，那么樣品應(yīng)制成液體閃爍 樣品（詳見放射性測量”一章），在液體閃爍計數(shù)器內(nèi)測量。不論采用何種測量方法，都應(yīng)該對樣品作定量采集。對某些放射性分散的樣品，應(yīng)當(dāng)作適當(dāng)濃集，如測 定組織內(nèi)蛋白質(zhì)的放射性，應(yīng)對蛋白質(zhì)作提取處理然后制備成相應(yīng)的測量樣品。有些樣品需采用灰化法，但灰化法對易揮發(fā)的同位素或易揮發(fā)的組織樣品不合適。
4.放射性樣品的測量
測量方法分為絕對測量和相對測量。絕對測量是對樣品的實有放射性強度作測量，求出樣品中標(biāo)記同位素的實際衰變率，在作絕對測量時，要糾正一些 因素對測量結(jié)果的影響，這些因素包括儀器探頭對于放射源的相對立體角、射線被探頭接收后被計數(shù)的幾率、反散射、 放射源的自吸收影響等等。而相對測量只是 在某個固定的探測儀器上作放射性強度的相對測量，不追求它的實際衰變率。在一般的示蹤實驗中，大多采用相對測量的方法，比較樣品間的差異。在相對測量時， 要注意保持樣品與探測器之間的幾何位置固定。幾何條件的影響是放射性測量中最重要的影響因素。當(dāng)兩個放射性強度相同的樣品在測量中所置的幾何位置不一，或 樣品制備過程造成的幾何條件差異，其計數(shù)會相差很多，尤其當(dāng)樣品與探頭之間距離較近時，兩者計數(shù)率相差會很大。但是當(dāng)樣品與探頭之間相距較遠時，由于樣品 與探頭之間形成的相對立體角較小，所以兩者計數(shù)率的差異會顯著減小。在用紙片法測量3H標(biāo)記物的放射性強度時，要注意紙片在閃爍瓶中的位置，一批樣品應(yīng)該 一致，如果是將濾紙剪成圓狀作支持物，圓片的直徑最好與閃爍瓶底的直徑相等，保證濾紙在閃爍瓶內(nèi)的位置固定。減小幾何條件對放射性測量的影響可以從三方面 入手：⑴選擇探測窗大的探測器，如光電倍增管作探頭的探測器；⑵在樣品制備時，注意盡量將樣品做成點狀源，這樣當(dāng)樣品的放射性強度較弱時，由于距離探測窗 較近而有可能造成的水平位移的影響就可以忽略；⑶無論樣品距離探測窗遠近，樣品都應(yīng)置于探測窗的垂直軸線上，以減少樣品與探測窗之間的相對立體角。
（三）放射性去污染和放射性廢物處理
放射性實驗，無論是每次實驗或階段性實驗結(jié)束后，都可能有不同程度的放射性污染和放射性廢物的出現(xiàn)，因此，在實驗結(jié)束后，要作去污染處理和放射性廢物處理。必要時在實驗過程進行中，就要作除污染和清理放射性廢物的工作。
四、在生物化學(xué)和分子生物學(xué)中的應(yīng)用
放射性同位素示蹤法在生物化學(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)和細胞內(nèi)理化過程的秘密，闡明生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)起了極其重要的作 用。近幾年來，同位素示蹤技術(shù)在原基礎(chǔ)上又有許多新發(fā)展，如雙標(biāo)記和多標(biāo)記技術(shù)，穩(wěn)定性同位素示蹤技術(shù)，活化分析，電子顯微鏡技術(shù)，同位素技術(shù)與其它新技 術(shù)相結(jié)合等。由于這些技術(shù)的發(fā)展，使生物化學(xué)從靜態(tài)進入動態(tài)，從細胞水平進入分子水平，闡明了一系列重大問題，如遺傳密碼、細胞膜受體、RNA-DNA逆 轉(zhuǎn)錄等，使人類對生命基本現(xiàn)象的認識開辟了一條新的途徑。下面僅就同位素示蹤技術(shù)在生物化學(xué)和分子生物學(xué)中應(yīng)用的幾個主要方面作一介紹。
1.物質(zhì)代放謝的研究
體內(nèi)存在著很多種物質(zhì)，究竟它們之間是如何轉(zhuǎn)變的，如果在研究中應(yīng)用適當(dāng)?shù)?a href="/w/%E5%90%8C%E4%BD%8D%E7%B4%A0%E6%A0%87%E8%AE%B0" title="同位素標(biāo)記">同位素標(biāo)記物作示蹤劑分析這些物質(zhì)中同位素含量的變化，就可以知道 它們之間相互轉(zhuǎn)變的關(guān)系，還能分辯出誰是前身物，誰是產(chǎn)物 ，分析同位素示蹤劑存在于物質(zhì)分子的哪些原子上，可以進一步推斷各種物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)變機制。為了 研究膽固醇的生物合成及其代謝，采用標(biāo)記前身物的方法，揭示了膽固醇的生成途徑和步驟，實驗證明，凡是能在體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="/w/%E4%B9%99%E9%85%B0%E8%BE%85%E9%85%B6" title="乙酰輔酶">乙酰輔酶A的化合物，都可以作為生成 膽固醇的原料，從乙酸到膽固醇的全部生物合成過程，至少包括36步化學(xué)反應(yīng)，在鯊烯與膽固醇之間，就有二十個中間物，膽固醇的生物合成途徑可簡化為:乙酸 →甲基二羥戊酸→膽固醇 又如在研究肝臟膽固醇的來源時，用放射性同位素標(biāo)記物3H－膽固醇作靜脈注射的示蹤實驗說明，放射性大部分進入肝臟，再出現(xiàn)在糞 中，且甲狀腺素能加速這個過程，從而可說明肝臟是處理血漿膽固醇的主要器官，甲狀腺能降低血中膽固醇含量的機理，在于它對血漿膽固醇向肝臟轉(zhuǎn)移過程的加速作用。
2.物質(zhì)轉(zhuǎn)化的研究
物質(zhì)在機體內(nèi)相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律是生命活動中重要的本質(zhì)內(nèi)容，在過去的物質(zhì)轉(zhuǎn)化研究中，一般都采用用離體酶學(xué)方法，但是離體酶學(xué)方法的研究結(jié)果， 不一定能代表整體情況，同位素示蹤技術(shù)的應(yīng)用，使有關(guān)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的實驗的周期大大縮短，而且在離體、整體、無細胞體系的情況下都可應(yīng)用，操作簡化，測定靈敏 度提高，不僅能定性，還可作定量分析。 在闡明核糖苷酸向脫氧核糖核苷酸轉(zhuǎn)化的研究中，采用雙標(biāo)記法，對產(chǎn)物作雙標(biāo)記測量或經(jīng)化學(xué)分離后分別測量其放射 性。如在鳥嘌呤核苷酸（GMP）的堿基和核糖上分別都標(biāo)記上14C，在離體系統(tǒng)中使之參入脫氧鳥嘌呤核苷酸（dGMP），然后將原標(biāo)記物和產(chǎn)物（被雙標(biāo)記 GMP摻入的dGMP）分別進行酸水解和層析分離后，測定它們各自的堿基和戊糖的放射性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們的兩部分的放射性比值基本相等，從而證明了產(chǎn)物 dGMP的戊糖就原標(biāo)記物GMP的戊糖，而沒有別的來源，否則產(chǎn)物dGMP的堿基和核糖的比值一定與原標(biāo)記物GMP的兩部分比值有顯著差別。這個實驗說明 戊糖脫氧是在堿基與戊糖不分記的情況下進行的，從而證明了脫氧核糖核苷酸是由核糖核苷酸直接轉(zhuǎn)化而來的，并不是核糖核苷酸先分解成核糖與堿基，堿基再重新接上脫氧杭核糖。無細胞的示蹤實驗可以分析物質(zhì)在細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化條件，例如以3H-dTTP為前身物作DNA摻入的示蹤實驗，按一定的實驗設(shè)計摻入后，測定 產(chǎn)物DNA的放射性，作為新合成的DNA的檢出指標(biāo)。
3.動態(tài)平衡的研究
闡明生物體內(nèi)物質(zhì)處于不斷更新的動態(tài)平衡之中，是放射性同位素示蹤法對生命科學(xué)的重大貢獻之一，向體內(nèi)引入適當(dāng)?shù)耐凰貥?biāo)記物，在不同時間測 定物質(zhì)中同位素含量的變化，就能了解該物質(zhì)在體內(nèi)的變動情況，定量計算出體內(nèi)物質(zhì)的代謝率，計算出物質(zhì)的更新速度和更新時間等等。機體內(nèi)的各種物質(zhì)都在有 大小不同的代謝庫，代謝庫的大小可用同位素稀釋法求也。
4.生物樣品中微量物質(zhì)的分析
在放射性同位素示蹤技術(shù)被應(yīng)用之前，由于制備樣品時的丟失而造成回收率低以及測量靈敏度不高等問題，使得對機體正常功能起很重要作用的微量物 質(zhì)不易被測定。近年來迅速發(fā)展、應(yīng)用愈來愈廣泛的放射免疫分析（radioimmunoassay）技術(shù)是一種超微量的分析方法，它可測定的物質(zhì)300多 種，其中激素類居多，包括類固醇激素，多肽類激素，非肽類激素，蛋白質(zhì)物質(zhì)，環(huán)核苷酸，酶，腫瘤相關(guān)的抗原，抗體以及病原體，微量藥物等其它物質(zhì)。
5.最近鄰序列分析法（Nearest neighbour-sequence analysis method）
放射性同位素示蹤技術(shù)，是分子生物學(xué)研究中的重要手段之一，對蛋白質(zhì)生物合成的研究，從DNA復(fù)制、RNA轉(zhuǎn)錄到蛋白質(zhì)翻譯均起了很大的作 用。最近鄰序列分析法應(yīng)用同位素示蹤技術(shù)結(jié)合酶切理論和統(tǒng)計學(xué)理論，研究證實了DNA分子中堿基排列規(guī)律，在體外作合成DNA的實驗：分批進行，每批用 一種不同的32P標(biāo)記脫氧核苷三磷酸，32P標(biāo)記在戊糖5'C的位置上，在完全條件下合成后，用特定的酶打開5'C－P鍵，使原堿基上通過戊糖5'C相連 的32P移到最鄰近的另一單核苷酸的3'C上 。用最近鄰序列分析法首次提出了DNA復(fù)制與RNA轉(zhuǎn)錄的分子生物學(xué)基礎(chǔ)，從而建立了分子雜交技術(shù)，例如以 噬體T2-DNA為模板制成[32P]RNA，取一定量T2-DNA和其它一些DNA加入此[32P]RNA中，經(jīng)加熱使DNA雙鏈打開，并溫育，用密度 梯度離心或微孔膜分離出DNA-[32P]RNA復(fù)合體測其放射性，實驗結(jié)果只有菌體T2的DNA能與該[32P]RNA形成放射性復(fù)合體。從而證明了RNA與DNA模板的堿基呈特殊配對的互補關(guān)系，用分子雜交技術(shù)還證實了從RNA到DNA的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象。此外，放 射性同位素示蹤技術(shù)對分子生物學(xué)的貢獻還表現(xiàn)在：⑴對蛋白質(zhì)合成過程中三個連續(xù)階段，即肽鏈的起始、延伸和終止的研究；⑵核酸的分離和純化；⑶核酸末端核 苷酸分析，序列測定；⑷核酸結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系；⑸RNA中的遺傳信息如何通過核苷酸的排列順序向蛋質(zhì)中氨基酸傳遞的研究等等。為了更好地應(yīng)用放射性同位素 示蹤技術(shù)，除了有賴于示蹤劑的高質(zhì)量和核探測器的高靈敏度外，關(guān)鍵還在于有科學(xué)根據(jù)的設(shè)想和創(chuàng)造性的實驗設(shè)計以及各種新技術(shù)的綜合應(yīng)用。
放射物和輻射病專題
主條目: 輻射
輻射源: 放射性物質(zhì) 放射性同位素 放射源
放射線 從原子核中放射出來的有穿透性的粒子束。最常見的有α射線、β射線、γ射線、X射線(倫琴射線) 等
輻射強度單位是貝可勒爾（becquerel）簡稱貝可。比活度指放射源的放射性活度與其質(zhì)量之比。
輻射相關(guān)癥狀和疾病：
環(huán)境問題： 放射性廢物
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