第三篇 放射性同位素示踪技术

同位素技术生物医学研究及放射性示踪分析应用随着科学技术的不断发展和进步，同位素技术在生物医学研究中发挥着重要的作用。

同位素技术通过引入放射性同位素标记分子，可实现对生物体内许多生命过程的研究与分析。

本文将重点探讨同位素技术在生物医学中的应用，并介绍放射性示踪分析在疾病诊断和治疗中的潜力。

同位素技术是一种通过标记分子中的某些原子核而实现对生物体内过程的研究和促进的方法。

生物体内过程，如代谢、分子交换、药物传递等，通常会涉及原子或分子的转移或转换。

通过引入具有放射性同位素的标记分子，可以实现对这些过程的观察和分析，为科学家提供了丰富的研究数据。

此外，同位素技术还能在生物医学检测、治疗和药物研究中发挥重要作用。

同位素技术在生物医学研究中主要有两种应用方式：代谢标记和示踪分析。

代谢标记是将稳定同位素或放射性同位素引入特定分子中，以追踪该分子在生物体内的代谢轨迹。

这种方法可以揭示生物体内代谢途径、鉴定代谢产物及副产物，并对药物吸收、分布、代谢和排泄等问题进行研究。

通过同位素标记的药物研发，科学家能够更好地了解药物在人体内的行为，为定制个性化的治疗方案提供基础。

另一种应用方式是放射性示踪分析，它集中在使用放射性示踪剂来标记具有特殊功能的生物分子。

放射性示踪剂通常是与生物分子相结合的放射性同位素，如碘-131、碘-123或碘-124等。

这些示踪剂在生物体内发生核衰变，通过放射线的发射可以实时地追踪分子的转移和相互作用，为疾病的诊断和治疗提供了重要的信息。

在生物医学研究中，同位素技术的应用已经取得了一系列重大突破和成果。

例如，同位素技术可以帮助科学家了解肿瘤的生长和扩散过程。

通过标记肿瘤细胞，同位素技术可以提供关于细胞增殖速率、瘤内血供和药物吸收等方面的信息。

这些信息对于肿瘤的诊断和治疗具有重要意义。

同样地，同位素技术可以用于研究心脏功能、神经递质在神经系统中的分布与转运、肾功能和消化过程等生物学过程。

此外，同位素技术还被广泛应用于药物研发和检测领域。

化学反应中的同位素放射性示踪同位素放射性示踪技术是一种在化学反应中追踪和研究反应物转化过程的重要方法。

利用同位素放射性示踪技术，可以准确测定反应的速率、机理以及物质的转化路径，为化学反应动力学及机理研究提供了强有力的工具。

本文将探讨同位素放射性示踪技术在化学反应中的应用及其重要性。

一、同位素放射性示踪技术的基本原理同位素放射性示踪技术基于同位素放射性衰变的特性，以同位素标记反应物，通过测定放射性同位素的衰变速率来了解反应物的转化过程。

示踪剂经过与反应物发生化学反应后，可以利用精密的仪器测定同位素放射性示踪物的变化情况，从而推断出反应物的转化情况。

二、同位素放射性示踪技术的应用领域1. 反应速率的研究：通过在反应物中引入放射性同位素进行示踪，可以测定反应速率的变化情况，并推断出反应物的转化路径。

这对于工业生产过程的优化以及新药物的研发都具有重要意义。

2. 反应机理的研究：同位素放射性示踪可以追踪不同中间体在反应过程中的转化情况，探索反应机理的细节。

这有助于揭示化学反应底层的原理，并为新反应器的设计提供理论依据。

3. 生物化学研究：同位素放射性示踪技术在生物化学研究中广泛应用。

例如，通过标记DNA核苷酸中的同位素进行示踪，可以了解DNA的合成及代谢过程，揭示细胞生命活动的机制。

三、同位素放射性示踪技术的举例应用以反应速率的研究为例，我们可以考虑如下实验。

假设要研究乙醇的脱氢反应速率，可以使用放射性同位素碳-14来示踪。

在实验中，我们向反应体系中添加放射性标记的乙醇，并通过测定样品中放射性同位素碳-14的衰变速率来推断乙醇转化的速率。

四、同位素放射性示踪技术的意义和前景同位素放射性示踪技术具有高灵敏度、高精确度和非侵入性的特点，为化学反应研究提供了一种全新的手段。

随着仪器设备的不断进步和技术的不断创新，同位素放射性示踪技术在健康医学、环境保护、新材料研究等领域的应用潜力越来越大。

总结起来，同位素放射性示踪技术在化学反应中具有重要意义。

放射性同位素示踪法在高中生物学中的应用摘要】放射性同位素广泛应用于生物学的研究中，如对DNA是遗传物质、，DNA的半保留复制、基因诊断、矿质元素的运输。

C4植物光合途径、生长素的极性运输、分泌蛋白的合成与运输、光合作用、呼吸作用的原子转移的途径的研究。

【关键词】放射性同位素半保留复制 C4途径分泌蛋白基因诊断在生物学飞速发展的今天，离不开物理学和化学，我们可以这样说，物理学和化学的发展推动着生物学的发展。

如：光学显微镜、电子显微镜的应用，使我们对细胞的结构有了更进一步的认识。

各种物质的物质代谢更离不开化学，特别是化学中的同位素示踪法为研究生物的各种生命活动提供了更大的便利，下面是同位素示踪法在高中生物学中的应用实例。

一、同位素示踪法证明DNA是遗传物质在噬菌体浸染细菌的实验中，噬菌体只有两种物质：分别是DNA和蛋白质。

从组成元素上看，DNA含C、H、O、N、P，而蛋白质含C、H、O、N、S等。

且P主要存在于DNA中，而S主要存在于蛋白质外壳中，用35S、32P分别标记蛋白质和DNA,直接单独地去观察它们到底哪一种物质是遗传物质.实验过程和结果：二、研究DNA的半保留复制特点DNA的复制是全保留复制、半保留复制、还是弥散复制？我们可以用同位素示踪法进行研究。

我们把DNA用15N标记，然后提供14N的原料让其进行复制，在F1代、F2代、F3代的DNA分子中，含14N、15N的链到底有多少条？通过同位素示踪法非常清楚，即：即：DNA在第一次复制后，形成两个DNA分子，即四条链，两条链含15N，两条链含14N，进行第二次复制后，得到4个DNA分子，即八条链：其中含15N的两条，含14N的6条。

进行第三次复制后，得到八个DNA分子，即16条链，其中含15N的两条，14N的14条。

即不管DNA复制多少次，含15N的模板链只有2条，其余都是含14N的链。

若用密度梯度离心法进行离心，得到这样的结果。

所以，不论是用同位素示踪法研究DNA的复制，还是复制后进行密度梯度离心，都证明了DNA是半保留复制的。

地球化学研究中的放射性同位素示踪技术放射性同位素具有放射性衰变的性质，可以通过其衰变特性对其存在时间和空间位置进行潜在记录。

因此，放射性同位素在地球化学研究中是一项非常有用的示踪技术。

放射性同位素的种类繁多，包括三种自然界存在的放射性同位素：铀系列中的^238U、钍系列中的^232Th和钾系列中的^40K，以及人工合成的同位素。

利用不同的放射性同位素及其衰变产物的测定，可以用于追踪不同类型的地球化学过程，如岩浆活动、沉积作用、地壳物质循环等。

岩浆活动是地球化学研究的重要内容之一，而利用放射性同位素示踪技术可以更全面地研究岩浆演化过程。

例如，锆石（ZrSiO_4）是一种常见的矿物，在岩浆岩中存在着大量锆石。

由于锆石在形成过程中会通过吸收不同元素形成其晶格，因此可以通过不同锆石晶体中同位素的比值演化来了解不同代岩浆的演化历程。

同样，稀土元素也存在着类似的示踪意义。

通过稀土元素的同位素比较，可以揭示成因不同的岩石对稀土元素的早期富集和后期再富集的过程。

在沉积作用中，放射性同位素同样可以作为一种重要的示踪剂。

沉积物的源区及其沉积环境类型、沉积深度都可以通过对同位素的测定来加以分析。

例如，放射性同位素碳14（^14C）被广泛应用于古气候和古环境的研究中。

碳可以进入到有机物和无机物中，在生物运动中不断地相互转换，当生物体死亡后，碳的摄取行为将被停止。

^14C的衰变速率很快，其半衰期约为5,700年，因此可以用它来确定化石年代，通过同位素比值的变化，可以推测出古代气候、环境等变化后果。

另外，在地球化学循环过程中，放射性同位素同样扮演着重要的角色。

例如，放射性同位素铀（U）和钍（Th）在地壳并非均匀存在，而是与岩石中的钙、钠、钾、铝等元素进行结晶或交换，从而形成了各种性质的矿物。

在矿物形成结束后，随着时间的推移，U和Th会发生衰变，产生一系列较为稳定的同位素，并释放出能量，影响化学反应和地球化学过程的发生。

综上所述，放射性同位素示踪技术在地球化学研究中起到了非常重要的作用。

第3节放射性的应用与防护学习目标知识脉络1.知道什么是放射性同位素和人工放射性同位素．(重点)2．理解放射性在消费和科学领域的应用．(重点)2．知道放射性污染及其对人类和自然产生的严重危害，理解防护放射性的措施，建立防范意识．(重点)[先填空]1．放射性同位素的应用主要分为两类：一是利用射线的电离作用、穿透才能等性质；二是作为示踪原子．2．射线特性的利用(1)辐射育种、食品辐射保存、放射性治疗等．(2)放射性同位素电池：把放射性同位素衰变时释放的能量转换成电能的装置．(3)γ射线探伤：利用了γ射线穿透才能强的特点．3．作为示踪原子：用仪器探测放射性同位素放出的射线，可以查明放射性元素的行踪，好似带有“标记〞一样．人们把具有这种用处的放射性同位素叫作示踪原子．[再判断]1．利用放射性同位素放出的γ射线可以给金属探伤．(√)2．利用放射性同位素放出的射线消除有害的静电积累．(√)3．利用放射性同位素放出的射线保存食物．(√)[后考虑]放射性元素为什么能做示踪原子？【提示】由于放射性同位素不断发出辐射，无论它运动到哪里，都很容易用探测器探知它的下落，因此可以用作示踪物来区分其他物质的运动情况和变化规律．这种放射性示踪物称为示踪原子或标记原子．[核心点击]1．分类：可分为天然放射性同位素和人工放射性同位素两种，天然放射性同位素不过40多种，而人工放射性同位素已达1 000多种，每种元素都有自己的放射性同位素．2．人工放射性同位素的优点(1)放射强度容易控制；(2)可以制成各种所需的形状；(3)半衰期比天然放射性物质短得多，放射性废料容易处理．因此，但凡用到射线时，用的都是人工放射性同位素．3．放射性同位素的主要应用(1)利用它的射线．①工业部门使用射线测厚度——利用γ射线的穿透特性；②农业应用——γ射线使种子的遗传基因发生变异，杀死使食物腐败的细菌，抑制蔬菜发芽，延长保存期等；③医疗上——利用γ射线的高能量治疗癌症．(2)作为示踪原子：放射性同位素与非放射性同位素有一样的化学性质，通过探测放射性同位素的射线确定其位置．1．(多项选择)以下关于放射性同位素的一些应用的说法中正确的选项是()A．利用放射性消除静电是利用射线的穿透作用B．利用射线探测机器部件内部的砂眼或裂纹是利用射线的穿透作用C．利用射线改进品种是因为射线可使DNA发生变异D．放射性同位素的半衰期是一样的【解析】消除静电是利用射线的电离作用使空气导电，A错误；探测机器部件内部的砂眼或裂纹和改进品种分别是利用它的穿透作用和射线可使DNA发生变异，B、C正确；不同的放射性同位素的半衰期是不同的，D错误．【答案】BC2．(多项选择)以下说法正确的选项是()A．给农作物施肥时，在肥料里放一些放射性同位素，是因为农作物吸收放射性同位素后生长更好B．输油管道漏油时，可以在输的油中放一些放射性同位素探测其射线，确定漏油位置C．天然放射元素也可以作为示踪原子加以利用，只是含量较少，经济上不划算D．放射性元素被植物吸收，其放射性不会发生改变【解析】放射性元素与它的同位素的化学性质一样，但是利用放射性元素可以确定农作物在各季节吸收含有哪种元素的肥料．无论植物吸收含放射性元素的肥料，还是无放射性肥料，植物生长是一样的，A错误；人工放射性同位素，含量易控制，衰变周期短，不会对环境造成永久污染，而天然放射性元素，剂量不易控制、衰变周期长、会污染环境，所以不用天然放射元素，C错误；放射性是原子核的本身性质，与元素的状态、组成等无关，D正确；放射性同位素可作为示踪原子，是因为它不改变元素的化学性质，故B正确．【答案】BD3．γ刀已成为治疗脑肿瘤的最正确仪器，用γ刀治疗时不用麻醉，病人清醒，时间短，半小时完成手术，无需住院，因此γ刀被誉为“神刀〞．据报道，我国自己研制的旋式γ刀性能更好，即将进入各大医院为患者效劳．γ刀治疗脑肿瘤主要是利用γ射线很强的________才能和很________的能量．【解析】γ刀治疗脑肿瘤主要是利用γ射线很强的穿透才能和很高的能量．【答案】穿透高放射性同位素的应用技巧(1)用射线来测量厚度，一般不选取α射线是因为其穿透才能太差，更多的是选取γ射线，也有局部选取β射线的．(2)给病人治疗癌症、培育优良品种、延长食物保质期一般选取γ射线．(3)使用放射线时平安是第一位的．放射性污染和防护[先填空]1．放射性污染的主要来源(1)核爆炸；(2)核泄漏；(3)医疗照射．2．为了防止放射线的破坏，人们主要采取以下措施(1)密封防护；(2)间隔防护；(3)时间防护；(4)屏蔽防护．[再判断]1．核泄漏会造成严重的环境污染．(√)2．医疗照射是利用放射性，对人和环境没有影响．(×)3．密封保存放射性物质是常用的防护方法．(√)[后考虑]放射性污染危害很大，放射性穿透力很强，是否无法防护？【提示】放射线危害很难防护，但是通过屏蔽、隔离等措施可以进展有效防护，但防护的有效手段是进步防范意识．[核心点击]) A．国际通用的辐射警示标志是毒性标志的骷髅B．国际通用的辐射警示标志是以黄色为背景的黑色的圆形中心和三个黑色叶瓣的图形C．有此项标志的地方是有辐射警示危险的地方D．没有特别的极其特殊的需要远离有国际通用的辐射警示标志的地方【解析】国际通用的辐射警示标志是以黄色为背景的黑色的圆形中心和三个黑色叶瓣的图形，A错，B正确；因为放射性的危险性和放射性的强穿透性，所以要远离有放射性的地方，C、D正确．【答案】BCD5．核能是一种高效的能源．(1)在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反响堆有三道防护屏障：燃料包壳、压力壳和平安壳．图3-3-1结合图3-3-1甲可知，平安壳应中选用的材料是________．(2)图乙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射．当胸章上1 mm铝片和3 mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时，结合图甲分析可知工作人员一定受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时，工作人员一定受到了________射线的辐射．【解析】(1)核反响堆最外层是厚厚的水泥防护层，以防止射线外泄，所以平安壳应选用的材料是混凝土．(2)β射线可穿透几毫米厚的铝片，而γ射线可穿透几厘米厚的铅板．【答案】(1)混凝土(2)βγ射线具有一定的能量，对物体具有不同的穿透才能和电离才能，从而使物体或机体发生一些物理和化学变化.假如人体受到长时间大剂量的射线照射，就会使细胞器官组织受到损伤，破坏人体DNA分子构造，有时甚至会引发癌症，或者造成下一代遗传上的缺陷.学业分层测评(十)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．(多项选择)关于放射性同位素，以下说法正确的选项是()A．放射性同位素与放射性元素一样，都具有一定的半衰期，衰变规律一样B．放射性同位素衰变可生成另一种新元素C．放射性同位素只能是天然衰变时产生的，不能用人工方法制得D．放射性同位素可用于培育良种【解析】放射性同位素也具有放射性，半衰期也不受物理和化学因素的影响，衰变后形成新的原子核，选项A、B正确；大局部放射性同位素都是人工转变后获得的，选项C错误；放射性同位素放出的射线照射种子，可使种子内的遗传物质发生变异，从而培育出良种，D正确．【答案】ABD2．(多项选择)关于放射性的应用与防护，以下说法正确的选项是()A．通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素B．在人工核反响过程中，质量守恒C．利用示踪原子可以研究生物大分子的构造D．人类一直生活在放射性的环境中【解析】通过原子核的人工转变可以发现和制造新元素，A项正确；在人工核反响过程中，质量数守恒，B项错；利用示踪原子可以研究生物大分子的构造，C项正确；人类一直生活在放射性的环境中，地球上的每个角落都有射线，D项正确．【答案】ACD3．(多项选择)放射性同位素钴60能放出较强的γ射线，其强度容易控制，这使得γ射线得到广泛应用．以下选项中，属于γ射线应用的是() 【导学号：64772045】A．医学上制成γ刀，无需开颅即可治疗脑肿瘤B．机器运转时常产生很多静电，用γ射线照射机器可将电荷导入大地C．铝加工厂将接收到的γ射线信号输入计算机，可对薄铝板的厚度进展自动控制D．用γ射线照射草莓、荔枝等水果，可延长保存期【解析】γ射线的电离作用很弱，不能使空气电离成为导体，B错误；γ射线的穿透才能很强，薄铝板的厚度变化时，接收到的信号强度变化很小，不能控制铝板厚度，C错误；γ射线能量很大，可以杀菌，延长水果的保存期，对肿瘤细胞有很强的杀伤作用，故A、D正确．【答案】AD4．以下哪些应用是把放射性同位素不是作为示踪原子的()A．利用含有放射性碘131的油，检测地下输油管的漏油情况B．把含有放射性元素的肥料施给农作物，利用探测器的测量，找出合理的施肥规律C．利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹D．给疑心患有甲状腺病的病人注射碘131，以判断甲状腺的器质性和功能性疾病【解析】利用射线探伤法检查金属中的砂眼和裂纹是利用γ射线穿透才能强的特点，医学上利用“放疗〞治疗恶性肿瘤，利用的是射线照射，而不是作为示踪原子．【答案】 C5．(多项选择)防止放射性污染的防护措施有()A．将废弃的放射性物质进展深埋B．将废弃的放射性物质倒在下水道里C．接触放射性物质的人员穿上铅防护服D．严格和准确控制放射性物质的放射剂量【解析】因为放射性物质残存的时间太长，具有辐射性，故应将其深埋，A对、B错；铅具有一定的防止放射性的才能，接触放射性物质的人员穿上铅防护服，并要控制一定的放射剂量．故C、D对．【答案】ACD6．(多项选择)关于放射性同位素的应用，以下说法中正确的选项是() A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，从而到达消除有害静电的目的B．利用γ射线的贯穿性可以为金属探伤，也能进展人体透视C．用放射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果也不一定是更优良的品种D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害【解析】利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离性，使空气分子电离成为导体，将静电导出，A错误；γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进展人体透视，用于人体透视的是X射线，故B错误；作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过挑选才能培育出优秀品种，C正确；用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量，D正确．【答案】CD7．放射性在技术上有很多应用，不同的放射源可用于不同目的．下表列出了一些放射性元素的半衰期和可供利用的射线.薄，利用适当的放射线来测定通过轧辊后的薄膜厚度是否均匀，可利用的元素是________．【解析】要测定聚乙烯薄膜的厚度，那么要求射线可以穿透薄膜，因此α射线不适宜；另外，射线穿透作用还要受薄膜厚度影响，γ射线穿透作用最强，薄膜厚度不会影响γ射线穿透，所以只能选用β射线，而氡222半衰期太小，铀238半衰期太长，所以只有锶90较适宜．【答案】锶908．如图3-3-2所示是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．图3-3-2(1)请简述自动控制的原理；(2)假如工厂消费的是厚度为2 mm的铝板，在α、β和γ三种射线中，哪一种对铝板的厚度控制起主要作用？为什么？【解析】(1)放射线具有穿透本领，假如向前挪动的铝板的厚度有变化，那么探测器接收到的放射线的强度就会随之变化，将这种变化转变为电信号输入到相应的装置，使之自动地控制图中右侧的两个轮间的间隔，到达自动控制铝板厚度的目的．(2)β射线起主要作用，因为α射线的贯穿本领很小，穿不过2毫米的铝板；γ射线的贯穿本领很强，能穿过几厘米的铅板，2毫米左右的铝板厚度发生变化时，透过铝板的γ射线强度几乎不发生变化；β射线的贯穿本领较强，能穿过几毫米厚的铝板，当铝板厚度发生变化时，透过铝板的β射线强度变化较大，探测器可明显地反映出这种变化，使自动化系统做出相应的反响．【答案】见解析[才能提升]9．我国科学家首次用人工方法合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一种物质，所使用的鉴别技术是() 【导学号：64772104】A．光谱分析B．同位素示踪原子C．微电子技术D．纳米技术【解析】人工合成的牛胰岛素中掺入14 6C作为示踪原子，跟天然牛胰岛素混合，屡次重新结晶，结果14 6C均匀分布，证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一物质，应选B.【答案】 B10．(多项选择)贫铀炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼铀235以后的副产品，其主要成分为铀238，贫铀炸弹不仅有很强的穿甲才能，而且铀238具有放射性，残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染．人长期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和白血病．以下结论正确的选项是() A．铀238的衰变方程式为：238 92U→234 90Th＋42HeB.235 92U和238 92U互为同位素C．人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因突变D．癌症病人可以生活在遭受贫铀炸弹破坏的环境里，以到达放射性治疗的效果【解析】铀238具有放射性，放出一个α粒子，变成钍234，A正确．铀238和铀235质子数一样，故互为同位素，B正确．核辐射能导致基因突变，是皮肤癌和白血病的诱因之一，C正确．医学上利用放射线治疗癌症是有放射位置和放射剂量限制的，不能直接生活在被贫铀炸弹破坏的环境里，D错．【答案】ABC11．如图3-3-3甲是α、β、γ三种射线穿透才能的示意图，图乙是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图，请问图乙中的检查是利用了________射线．图3-3-3【解析】由题图甲可知，γ射线的穿透性最强，且能穿透钢板，其他两种射线不能穿透钢板．【答案】γ12．一个静止在匀强磁场中的放射性同位素原子核3015P，放出一个正电子后变成一个新原子核．(1)写出核反响方程；(2)求正电子和新核做圆周运动的半径之比．【解析】(1)3015P→3014Si＋ 0＋1e.(2)由洛伦兹力提供向心力，即q v B＝m v2r，所以做匀速圆周运动的半径为r＝m vqB.衰变时放出的正电子与反冲核Si的动量大小相等，因此在同一个磁场中做圆周运动的半径与它们的电荷量成反比，即r er Si ＝q Siq e＝141.【答案】(1)略(2)141第 11 页。

放射性同位素示踪技术在地下水资源管理中的应用范围随着人类活动的不断发展和人口的增加，地下水资源的管理和保护变得愈发重要。

地下水是人类饮水和农业灌溉的重要水源，而地下水的质量和数量的变化对于可持续发展和环境保护具有重要的影响。

为了有效管理地下水资源，科学家们采用了各种技术和方法，其中放射性同位素示踪技术是一种非常有效的方法。

放射性同位素示踪技术是一种利用放射性同位素在地下水中传输和迁移的特性来研究地下水流动和水质变化的方法。

通过向地下水中添加放射性同位素标记物质，科学家们可以追踪这些放射性同位素的运动轨迹并对地下水的流动速度、扩散程度、污染源和迁移路径等进行研究和评估。

该技术可以快速、准确地获取地下水系统的动态信息，有效地帮助决策者和水资源管理者做出科学合理的管理决策。

放射性同位素示踪技术在地下水资源管理中的应用范围非常广泛。

首先，它可以用于地下水流动速度的测量。

通过添加短半衰期的放射性同位素标记物质，科学家们可以追踪这些同位素在地下水中的迁移速度，从而精确测量地下水的流动速度。

这一技术对于确定地下水的补给源、地下水补给的有效时间和距离以及地下水流域的范围等非常重要。

其次，放射性同位素示踪技术也可以用于地下水流动路径和扩散程度的研究。

通过向地下水中添加具有特定放射性同位素的标记物质，科学家们可以确定地下水的迁移路径和扩散程度。

这对于评估地下水受污染源影响的程度以及预测污染物的移动路径非常重要。

此外，该技术还可以揭示地下水系统中的分层和断裂情况，有助于建立地下水的水力模型和预测地下水的变化。

此外，放射性同位素示踪技术还可以用于地下水补给量的估算。

通过添加具有长半衰期的放射性同位素标记物质，科学家们可以追踪这些同位素的衰减情况，并根据衰减速率来计算地下水补给量。

这对于评估地下水资源的可持续性和制定水资源管理政策具有重要意义。

此外，放射性同位素示踪技术还可以用于地下水污染源的追踪和评估。

通过在地下水中添加具有特定放射性同位素的标记物质，科学家们可以确定地下水中的污染源，并评估污染物对地下水质量的影响。

化学反应中的同位素示踪技术发展前景同位素示踪技术是指利用同位素替代元素来追踪或标记化学反应中的物质转化过程的一种技术。

这项技术在众多领域中都得到了广泛应用，如医学、环境科学、农业等。

本文将探讨同位素示踪技术的发展前景以及其在不同领域中的应用。

一、同位素示踪技术的原理和分类同位素示踪技术基于同位素的特性进行研究，同位素是原子核中具有相同质子数但不同中子数的同一种元素。

同位素具有相同的化学性质，但在物理性质上有所不同，如质量、稳定性等。

利用同位素的这些特性，可以通过示踪同位素在化学反应中的转化或迁移，了解反应的过程和机理。

根据同位素示踪技术的原理和应用对象，可以将其分为放射性示踪技术和稳定同位素示踪技术两类。

放射性示踪技术是利用放射性同位素进行示踪，通过放射性衰变的特性来分析反应过程。

稳定同位素示踪技术则是利用稳定同位素进行示踪，通过同位素分馏和同位素比值变化来研究反应。

二、同位素示踪技术在医学上的应用在医学领域中，同位素示踪技术被广泛应用于诊断和治疗。

例如，放射性同位素示踪技术可以用于肿瘤的检测和治疗。

通过注射放射性同位素标记的药物，可以追踪药物在体内的分布情况，为肿瘤的定位和治疗提供准确的信息。

此外，稳定同位素示踪技术也被用于研究药物的吸收、分布、代谢和排泄过程，为药物研发提供理论依据。

三、同位素示踪技术在环境科学中的应用在环境科学研究中，同位素示踪技术能够提供关于物质迁移、沉积和循环的重要信息。

例如，利用放射性同位素示踪技术可以研究地下水的流动和重金属的迁移。

稳定同位素示踪技术可以用于研究大气、水体和土壤中的元素循环过程。

这些研究有助于了解人类活动对环境的影响，优化环境管理和保护策略。

四、同位素示踪技术在农业中的应用在农业领域中，同位素示踪技术发挥着重要的作用。

例如，利用放射性同位素示踪技术可以研究植物的吸收和运输机制，优化植物的养分供应和施肥策略。

稳定同位素示踪技术可以用于研究土壤养分循环、植物水分利用效率等问题。

放射性同位素在大气示踪中的应用原子核自发地放射出各种射线的现象称为放射性,能发生这种自发转变的核素称为放射性核素,或放射性同位素。

把放射性同位素的原子掺到其它物质中去,让它们一起运动、迁移,再用放射线探测仪器进行追踪,就可以知道放射线原子的运动路径、现状和趋势,从而可以了解某些不易察明的情况或规律。

人们把用于这种用途的放射性同位素的原子称为示踪原子。

本文主要介绍自然大气中的放射性核素14C、210Pb、7Be的源与汇以及在大气示踪中的应用。

大气中放射性核素的源与汇14C的源与汇天然14C是在大气层上部，宇宙射线产生中子（n）与大气中的氮核（14N）发生核反应的产物，其反应式为：14N+n→14C+1H。

天然14C产生后在几小时内至几天内快速氧化成二氧化碳（14CO2），在大气同温层风作用下与原有的非放射性CO2充分混合后，扩散到整个地球大气层中，以14C标记的CO2在到达地球表面时已相当充分地混合。

大气层中CO2通过与溶解于海中的CO2交换，天然14C被海洋吸收；通过植物光合作用，动物对植物碳的吸收等，天然14C成为生物圈的一部分而被汇集。

7Be的源与汇7Be是Be众多的同位素家族(6Be、7Be、8Be、9Be和10Be) 中的一种,质子和中子数分别是4 和3 ,半衰期为53144d。

7Be来源于大气层顶部的宇宙射线中高能粒子(主要是中子) 的碰并反应,反应式为: 3He+ 4He→7Be +γ。

7Be 原子一旦形成,很快被吸附在亚微米尺度的气溶胶( 粒子直径一般为0.3 ～0.4μm) 上,一方面通过γ衰变产生锂(7Li) 而损失,另一方面随着大气中气溶胶的沉降过程而被清除。

210Pb的源与汇210Pb是近20 种Pb同位素中的一种,元素周期表序数是82 ,中子数为128 ,半衰期为22126a ,为γ衰变。

210Pb是由地表释放到近地层大气中的氡-222 (222Rn) 经过5 级衰变产生的,其衰变系列为:222Rnα→218 Poα →214→Pbβ→214 Biβ→214 Poα→210Pb。

放射性同位素示踪和放射自显影技术
放射性同位素示踪所利用的放射性核素及它们的化合物，与自然界存在的相应普通元素及其化合物之间的化学性质和生物学性质是相同的，只是具有不同的核物理性质。

因此，就可以用同位素作为一种标记，制成含有同位素的标记化合物代替相应的非标记化合物。

在一个典型实验中，把要追踪的分子的放射性前体（或原料）加到细胞中，使其与已存在的前体分子混合，这样细胞就以同样的方式对其产生反应。

放射性分子存在的部位或化学形式的变化，可以用时间为函数进行示踪。

利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以用核探测器随时追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等。

放射性测定不受其他非放射性物质的干扰，可以省略许多复杂的物质分离步骤。

在生物学中经典的测定方法是放射自显影技术。

它可确定放射性化合物在细胞和组织中的部位。

进行测定时，固定细胞和组织，把细胞或组织切片置于载玻片上，在暗处把感光乳胶或感光薄膜覆盖在细胞和组织上，并在暗处保持一段时间。

在这段时间内，由于放射性同位素衰变使感光胶片曝光，再进行显影、定影处理。

通过银粒的部位，可检测出放射性化合物在细胞和组织中的分布。

例如利用3H标记的氨基酸作为原料可以追踪蛋白质的合成和加工转运途径。

利用3H标记的胸苷可以追踪DNA，或者利用14C尿苷可以追踪RNA等。

放射性同位素的环境监测技术在当今社会，随着工业和科技的飞速发展，环境问题日益凸显，其中放射性物质的泄漏和排放对生态环境和人类健康构成了潜在威胁。

为了有效地监测和评估环境中的放射性污染状况，放射性同位素的环境监测技术应运而生。

这项技术凭借其独特的优势，成为了环境保护领域的重要手段。

放射性同位素是指某些元素的不稳定同位素，它们会自发地发生衰变，释放出射线。

这些射线包括α射线、β射线和γ射线等。

由于放射性同位素的衰变具有固定的半衰期和特征射线，因此可以通过检测这些射线来确定其存在和浓度。

在环境监测中，常用的放射性同位素监测技术主要包括以下几种。

首先是γ能谱分析法。

这种方法利用探测器测量环境样品中放射性同位素发射的γ射线能量和强度，进而确定同位素的种类和含量。

γ能谱仪具有很高的分辨率，能够同时检测多种放射性同位素。

例如，在监测土壤中的放射性污染时，可以采集土壤样品，放入γ能谱仪中进行分析，从而了解土壤中是否存在放射性物质以及其具体的种类和浓度。

其次是液体闪烁计数法。

对于一些低能β放射性同位素，如氚、碳－14 等，液体闪烁计数法是一种有效的监测手段。

该方法将样品与闪烁液混合，放射性同位素衰变产生的粒子与闪烁液相互作用，产生闪光，通过光电倍增管将光信号转换为电信号进行测量。

这种方法灵敏度高，适用于微量放射性同位素的检测。

还有放射化学分析法。

这是一种基于化学分离和放射性测量相结合的方法。

先将样品中的放射性同位素通过化学方法进行分离和富集，然后再进行放射性测量。

例如，在监测水体中的放射性铀时，可以通过化学沉淀、萃取等方法将铀从水样中分离出来，再用α计数器或γ计数器测量其放射性强度。

放射性同位素示踪技术也是环境监测中的重要手段之一。

通过向环境中引入少量已知放射性活度和半衰期的同位素标记物，然后追踪其在环境中的迁移、转化和归宿，从而了解环境过程的机制和规律。

比如，在研究地下水的流动和污染物的迁移时，可以向地下水中注入放射性同位素标记的水，然后在不同的监测点采集水样，测量放射性强度，从而确定地下水的流向和流速。

放射性同位素示踪法在生物学中的应用作者：刘奕焕来源：《内蒙古教育·基教版》2011年第11期放射性同位素的原子所放射的射线，可用专门的仪器测定，这种原子好像带上了特殊的标记。

人们把带有特殊标记容易被测定的原子称为示踪原子或标记原子。

含有标记原子的化合物称为标记化合物。

示踪法就是应用标记原子或标记化合物参加有关反应，借助它的射线来追踪物质到达的部位和参加反应的过程。

由于放射性元素与其同位素具有相同的化学性质，因此在生物学研究中，应用放射性同位素示踪（简称示踪法）可研究生物体内的生物化学反应以及某种物质参与代谢的过程与途径等，应用很广，现举例说明。

一、示踪法应用于植物新陈代谢方面1.32P测定光合磷酸化反应活力。

用同位素32P作光合磷酸化反应中的无机磷，与ADP酯化形成AT32P，通过测定放射性32P的量来计算ATP的量。

2.研究光反应过程。

科学家希尔用18O标记的水研究光反应过程得知：光合作用产生的氧气，就是水分解释放的氧（18O2）。

3.分析植物代谢过程中物质循环途径。

例如：在一封闭的玻璃容器中，用18O标记的水培养植物，通过光合作用和呼吸作用，测出水中的18O在容器中的循环途径。

又如：用含放射性18O的CO2作原料进行光合作用，一段时间后检验，植物呼吸作用产物CO2中含有18O，可追踪光合作用原料CO2中氧的循环途径。

4.矿质元素在植物活体内运输的动态测定。

同位素32P加入植物培养液，让植物吸收，然后定时分别检测活的植物根、茎、叶、芽32P的量。

如将菜豆幼苗放在含32P的培养液中培养，一小时后测定表明，幼苗各部分都含32P，然后将该幼苗转移到不含32P的培养液中，数天后测定，32P主要在新的茎叶中。

此外，有人研究叶对药液吸收利用的效率及与植物叶片内外因素的关系时，也用32P示踪法。

二、示踪法应用于动物新陈代谢方面探究脂肪代谢过程，用标记14C的脂肪喂狗，结果发现狗细胞内葡萄糖分子上具有14C，可探测14C的转移途径。

11-核技术应⽤作业答题要点第⼀篇X射线荧光分析1、什么是X荧光？试述XRF的⼯作原理。

2、吸收限的定义是什么？它对原⼦的激发和特征X射线的产⽣有何意义？3、在什么情况下必须使⽤滤⽚？滤⽚能否改善探测器的能量分辨率？说明平衡滤⽚对的⼯作原理。

4、室内研究和校正基体效应的⽅法有哪些？试归纳出它们的依据、特点和应⽤条件。

答题要点：1答：X荧光：原⼦近核轨道电⼦丢失造成电⼦跃迁⽽导致的各种闪光。

XRF的⼯作原理：利⽤外界辐射激发待分析样品中的原⼦，使原⼦发出特征X射线（荧光），通过测定这些特征X射线的能量和强度，可以确定样品中微量元素的种类和含量，这就是X射线荧光分析，也叫做源激发X荧光分析。

2答：射线从给定元素原⼦特定能级上逐出⼀个电⼦所需的最⼩能量（或最⼤波长），称为该元素该能级的吸收限，对应相应电⼦的结合能。

激发相应电⼦壳层的X射线，所⽤射线能量以略⼤于吸收限为宜，由此可以选择性地激发相应元素的原⼦产⽣特征X射线。

3答：在X射线荧光现场测量中，主要使⽤的闪烁计数器谱仪，其能量分辨率往往不能区别相邻元素的X 射线荧光，此时如不便于使⽤分辨率较好的半导体探测器，则必须使⽤滤⽚。

不能。

利⽤两种物质吸收限能量的差别形成能量通带，使能量通带内的吸收系数差别很⼤，能量通带外的吸收系数近似相等，以排除通带外能量（主要来⾃周围伴⽣元素）的⼲扰，使分辨率较差的探测器也能分别测定相邻元素X射线荧光照射量率。

第⼆章中⼦活化分析1、简述中⼦活化分析的⼯作原理；感⽣放射性核素的积累与衰变有何规律? 答题要点：(⽤⾃⼰的语⾔合理表述)⽤中⼦照射样品，使待测核素发⽣核反应，产⽣放射性核素，测定其放射性活度、射线能谱和半衰期根据活化反应截⾯、中⼦通量等，确定被测样品的元素成分和含量的分析⽅法。

积累：衰变：第三章放射性同位素⽰踪1、什么是放射性同位素⽰踪？其基本性质是什么？2、在不同领域应⽤放射性同位素⽰踪技术时，需要考虑那些基本问题？答题要点： 1答：放射性同位素⽰踪：利⽤放射性核素作为⽰踪剂对研究对象进⾏标记的微量分析技术。

得分宝典之高中生物实验过关专题03 同位素示踪法实验大题过关5．通过放射性标记来“区别”亲代与子代的DNA，如放射性标记15N，因为放射性物质15N 的原子量和14N的原子量不同，因此DNA的相对分子质量不同。

如果DNA分子的两条链都是15N，则离心时为重带；如果DNA分子的一条链是15N，一条链是14N，则离心时为中带；如果DNA分子的两条链都是14N，则离心时为轻带。

因此可以根据重带、中带、轻带DNA出现的比例，判断DNA复制是全保留复制还是半保留复制。

6．在生态系统中，组成生物体的C、H、O、N、P、S等元素，不断进行着从无机环境到生物群落，又从生物群落到无机环境的循环过程。

如果用放射性同位素标记参与物质循环的这些元素，就可以追踪物质的转移途径。

例如用35S标记SO2、用14C标记CO2追踪硫循环和碳循环中S和C的转移途径。

(2)美国科学家卡尔文用同位素标记法来追踪CO2是如何转变成碳水化合物的。

解析答案【点评】关于光合作用的元素去向问题的分析最关键的就是H2O中O元素的去向，根据光反应中H2O的光解可知，H2O中O元素的去向到了氧气中，只要把握住H2O中O元素的去向，其它的C、H等元素根据化学方程式就可以迎刃而解。

2．（2012·某某百所名校联考）某研究性学习小组以细菌为实验对象，运用同位素示踪技术及密度梯度离心法对有关DNA复制的方式进行了探究(已知培养用的细菌大约每20 min 分裂一次，产生子代，实验结果见相关图示)。

请回答下列问题：(1)综合分析本实验的DNA离心结果，前三组实验中，第组结果对得到的结论起到了关键作用，但需把它与第组和第组的结果进行比较，才能说明DNA分子的复制方式。

(2)分析讨论：①若实验三的离心结果为：如果DNA位于l／2重和l／2轻带位置，则是复制；如果DNA 位于全中带位置，则是复制。

为了进一步得出结论，该小组设计了实验四，请分析：如果DNA位于(位置及比例，下同)带位置，则是全保留复制；如果DNA位于带位置，则是半保留复制。