放射性核素在化学中的应用示踪原子方法原理利用

放射性核素示踪技术在生物医学中的应用解决的关键问题、同位素示踪法基本原理和特点质。

因此，就可以用同位素作为一标记，制成含有同位素的标记化合物（如标记食物，物理性质，就可以用核探测器随时追踪它在体内或体外的位置、量及其转变等，稳定性1015非放射性个放射性原子。

它比目较敏感的重量分析天平要敏感放射性测定不受其它非放射性物质的干扰，可以省略许复杂的物质射线，在体外测量而获得结果，就大简化了实验过程，4.符合生理条件在放射性同位素实验中，所引用的放射性标记化合物的化学量是极微量的，它对体内原有的相应物质的重量改变是微不足道的，体内生理过程仍保持正常的平衡状态，获得的分析结果符合生理条件，更能反映客观存在的事物本质。

放射性同位素示踪法的优点如上所述，但也存在一些缺陷，如从事放射性同位素工作的人员要受一定的专门训练，要具备相应的安全防护措施和条件，在目前个别元素（如氧、氮等）还没有合适的放射性同位素等等。

在作示踪实验时，还必须注意到示踪剂的同位素效应和放射效应问题。

所谓同位素效应是指放射性同位素（或是稳定性同位素）与相应的普通元素之间存在着化学性质上的微小差异所引起的个别性质上的明显区别，对于轻元素而言，同位素效应比较严重。

因为同位素之间的质量判别是倍增的，如3H质量是1H的三倍，2H是1H的两倍，当用氚水（3H2O）作示踪剂时，它在普通H2O中的含量不能过大，否则会使水的物理常数、对细胞膜的渗透及细胞质粘性等都会发生改变。

但在一般的示踪实验中，由同位素效应引起的误差，常在实验误差内，可忽略不计。

放射性同位素释放的射线利于追踪测量，但射线对生物体的作用达到一定剂量时，会改变机体的生理状态，这就是放射性同位素的辐射效应，因此放射性同位素的用量应小于安全剂量，严格控制在生物机体所能允许的范围之内，以免实验对象受辐射损伤，而得错误的结果。

二、示踪实验的设计原则设计一个放射性同位素的示踪实验应从实验的目的性，实验所具备的条件和对放射性的防护水平三方面着手考虑。

§1 放射性核素示踪技术的原理及特点 一、基本原理 放射性核素示踪实验的原理基于两 个方面： 1、相同性：即放射性核素及其标记化 合物和相应的非标记化合物具有相同的 化学及生物学性质，在生物体内的变化 相同； 2、可测量性：即放射性核素能发出各 种不同的射线，可被放射性探测仪器所 测定或被感光材料所记录。
§2
放射性核素稀释法
一、概念 放 射 性 核 素 稀 释 法 ( radionuclide dilution technique) 即用适当的放射性核 素标记化合物作为示踪剂，利用化学上的稀 释原理对微量物质作定量分析，或测定液体 容量的方法。 二、基本原理 依据化学物质在稀释前后质量不变的原 理，放射性物质在被稀释前后，其放射性活 度也不会改变。但是，由于被稀释，它的比 活度或放射性浓度降低了。
ห้องสมุดไป่ตู้
2、选择合适的测量方法：通常根据选用的 核素发射的射线种类确定用何种方法测量。 如固体闪烁测量，液体闪烁测量、放射自 显影等方法。双标记要用双标记方法测量。 3、示踪剂量的估算 示踪剂量的估算不能用简单的公式来 估算，应该综合考虑。 ①稀释作用：放射性核素标记化合物进入 机体后，一般要求放射性活度在整个实验 过程中，经稀释后所制得的放射性样品不 能低于本底计数。
(二)核素反稀释法(inverse
nuclide dilution)： 用已知量的非标记物测定样品 中标记物含量的方法称之为核素反 稀释法。反稀释法与正稀释法测定 的原理相同，可以用同样的公式计 算，只是选择的未知数不同，反稀 释法的测定对象是求标记物的化学 量m1 。
四、放射性核素稀释法的应用 放射性核素稀释法当初建立时，曾 大量用于体外样品的定量工作。但自从 灵敏度更高的放射免疫分析方法及由此 发展起来的非放射性分析方法推广以来， 现已较少使用。但是在某些领域，核素 稀释法仍有不可取代的优越性。一是测 定生理性物质的体内代谢库或测定整体 内各种体液成分的量，二是作为考核其 它超微量分析方法可靠性的参比。

第三章放射性同位素示踪技术应用核技术是对同位素以及电离辐射与物质相互作用所产生的物理、化学和生物效应进行应用研究与开发，因此其基础与基本手段就是同位素和电离辐射。

放射性同位素在工业、农业、医学、生物学以及其他血多科学领域中都有相当广泛的应用。

最早的应用可追溯到1898年居里夫人发现镭放射性同位素以后不久。

那时，镭就已在灭菌消毒、治疗某些疾病方面初露锋芒。

随着人工放射性同位素品种的不断出现，放射性同位素在诊断和治疗疾病，人体器官扫描造影和科学研究方面起到越来越重要的作用，目前已成为医学中不可缺少的现代方法。

除了医学之外，放射性同位素在工业、农业、国防、建筑、交通、宇航甚至日常生活中也非常有用。

根据其应用方式可分为三种。

第一，它可作为示踪原子应用于各个学科；第二，它可作为辐射源去透视各种X射线不能透视的材料内部的特征和缺陷，并制成自动检查和测量仪器；第三，它可作为核能源和核监测仪器。

如核能电池、火灾报警器等。

目前放射性同位素已深入到各个科学技术领域，可以毫不夸张地说，放射性同位素与人类的生产、生活息息相关。

早在60年代，前苏联和美国等国家的放射性同位素应用产生的经济效益即已构成国民经济总收入的0.1-0.3%。

到了80年代已达到0.5%。

目前，西方发达国家每两个人就医，就有一个人要求助于核医学，放射性同位素在医学中已誉为“活体原子显微镜”。

在工业生产中放射性同位素的应用也已占相当的比重。

例如，世界上90%以上的电线电缆是经辐照加工处理过的；全世界石油总产量的三分之一是利用放射性测井勘探的。

我国放射性同位素应用的发展历史也是如此。

60年代末，全国几乎所有的省市级医院都开展了放射性同位素的应用研究，个别省市发展到区县级医院。

在农业方面，经辐射育成的良种已有数百种，推广面积达数千万亩，产生的经济效益十分可观。

在工业方面，放射性同位素的参与，减轻了工人的劳动强度，节省了原材料，提高了产品质量和工作效率，具有巨大的经济效益和社会效益。

核物理学中的放射性核素和放射性示踪技术在核物理学这个充满奥秘和探索的领域中，放射性核素和放射性示踪技术无疑是两颗璀璨的明珠。

它们不仅为我们揭示了物质的微观结构和原子核的奇妙世界，还在众多领域，如医学、生物学、地质学和工业等，发挥着至关重要的作用。

首先，让我们来了解一下什么是放射性核素。

简单来说，放射性核素是指那些原子核不稳定，会自发地发生衰变并释放出各种射线的核素。

这些射线包括α射线（由两个质子和两个中子组成的氦核）、β射线（电子或正电子）和γ射线（一种高能电磁波）。

放射性核素的衰变过程是一个随机的过程，但它们的衰变率通常用半衰期来描述，即放射性核素衰变一半所需要的时间。

不同的放射性核素有不同的半衰期，从几微秒到数十亿年不等。

放射性核素的产生有多种途径。

一种是通过天然放射性衰变，例如铀、钍等重元素在自然界中会自发地衰变产生一系列的放射性核素。

另一种是通过人工核反应，如在核反应堆中用中子轰击稳定核素，或者在加速器中用高能粒子撞击靶核，从而产生新的放射性核素。

接下来，我们再谈谈放射性示踪技术。

这是一种利用放射性核素作为示踪剂来追踪和研究物质在各种过程中的运动和变化的技术。

其基本原理是将少量放射性核素引入到被研究的体系中，然后通过检测放射性核素的分布和变化，来了解体系中物质的流动、转化和反应等情况。

在医学领域，放射性示踪技术的应用非常广泛。

例如，在诊断疾病方面，医生可以将放射性核素标记的药物注入患者体内，然后利用专门的仪器检测放射性核素在体内的分布，从而发现病变部位。

比如，利用放射性碘-131 可以诊断甲状腺疾病，通过检测甲状腺对碘的摄取情况来判断甲状腺的功能是否正常。

在治疗方面，放射性核素也发挥着重要作用。

例如，放射性碘-131 可以用于治疗甲状腺癌，放射性钴-60 可以用于肿瘤的放射治疗等。

在生物学研究中，放射性示踪技术可以帮助科学家了解生物体内各种物质的代谢过程。

比如，用放射性磷-32 标记的核苷酸可以研究DNA 的合成和复制过程；用放射性碳-14 标记的葡萄糖可以研究细胞的呼吸作用和能量代谢。

二、核素示踪技术的特点
1.灵敏度高：灵敏度可达10-14～10-18mol水 平(相对于化学分析 <10-12mol)，因而对研 究体内或体外实验系统内的微量物质具有 特别重要的价值。 某标记化合物比活度为 0.37TBq/mmol ， 仪器测量效率为 30%，本底为 50cpm，测 量时间不超过 5 分钟，要求测量误差不大 于5%，则最小可测定量为多少？
• 示踪剂是为观察、研究和测量某物质在指定过程中的行
为或性质而加入的一种标记物。常见的示踪剂有放射性 核素示踪剂、稳定性核素示踪剂、酶标示踪剂、荧光标
记示踪剂、自旋标记示踪剂等。
• 放射性核素示踪技术是利用放射性核素及其标记
化合物作为示踪剂，应用射线探测方法来检测它 的行踪，以研究示踪剂在生物体系或外界环境中 运动规律的核技术。
1980年获诺贝尔化学奖
一、核素示踪技术原理
1. 标记物与非标记物的同一性
放射性核素及其标记化合物和相应的非标记化合物 具有相同的化学及生物学性质。
125I-MIBG
用放射性同位素制备示踪剂是最理想的方法
实验核医学中常用的放射性核素有3H，14C等，临
床核医学中常用的有131I，59Fe等，PET常用的有11C，
4、示踪剂引入途径： 根据实验类型和目的，对整体动物实验可 采用静脉、腹腔、皮下及肌肉注射，或口服、 灌胃等。又可分为一次、多次、恒速滴注法。 离体示踪则可分为恒量法和脉冲法： a) 恒量法：一次加入标记物维持培养液中的 浓度不变。 b) 脉冲法：加入标记物后一段时间更换无标 记物的培养液，以观察特定时间内示踪物 的去向。
③实验周期及安全剂量：根据试验周期长短，实验分 析方法，给予途径等进行安全剂量估算。 示踪物引入机体后应基本不改变该物质在体内的 浓度。药物研究时其化学量不应超过临床剂量，动物 实验时引入剂量可适当增大，但仍不应达到中毒剂量。 离体示踪实验时，其实验的灵敏度取决于标记物 的比活度，比活度越高其灵敏度也高。在用完整细胞 进行实验且作用时间较长时，如果比活度高，可能会 因射线的辐射损伤效应影响实验结果。如以 3H-TdR 做掺入实验时，3H的局部辐射作用可能引起DNA分子 的明显损伤，因此，常采用比活度较低的标记物。

④相对比活度：两个解剖部位中同一化 合物比活度的比值或两种化合物比活度 的比值。用于反映组织中某物质的来源 及组织与血液交换的速率，可排除血液 中比活度不恒定的影响。 四、示踪实验中的同位素效应 物质转化时，如分子中某一原子被 它的同位素所取代，虽然反应性质不变， 有时却会发生反应速度的改变，称为同 位素效应(isotope effect)。 在作物质 动力学研究时，应考虑同位素效应。
二、主要特点 1. 灵敏度高：灵敏度可达 10 -14 ～ 10 -18 g 水平，因而对研究体内或体外实验系统内 的微量物质具有特别重要的价值。 2.检测方法简便。 3. 合乎生理条件：引入高比放射性示踪 剂，不会改变体内或体外系统的正常生理 平衡，实验结果接近正常生理状态物质的 变化。 4.能定位和定性。比如利用RAG可检测示 踪剂在组织、细胞内的分布情况等。
§1 放射性核素示踪技术的原理及特点 一、基本原理 放射性核素示踪实验的原理基于两 个方面： 1、相同性：即放射性核素及其标记化 合物和相应的非标记化合物具有相同的 化学及生物学性质，在生物体内的变化 相同； 2、可测量性：即放射性核素能发出各 种不同的射线，可被放射性探测仪器所 测定或被感光材料所记录。
(二)核素反稀释法(inverse
nuclide dilution)： 用已知量的非标记物测定样品 中标记物含量的方法称之为核素反 稀释法。反稀释法与正稀释法测定 的原理相同，可以用同样的公式计 算，只是选择的未知数不同，反稀 释法的测定对象是求标记物的化学 量m1 。
四、放射性核素稀释法的应用 放射性核素稀释法当初建立时，曾 大量用于体外样品的定量工作。但自从 灵敏度更高的放射免疫分析方法及由此 发展起来的非放射性分析方法推广以来， 现已较少使用。但是在某些领域，核素 稀释法仍有不可取代的优越性。一是测 定生理性物质的体内代谢库或测定整体 内各种体液成分的量，二是作为考核其 它超微量分析方法可靠性的参比。

放射性核素示踪技术
管超楠
放射性核素示踪技术是利用放射性核素为 示踪剂研究生物机体各种物质的吸收、分布、 排泄、转移及转化规律的一门核医学技术， 也是贯穿于核医学领域和各项技术之中的基 本技术。
di
yi zhang jie
第一章节
放射性核素示踪技术的原理及特点
放射性核素示踪技术
放射性核素示踪技术是核医学诊断与研究的 方法学基础，可以说，核医学任何诊断技术和方 法都是建立在示踪技术的基础之上的，没有示踪 技术就没有核医学。
记化合物，测定放射性标记化合物化学量的方法。
反稀释法与正稀释法的原理相同，只是选择的未知
数不同。
mxs0 m0 mx sd
mx m0sd s0 sd
三、应用放射性核素稀释法的必要条件
I. 正确选用标记物和非标记物 II.准确稀释和充分混匀 III.分离纯化和测定样品的可靠方法
例如： 用双标记得乙酸（13CH314COOH)与大鼠肝组织切
片一起温育，分离出胆固醇，经过化学降解后分析 发现，胆固醇每个碳原子均来自于乙酸，不是13C就 是14C。
近年来利用质谱仪和核磁共振等手段，很多标 记物可以不经化学降解就可分析标记部位，已成为 复杂产物标记原子分析的重要工具。
相对比活度——表示标记前身物转化为产物的速 率或者标记前身物的利用率，又称参入率。
相对比活度 = 产物比活度 / 前身物比活度 * 100%
三、参入实验类型
整体参入实验
多采用动物实验，有利于观察某物质在体内转 化的全貌，某些酶系统作用的研究有时只能在整体 中进行。有时由于体内代谢过程比较复杂，受到循 环交换和代谢旁路等因素的影响，不易了解转变过 程的细节。
1、早期妊娠的诊断。 2、在宫外孕时，在子宫出血后3天仍可阳性，可用HCG与其它急腹症 鉴别，但其只有60%左右的阳性率。 3、不完全流产时HCG仍可为阳性，完全流产或死胎时则由慢性转阴。 4、用于产后或人流术后的情况的判断。如在一定时间内未恢复则应 考虑异常可能。 5、葡萄胎和恶 性葡萄胎，绒毛膜上皮癌及睾丸畸胎癌等显著增高。 6、应用于肿瘤术后观察。 7、其它一些如内分泌疾病、如脑垂体疾病、甲亢、卵巢肿瘤、子宫 癌、胃癌、肝癌等也可升高。

放射性核素的应用radionuclide applications放射性核素（见放射性、核素）的辐射、能量和作为示踪物的应用，为原子能利用的一个重要方面，它具有效果好、收益大、投资少等优点。

简史M.居里和P.居里从沥青铀矿中发现镭之后，瑞典科学家于1907年研究证明，镭辐射对于发育迅速的细胞有特别强的抑制作用，于是镭辐射在医学上的应用，引起人们极大的兴趣。

后来镭发光粉的制成和它在夜明仪表中的应用，则是利用放射性核素的辐射能的先例。

1912年，G.C.de赫维西在化学反应中首次成功地用镭D（即210Pb）作为示踪原子，从此人们认识到放射性核素示踪应用的广泛可能性。

但是，从矿石中提炼这些天然放射性核素很困难，价格又非常贵，使进一步推广应用受到了限制。

30年代人工放射性核素的获得和40年代以后人工放射性核素生产的不断发展，才为其广泛应用提供了良好的条件。

方法通常分为示踪应用、辐射应用和衰变能的应用三大类。

辐射应用，按其应用的方式和目的，还可分为放射性核素仪表（又称同位素仪表）、辐射加工、辐射育种、辐射刺激生长、辐射防治虫害、食品辐照保藏、辐射治疗（又称放射治疗）和医疗用品的辐射消毒等。

（见彩图钴60辐照装置。

正在进行蔬菜的辐照保鲜试验，蓝光为切伦科夫辐射、钴圃──利用钴60的γ射线对农作物进行辐射育种的装置、月季花的辐射育种──使发生白色突变。

、月季花的辐射育种──使发生白色突变对照物、冬小麦的辐射育种──赋予早熟、抗条锈等性能、用于食品保藏的钴60辐照装置、马铃薯的辐照保鲜──抑制发芽。

左为对照物）示踪应用是在被研究的体系中引入适当形式的某种放射性核素，利用其特有的信号──放射性，追踪探测其运动和变化，揭示该体系物质运动变化规律的一类方法。

这类方法既包括非同位素示踪应用，也包括严格意义上的同位素示踪原子的应用。

后一种应用由于放射性核素能和其稳定同位素一样参与物理、化学和生物学的反应、变化或代谢，故易于获得其他方法难于或不可能获得的有关生产过程、反应机理、物质结构以至生物医学、生命科学等方面的信息。

标记化合物：一般不要单分子内双标记化合物， 而要两种单标记物混和作双标记物的示踪剂，成 对的核素有：3H----14C，3H、14C---32P， 32P— 45Ca,3H、14C、32P---125I，24Na—36Cl,55Fe— 59Fe,125I—131I，放射性---稳定同位素
一般要求：能量可以区分开
加上标记：Labeling
引入到待研究系统（整体、离体细胞、无细胞系统）
观察该标记物的去向（部位、数量、时相）
了解被标记物的运动转化规律：吸收、分布、排泄、 转运、代谢
2
原理：两个基本点
核素（放射性与稳定核 素）极其标记物虽与自 然界存在的相对应的同 位素和化合物的物理性 质不同，却具有相同的 化学性质和生物特性。 进入机体后,在机体内所 发生的化学变化或生物 学过程与被示踪的物质 相同。
16
B.放射性核素标记的位置
研究物质转运规律-----去向---标
记原子要牢固，位置不要求。
研究某个基团的变化代谢时------
标记于特定的基团上。
17
C.示踪剂的要求有足够的 放射性核素纯度>98% 放射化学纯度>95% 放射性比活度高、无载体
18
D.示踪剂剂量的选择
标记物的放射性比活度
35
示踪剂剂量的配比
两种标记放射性核素发出的能量不同 按照两种放射性核素各自的探测效率不
同和在体内消失的速度估算所需用量 要预实验验证
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双标记测量
液体闪烁测量----能阈的不同 双标记不同的半衰期核素 射线种类不同 稳定核素
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第四节、同位素效应Isotope effect
概念：由于同位素质量的不同而引起的 物质反应速度的变化称为同位素效应.一 般1H、2H、3H同位素效应强，质量差别 大。

ACK/D>B
式中：A-原始放射性比活度。
C-原始放射性核素示踪剂用量。
K-测量效率。 B-本底计数。
D-同位素稀释的倍数。
• 放射性核素的纯度：
在放射性核素的生产过程中，由于副反应 和靶子物中存在杂质，使放射性不纯，这 样会影响试验结果，甚至导致错误的结论。 此外，放射性杂质会增加病人的吸收剂量， 影响诊断结果和治疗效应，甚至会危害病 人的健康，因此要求放射性纯度和放射化 学纯度符合要求。
• 利用同位素化学性质一致性的示踪作用。即将比 标记化合物加到被研究体系中去，可以通过测定 放射性的方法，研究标记化合物的变化来了解被 研究化合物的变化情况。
4、放射性核素示踪剂的选择
• 半衰期：根据实验目的及周期长短选择适 合半衰期的放射性核素。太长太短都不好。 医用大多选择半衰期为几小时到十几天之 间。
• 测量简便，易分辨：不受非放射性杂质干扰，省 略分离提纯工作。
• 能揭示某些物质运动的真实变化过程，得出正确 的结论。如平衡态下物质的运动和变化规律，化 学反应机理以及医学和生物学上研究生理变化过 程等。
• 特效性强：各种放射性核素的半衰期、射线类型 和能量各不相同，不会受到干扰。
3、放射性核素示踪的分类
可求得β 1、β 2……β n。 二、实验方法： 通常是先用实验求得无配体时的分配比D和有配体时
的分配比D’，再按照(13-19)式，以log(D/D’-1) 对log[L]作图，从直线截距可求得logβ n，由斜 率求得配位数n。 由于示踪原子方法灵敏度高，可以在中心离子浓度 非常低时进行。
§13-5溶液中自扩散系数的测定
由此可得关系式(13-34)、(13-35)
晶体比表面σ 0的定义是：单位质量晶体的表面积。 （13-36）

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γ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。

3.双标记示踪实验：其原理就是将两 个研究对象包括两种分子或是一种分 子的两种形态或是一种分子的两个部 分，分别带上示踪原子，通过采用相 应的测量方法，分析两种标记原子的 量，观察它们经过运动转化前后比值 的变化，判断该两种观察对象的运转 规律。
(二)实验方法及应注意的问题 1、标记物的选择： ①射线类型：体内示踪实验宜选用γ射线 发射体，如 131 I、99mTc；离体示踪或取样 进行离体测定的研究则多选用β射线或低 能γ射线发射体，如3H、14C及125I等。 ②半衰期：体内示踪实验一般选用短半衰 期核素，体外示踪实验可用半衰期长的放 射性核素。 ③放化纯度：必须经过纯化鉴定、放化纯 度>95%。
三、基本类型、方法及注意事项 (一)类型： 1.整体示踪实验：将标记物引入完整的机 体，从体外或取标本观察标记物的去向， 以了解示踪剂在机体内的运动规律，主要 用于研究物质在体内的吸收，分布、代谢 和排泄过程。 2.离体示踪实验：指从整体中分离出来的 组织或细胞等简单系统进行的实验。多用 于某些特定物质如蛋白质、核酸等的转化 规律以及某些精细结构的功能研究。

设质量为m1的标记物的比活度为s1 与质量为 m2 的同一种化学形态的非示 记物均匀混合，则标记物被非标记分 子所稀释，混合物的比活度为 s2，混 合前后的总放射性应相等。即： s2(m1+m2)=s1m1 如果 m1 和 m2 中有一个量为已知， 只需测定混匀后样品 ( 取任意量 ) 的比 活度，就可算出另一量。
第六章 放射性核素示踪技术
放射核素示踪技术是利用放射性核 素及其标记化合物作为示踪剂，应用射 线探测方法来检测它的行踪，以研究示 踪剂在生物体系或外界环境中运动规律 的核技术。放射核素示踪技术是实验核 医学中最重要的实验核技术之一，促进 了学科的交叉和渗透，贯穿于整个核医 学中，也被经常应用于基础医学、临床 医学等各个学科。

示踪剂的原理及应用示踪剂是指通过在特定物质中加入具有独特标识的化合物或放射性同位素等，用于追踪物质在环境中的迁移、转化和分布过程的技术方法。

示踪剂的原理主要有生物标记法、同位素示踪法、化学示踪法等。

下面将重点介绍示踪剂的原理及其应用。

1.生物标记法原理：利用具有特定生物活性或易被生物体吸收、转化的化合物作为示踪剂，通过测定物质在生物体内的含量或与其产生的代谢产物来追踪其在生物体内的运动。

生物标记法示踪剂包括生物活性示踪物质和内部标记物质。

生物活性示踪物质能够在生物体内发生变化，通过与目标物质的特异性作用，将目标物质与示踪物质分离或增强测定信号；内部标记物质是指加入到目标物质中，与目标物质没有特异性反应，但通过测定标记物的含量来追踪目标物的分布和转化。

2.同位素示踪法原理：同位素示踪法是通过替代物质中的一些原子核或化学键中的原子核，使其具有独特的放射性或质量差异，来对物质的运动进行追踪。

同位素示踪法主要包括放射性同位素示踪法和稳定同位素示踪法。

放射性同位素示踪法利用放射性同位素放出的射线来测定目标物质的浓度和分布。

稳定同位素示踪法则通过测定同位素含量的比值来追踪物质在环境中的流动和转化。

3.化学示踪法原理：化学示踪法是通过向目标物质中加入标记性元素或分子团，改变目标物质的物理性质或化学性质，从而追踪其在环境中的行为。

化学示踪法常用的标记方法包括氢-氘代替、碳-氧-硫-氮-氟-磷等同位素或放射性核素的标记，以及添加特定的化合物或染料等标记物质。

在环境科学领域，示踪剂的应用非常广泛。

以下是部分示踪剂应用的案例：2.土壤示踪剂：用于研究土壤侵蚀、污染物迁移、农药残留等。

示踪剂包括稳定同位素、放射性核素、荧光染料等。

3.生物示踪剂：用于研究生态系统中物种迁移、食物链关系、生物地球化学过程等。

常用的示踪剂包括饵料标记、同位素标记和DNA标记等。

5.工业示踪剂：用于追踪工业过程中的物质传输和环境污染。

常用的示踪剂包括颜料、染料、放射性核素等。

核素示踪原理及试验设计一、核素示踪原理核素示踪是一种通过添加特定的放射性核素来跟踪或标记特定化合物或过程的方法。

核素示踪原理基于放射性核素的特性，如半衰期和崩变模式，通过测量其在体内或体外的存在来揭示特定化合物或过程的行为和变化。

核素示踪可以分为内示踪和外示踪两种类型。

1.内示踪：将放射性核素添加到研究对象内部，随后通过测量其在体内的存在来推断该物质在体内的行为和变化。

常用的内示踪方法有放射性同位素标记法和自放射性含量测定法。

2.外示踪：将放射性核素添加到研究对象外部，通过测量其在体外的存在以及与研究对象的相互作用来推断其行为和变化。

常用的外示踪方法有溶液示踪法和颗粒示踪法。

二、试验设计1.内示踪试验设计内示踪试验用于研究化合物在生物体内的生物学行为和代谢动力学等问题。

通过将放射性核素标记到特定的化合物中，并将其添加到生物体内，然后测量其在体内的存在和消失来推断其代谢途径和代谢速率。

例如，可以选择一种具有生物活性的化合物，如药物，将其一部分标记为放射性同位素，然后将其注射到实验动物体内。

通过测量实验动物体内放射性核素的存在和消失，并分析其代谢产物，可以了解该药物在体内的药代动力学行为。

2.外示踪试验设计外示踪试验用于研究物质在环境中的传输和转化过程，如水流动、土壤中污染物的迁移等。

通过将放射性核素标记到研究对象外部，并观察其在环境介质中的扩散和迁移过程，可以推断出物质在环境中的行为和变化。

例如，可以选择一种与所研究物质具有相似性质的放射性核素，将其添加到环境介质中，如地下水或土壤中，然后通过监测环境介质中放射性核素的存在和浓度变化来研究物质在环境中的迁移和转化特性。

此外，核素示踪还可应用于农业、工业等领域。

例如，对作物施用放射性同位素标记的肥料，通过测量作物中的同位素含量，可以研究肥料中的养分在作物中的吸收和转移过程。

又如，在工业反应中，可以向反应体系中添加放射性标记物质，通过测量反应体系中标记物质的浓度和变化来研究反应的动力学行为。

核物理学中的放射性核素和放射性示踪技术在核物理学的广袤领域中，放射性核素和放射性示踪技术犹如两颗璀璨的明珠，为我们揭示了物质世界的诸多奥秘，也在众多领域发挥着不可替代的作用。

放射性核素，简单来说，就是具有放射性的核素。

核素是指具有特定质子数和中子数的原子。

而当这些原子的原子核不稳定，会自发地发生衰变，释放出各种射线，如α射线、β射线和γ射线等，这样的核素就被称为放射性核素。

放射性核素的衰变是一个随机的过程，但它们的衰变速率通常用半衰期来描述。

半衰期就是指放射性核素衰变一半所需要的时间。

不同的放射性核素具有不同的半衰期，有的可能只有几秒甚至更短，而有的则可以长达数千年甚至更长。

放射性核素在自然界中广泛存在。

例如，铀、钍等重元素的同位素大多具有放射性。

同时，在人类的活动中，如核电站的运行、医疗中的放射性治疗等，也会产生和使用放射性核素。

放射性示踪技术则是基于放射性核素的特性发展起来的一项重要技术。

它的基本原理是将少量的放射性核素引入到研究对象中，然后通过追踪放射性核素的分布和变化，来了解研究对象的运动、转化等过程。

比如说，在医学领域，放射性示踪技术有着广泛的应用。

医生可以将含有放射性核素的药物注入患者体内，然后利用专门的仪器检测放射性的分布，从而诊断疾病。

例如，甲状腺疾病的诊断中，常用碘-131 作为示踪剂。

因为甲状腺会摄取碘，通过检测碘-131 在甲状腺中的分布情况，医生可以判断甲状腺的功能是否正常，是否存在结节等病变。

在农业方面，放射性示踪技术也大显身手。

研究人员可以利用它来研究植物对养分的吸收和运输过程。

比如，给植物施加含有放射性磷的肥料，然后观察放射性磷在植物体内的分布和转移，就能了解植物是如何吸收和利用磷元素的，这对于优化施肥方案、提高农作物产量具有重要意义。

在工业领域，放射性示踪技术可以用于检测管道的泄漏。

将放射性核素加入到管道中的流体中，然后在管道外部检测放射性的强度。

如果在某个位置检测到异常的放射性强度增加，就说明那里可能存在泄漏。

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1 放射性示踪技术概述
定义 应用放射性同位素对普通原子或分子加以 标记，利用高灵敏，无干扰的放射性测量 技术研究被标记物所显示的性质和运动规 律，以便追踪发生的过程、运行状况或研 究物质结构等的科学手段。3源自1.1 放射性示踪技术基本性质
对于含有x个A类原子和y个A*原子的系统，变 化进入Z或Z*状态，可表示为
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1.5 放射性核素的来源
反应堆生产：131I、133Xe、24Na、99Mo 中子流 → 靶材料 产额决定于中子能量、通量密度、靶核数、 核反应截面、照射时间等
加速器生产：11C、13N、15O 带电粒子（p、He、α等） → 靶材料 小型化、投资少、结构紧凑
母牛法
核素发生器，从母牛体系中分离出处于平衡状态的子 体核素，专门制造短寿命放射性核素的装置，
灵敏度高
可探测<1nCi, 10-1410-13 g 化学分析只能达到10-9 g
测量简便、易分辨
不受非放杂质干扰，活体研究，体外测量
提供原子、分子水平的研究手段
微观作用机理、动态变化过程
合乎生理条件
不扰乱体内生理过程的平衡状态
能定位
核显像技术，组织器官、细胞、亚细胞水平定量定位
设小闪烁室的探测效率为ε， ThA(216Po )的半衰期(0.16秒)很短，可以认为
220Rn连续发射2个α粒子，则小闪烁室a和小闪烁室b测到的α计数率为：
CPM a 2DPM a a CPM b 2DPM bb
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ZnS(Ag)小闪烁室 —— 220Rn流气法 测管道流量
小闪烁室a和小闪烁室b测到的α计数率比值为：
CPM a DPM a a a e (Vc Vk ) / Q CPM b DPM b b b

方法和要点
1、竞争性结合分析 2、采用标记抗原 3、三次加样 4、结合部分放射性活度与待测抗原浓度呈负相关 5、反应达到平衡慢 6、误差几率大。
免疫放射分析（IRMA）
• 是将放射性核素标记在抗体上，然后 以过量的标记抗体与待测抗原结合， 将标记的抗体—抗原复合物与未结合 的标记抗体分离，通过放射测量可求 得待测抗原的含量 • 标记的是过量抗体； • 反应系统是非竞争性的全量结合反应。
根据影像获取的部位 • 局部显像：只显示身体某一部 位或某一脏器的影像； • 全身显像：从头至足依序采集 全身各部位的放射性。
根据影像获取的维线和层面 • 平面显像：探头置于体表的一定方 位 • 断层显像：在体表连续或间断采集 多体位平面影像数据，再由计算机 重建成为各种断层影像。其优点在 于能够正确显示脏器内放射性立体 分布情况，有助于发现深部、较小 的病变，并可进行精确的定量分析。
方法和要点
1、非竞争性结合分析 2、采用标记抗体（单克隆） 3、二次加样 4、结合部分放射性活度与待测抗 原浓度呈正相关 5、反应达到平衡较快 6、误差几率小
受体放射分析
• 应用放射性核素标记配体与特异的受体 结合，测定受体的亲和力和数量。
• 放射免疫分析（RIA）与免疫放射分析 （IRMA）要点
• 动态图像： • 显像顺序：是否符合正常的血出正常规律
• 断层图像： 连续两个以上层面出现放 射性分布异常，并在两个以上 断面的同一部位，提示为异常。
SPECT、CT、MRI之比较
• SPECT是建立在血流、功能和代谢变化的 基础之上，CT、MRI建立在解剖结构及密 度变化基础上
基本类型 • 1、体内示踪实验 • 以完整的生物体外研究对象，通过 体外观察或取标本量以了解示踪物 在体内的运动规律。 • 2、体外示踪实验 • 是对离体组织、细胞及组织液样品 中某些微量物质浓度进行定量分析。