放射性同位素
基础知识
为什么同位素具有放射性
自19世纪末发现了放射性以后，到20世纪初，人们发现的放射性元素已有30多种，而且证明，有些放射性元素虽然放射性显著不同，但化学性质却完全一样。
1910年英国化学家F索迪提出了一个假说，化学元素存在着相对原子质量和放射性不同而其他物理化学性质相同的变种，这些变种应处于周期表的同一位置上，称做同位素。
不久，就从不同放射性元素得到一种铅的相对原子质量是，另一种则是208。1897年英国物理学家W汤姆逊发现了电子，1912年他改进了测电子的仪器，利用磁场作用，制成了一种磁分离器（质谱仪的前身）。当他用氖气进行测定时，无论氖怎样提纯，在屏上得到的却是两条抛物线，一条代表质量为20的氖，另一条则代表质量为22的氖。这就是第一次发现的稳定同位素，即无放射性的同位素。当阿斯顿制成第一台质谱仪后，进一步证明，氖确实具有原子质量不同的两种同位素，并从其他70多种元素中发现了200多种同位素。到目前为止，己发现的元素有109种，只有20种元素未发现稳定的同位素，但所有的元素都有放射性同位素。大多数的天然元素都是由几种同位素组成的混合物，稳定同位素约300多种，而放射性同位素竟达1500种以上。
1932年提出原子核的中子一质子理论以后，才进一步弄清，同位素就是一种元素存在着质子数相同而中子数不同的几种原子。由于质子数相同，所以它们的核电荷和核外电子数都是相同的（质子数=核电荷数=核外电子数），并具有相同电子层结构。因此，同位素的化学性质是相同的，但由于它们的中子数不同，这就造成了各原子质量会有所不同，涉及原子核的某些物理性质（如放射性等），也有所不同。一般来说，质子数为偶数的元素，可有较多的稳定同位素，而且通常不少于3个，而质子数为奇数的元素，一般只有一个稳定核素，其稳定同位素从不会多于两个，这是由核子的结合能所决定的。
同位素的发现，使人们对原子结构的认识更深一步。这不仅使元素概念有了新的含义，而且使相对原子质量的基准也发生了重大的变革，再一次证明了决定元素化学性质的是质子数（核电荷数），而不是原子质量数。
同位素示踪法基本原理和特点
同位素示踪法（isotopic tracer method）是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方法，示踪实验的创建者是Hevesy。Hevesy于1923年首先用天然放射性212Pb研究铅盐在豆科植物内的分布和转移。继后Jolit和Curie于1934年发现了人工放射性，以及其后生产方法的建立（加速器、反应堆等），为放射性同位素示踪法的更快的发展和广泛应用提供了基本的条件和有力的保障。
同位素示踪法基本原理和特点
同位素示踪所利用的放射性核素（或稳定性核素）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（如标记食物，药物和代谢物质等）代替相应的非标记化合物。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，稳定性同位素虽然不释放射线，但可以利用它与普通相应同位素的质量之差，通过质谱仪，气相层析仪，核磁共振等质量分析仪器来测定。放射性同位素和稳定性同位素都可作为示踪剂（tracer），但是，稳定性同位素作为示踪剂其灵敏度较低，可获得的种类少，价格较昂贵，其应用范围受到限制；而用放射性同位素作为示踪剂不仅灵敏度，测量方法简便易行，能准确地定量，准确地定位及符合所研究对象的生理条件等特点：
1.灵敏度高
放射性示踪法可测到10-14－10-18克水平，即可以从1015个非放射性原子中检出一个放射性原子。它比目前较敏感的重量分析天平要敏感108-107倍，而迄今最准确的化学分析法很难测定到10-12克水平。
2.方法简便
放射性测定不受其它非放射性物质的干扰，可以省略许多复杂的物质分离步骤，体内示踪时，可以利用某些放射性同位素释放出穿透力强的r射线，在体外测量而获得结果，这就大大简化了实验过程，做到非破坏性分析，随着液体闪烁计数的发展，14C和3H等发射软β射线的放射性同位素在医学及生物学实验中得到越来越广泛的应用。
第一章 医用同位素示踪的基本知识
一 概念
1 放射性示踪（radioactive trace）：利用放射性核素或其标记物作为示踪剂在生物体内外研究各种物质或现象的运动规律。应用辐射检测仪器进行物质动态变化规律的追踪、定位或定量分析。
2 放射性核素（radionuclide）：指可自发地发生核衰变并可发射一定类型和能谱的射线，由一种核衰变成另一种核的核素。例如：61147Pm →β 62 147Sm 。核衰变以其特有的方式和速度进行，不受任何化学和生物作用的影响。
3 同位素（isotope）：具有相同原子序数但质量数不同的核素。如11H，12H，13H。（分为稳定性同位素stability isotope和放射性同位素radioactive isotope）。
4 同质异能素（isomer）：具有相同质量数和原子序数，处于不同核能态的一类核素，处于亚稳态或激发态的原子与其相应的基态原子互称为同质异能素。如99mTc具有的能量高于99Tc。
5 放射性示踪剂（radioactive tracer）：是以放射性为其鉴别特性的示踪剂，它是化合物分子中，同一位置上的稳定同位素的原子被同一元素的放射性同位素的原子所取代，在分子的性质和结构上没有任何变化。
二 核衰变类型（type of radioactive disintegration）：
1.α衰变：原子核放射α粒子的放射性衰变。α粒子即氦原子核（24He）。由2个质子和2个中子组成，带2个正电荷，质量较大。
如 88226Ra → 86222Rn + α + 4.785MeV（衰变能）
2MeV a粒子，空气射程0.01m，软组织中0.01m，体内电离密度6000/mm，行经末端形成Bragg peak。
2.β衰变：原子核放射出β粒子或俘获轨道电子的放射性衰变。分为β-衰变和β+衰变。
（1） β-衰变：是母体原子核一个中子放出一个负电子（e-）而转变为质子。故子体原子序数增加1，但质量数不变。如：1532P → 1632S +β- + v（反中微子）+1.71MeV（衰变能）
稳定碳同位素示踪技术在土壤
有机碳循环中的应用研究
刘 哲1,2,3,4
(1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司,西安710075;2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司,西安710075;
3.自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室,西安710075;4.陕西省土地整治工程技术研究中心,西安710075)
摘要:土壤有机碳库作为生态系统中最重要的碳库,其变化过程对全球生态系统的碳平衡有着直接作用,同时也影响
土壤的质量变化。稳定碳同位素是一种可以精确示踪有机碳在土壤不同粒级团聚体中动态变化和积累过程的天然物
质,能有效探究外源有机碳在土壤、植物及微生物中的运转状况及变化规律,稳定碳同位素示踪技术是当前土壤碳循
环研究领域的一项新技术,在土壤科学研究中也得到了重要的应用。在碳同位素示踪的研究基础上,总结分析了近年
来稳定碳同位素示踪法在陆地生态系统土壤碳循环领域和土壤碳固持方面的一些研究进展,并针对目前研究中存在
的问题进行了概况总结。
关键词:稳定碳同位素技术;有机碳循环;土壤有机碳;土壤团聚体
APPLICATIONOFSTABLECARBONISOTOPETECHNIQUEINTHERESEARCHOF
ORGANICCARBONCYCLING
LiuZhe1,2,3,4
(1.ShaanxiProvincialLandEngineeringConstructionGroupCo.,Ltd,Xi′an710075,China;2.InstituteofLandEngineering
andTechnology,ShaanxiProvincialLandEngineeringConstructionGroupCo.,Ltd,Xi′an710075,China;
3.KeyLaboratoryofDegradedandUnusedLandConsolidationEngineering,theMinistryofNaturalResources,Xi′an710075,China;
