示踪原理和技术课件.ppt

1、第一节第一节 放射性同位素示踪法的基本原理放射性同位素示踪法的基本原理第二节第二节 放射性同位素示踪试验的设计放射性同位素示踪试验的设计第三节第三节 放射性测量样品的采集和制备放射性测量样品的采集和制备第四节第四节 放射性污染的去除放射性污染的去除第五节第五节 放射性废物的处理放射性废物的处理第二章第二章 放射性同位素示踪法放射性同位素示踪法 放射性同位素示踪法放射性同位素示踪法 是指借助示踪原子去追踪该元素或其是指借助示踪原子去追踪该元素或其“标标记记”化合物在生物有机体（试验体系）内化合物在生物有机体（试验体系）内的去向和途径，研究生物体内物质代谢的的去向和途径，研究生物体内物质代谢的规律

2、、作用机理和作用部位等的方法。规律、作用机理和作用部位等的方法。第一节第一节 基本原理基本原理 一、基本依据及特点一、基本依据及特点 （一）依据（一）依据 1、一种元素的同位素具有化学性质的、一种元素的同位素具有化学性质的一致性。一致性。 2、放射性同位素在物理性质上射线的、放射性同位素在物理性质上射线的可测性。可测性。（二）放射性同位素示踪法的特点（二）放射性同位素示踪法的特点 1、优点、优点 （1）灵敏度高灵敏度高： 可测可测10-1810-14 g （2）可以在正常的生理条件下进行研究）可以在正常的生理条件下进行研究 （3）易于）易于分辨原有的和实验加入分辨原有的和实验加入的原子的原子

3、（4） 实验操作手续简便实验操作手续简便 （5）一种不可替代的研究手段）一种不可替代的研究手段 农药中土壤中的农药中土壤中的结合残留结合残留：即用极性与非：即用极性与非极性溶剂连续地彻底地抽提后仍然残留于土极性溶剂连续地彻底地抽提后仍然残留于土壤中的部分。壤中的部分。 有机磷农药一直被认为是在土壤中非残留性有机磷农药一直被认为是在土壤中非残留性农药，但应用农药，但应用1414C-1605C-1605等标记农药施用于土壤等标记农药施用于土壤（浓度为（浓度为1ppm), 281ppm), 28天后取土样，经不同溶剂天后取土样，经不同溶剂系统连续多次地彻底抽提，分别测定抽提出系统连续多次地彻底抽提，

4、分别测定抽提出的量及残留于土壤中的量，结果表明：有机的量及残留于土壤中的量，结果表明：有机磷农药是残留性的。磷农药是残留性的。E. Toby Kiers et al. Reciprocal rewards stabilize cooperation in the mycorrhizal symbiosis. Science, 2011, 330: 880-882 2 2、局限性、局限性 （1 1）放射性示踪剂有放射性。）放射性示踪剂有放射性。 （2 2）有的元素没有合适的放射性同位素可）有的元素没有合适的放射性同位素可供示踪实验。（例：氮元素，供示踪实验。（例：氮元素，12-1812-18 N

5、 N，1313NN：9.96min9.96min） (3) (3) 需特殊的仪器，工作人员必须经培训。需特殊的仪器，工作人员必须经培训。 二、放射性同位素示踪法的应用类型二、放射性同位素示踪法的应用类型 1、研究物质被生物体吸收、运转，以、研究物质被生物体吸收、运转，以及在生物体内的积累、合成和分解等新陈及在生物体内的积累、合成和分解等新陈代谢过程。代谢过程。 2、利用示踪剂与被追踪物质的物理混、利用示踪剂与被追踪物质的物理混合，达到示踪的目的。合，达到示踪的目的。 3、纯粹利用放射性、纯粹利用放射性达到示踪目的达到示踪目的。昆虫的迁飞规律昆虫的迁飞规律 第二节第二节 放射性同位素示踪试验放射

6、性同位素示踪试验 设计设计 一、基本工作程序一、基本工作程序 1 1、按试验研究的目的和任务拟定试验计、按试验研究的目的和任务拟定试验计划和方案；划和方案； 2 2、示踪剂的准备；、示踪剂的准备； 3 3、供试客体的准备和管理；、供试客体的准备和管理； 4 4、示踪剂的引入方法；、示踪剂的引入方法；举例举例5 5、试样的采集和固定；、试样的采集和固定；6 6、试样的制备或目的物的分离提取；、试样的制备或目的物的分离提取；7 7、试样的放射性测量；、试样的放射性测量；8 8、测量数据的处理；、测量数据的处理；9 9、结果、结果 的分析和报告；的分析和报告；1010、清量试验中的用具和废物处理。、

7、清量试验中的用具和废物处理。土壤微生物对植物吸收土壤微生物对植物吸收8989SrSr的影响的影响百喜草百喜草 二、放射性示踪试验设计二、放射性示踪试验设计 （一）应考虑的因素（一）应考虑的因素 1 1、同位素效应、同位素效应 同位素间因原子质量的差异，往往会出同位素间因原子质量的差异，往往会出现理化性质或表现行为的差异，对反应过现理化性质或表现行为的差异，对反应过程产生影响，我们把这种差异及影响称作程产生影响，我们把这种差异及影响称作同位素效应同位素效应。 对于一些轻元素同位素因其相对质量对于一些轻元素同位素因其相对质量差异比较大，所以同位素效应明显，反差异比较大，所以同位素效应明显，反映在同

8、位素的扩散速度及参与化学反应映在同位素的扩散速度及参与化学反应的速度上。的速度上。 例如，已证明小球藻从培养液中摄取例如，已证明小球藻从培养液中摄取氘的速度氘的速度 远低于氕，重水对生物体甚至远低于氕，重水对生物体甚至有毒害作用，能阻止细胞分裂。有毒害作用，能阻止细胞分裂。 2 2、放射性效应、放射性效应 在使用放射性同位素的示踪试验中引入生在使用放射性同位素的示踪试验中引入生物体的放射性同位素就是一个内照射源，物体的放射性同位素就是一个内照射源，会造成一定的生物学效应。会造成一定的生物学效应。 可用以下两种方法检查试验中有无放射可用以下两种方法检查试验中有无放射性效应：性效应： （1 1）以

9、稳定同位素作对照；）以稳定同位素作对照； （2 2）不同剂量的放射性同位素作对照。）不同剂量的放射性同位素作对照。3 3、同位素交换效应、同位素交换效应 同位素的交换效应是在一定条件下同位素的交换效应是在一定条件下经常进行的反应，它可以发生在液体与经常进行的反应，它可以发生在液体与固体之间、固体与气体之间等。固体之间、固体与气体之间等。4、选择合适的标记位置、选择合适的标记位置区别标记原子区别标记原子及标记化合物。及标记化合物。有机磷农药马拉硫磷的分子结构式有机磷农药马拉硫磷的分子结构式PCH3OCH3OSSCHCHCOOC2H5COOC2H5去甲基作用去甲基作用酯键的水解作用酯键的水解作用（

10、二）放射性示踪剂的选择（二）放射性示踪剂的选择 1、半衰期、半衰期 一般试验周期较短的，选用半衰期较一般试验周期较短的，选用半衰期较短的核素作示踪剂；试验周期长的则选半短的核素作示踪剂；试验周期长的则选半衰期长的核素。衰期长的核素。 2、射线类别、射线类别 一般选用放出一般选用放出射线的核素。射线的核素。 3 3、射线能量、射线能量 常用放射性核素的性质：常用放射性核素的性质： 核素核素 半衰期半衰期 射线最大能量射线最大能量 32P 14.3d 1.71MeV 86Rb 18.7d 1.73MeV 14C 5730y 0.155MeV 35S 87.1d 0.167MeV 3H 12.3y

11、0.018MeV 三、示踪剂用量的估算三、示踪剂用量的估算 确定示踪剂用量的二个基本原则：确定示踪剂用量的二个基本原则： （1 1）在试验终了时制得的测样，其计数率）在试验终了时制得的测样，其计数率要高于本底计数率的两倍。要高于本底计数率的两倍。 （2 2）示踪剂用量尽控制最小。）示踪剂用量尽控制最小。 稀释倍数（稀释倍数（D D）的估算可采用逆推法：）的估算可采用逆推法：（1 1）示踪剂在生物体内的稀释程度；）示踪剂在生物体内的稀释程度；（2 2）示踪剂在生物体内分布的不均匀性；）示踪剂在生物体内分布的不均匀性；（3 3）生物体对示踪剂的利用率；）生物体对示踪剂的利用率；（4 4）测量仪器的

12、计数效率；）测量仪器的计数效率；（5 5）时间因素。）时间因素。 示踪剂用量估算举例：示踪剂用量估算举例： 用用32P研究早稻植株从插秧到孕穗期，对研究早稻植株从插秧到孕穗期，对土壤中磷的吸收及其在植株各器官中的分布。土壤中磷的吸收及其在植株各器官中的分布。 试验用盆栽，试验开始时将试验用盆栽，试验开始时将32P标记肥料标记肥料引入土壤，并均匀混合。从插秧到制样测量引入土壤，并均匀混合。从插秧到制样测量约约40天；采样时每盆样品的干重天；采样时每盆样品的干重100克，测克，测样质量为样质量为100mg；磷在植株各器官内分布差；磷在植株各器官内分布差异高低达异高低达5倍。倍。 假设水稻对磷的利用

13、率为假设水稻对磷的利用率为10%, 测量仪器的测量仪器的计数效率为计数效率为10%，本低为，本低为15 cpm。在孕穗。在孕穗期一次性取样，求试验开始时每盆土壤中期一次性取样，求试验开始时每盆土壤中需引入需引入32P的量。的量。 解：解：（1）本底为）本底为15cpm, 计数率高于两倍本底，计数率高于两倍本底，即即100mg样品中不包括本底在内的计数率应为：样品中不包括本底在内的计数率应为：15 cpm 2 = 30cpm;(2) (2) 因为不同器官的样品差异度为因为不同器官的样品差异度为5 5倍；所以倍；所以100mg100mg样品中最低计数率为：样品中最低计数率为： 30 cpm 5 =

14、 150cpm;(3) 100g(3) 100g样品中的总计数率为：样品中的总计数率为： 150cpm 150cpm 1000=1.5 1000=1.5 10105 5cpm;cpm;(4) (4) 仪器的计数效率为仪器的计数效率为10%10%， 100g100g样品中样品中32P32P的放射的放射性活度为：性活度为： 1.5 1.5 10105 5cpm /(60s/m)/10%= 2.5 cpm /(60s/m)/10%= 2.5 10104 4Bq;Bq; (5) (5) 植株对土壤中的磷吸收率仅为植株对土壤中的磷吸收率仅为10%10%，每盆需用，每盆需用放射性为：放射性为： 2.5 2

15、.5 10104 4Bq /10%= 2.5 Bq /10%= 2.5 10105 5Bq Bq ； （6 6）试验周期为）试验周期为4040天，由于天，由于T=14.3dT=14.3d，因此需进，因此需进行时间衰变校正：行时间衰变校正： 由由 A=AA=A0 0 e e- -tt得：得： A A0 0=A e=A ett= 2.5 2.5 10105 5Bq Bq e e( ( 0 0。693/14.3) 693/14.3) 4040 = 1.7 1.7 10106 6Bq Bq 四、放射性衰变校正和示踪剂配制四、放射性衰变校正和示踪剂配制 （一）放射性核素说明书考察（一）放射性核素说明书考

16、察 说明书标明示踪剂的名称、状态、放射性比说明书标明示踪剂的名称、状态、放射性比活度、总活度、体积（或重量）、出厂日期等。活度、总活度、体积（或重量）、出厂日期等。 （二）开瓶、分装及调配（二）开瓶、分装及调配五、将示踪剂引入植物体的方法五、将示踪剂引入植物体的方法 （一）（一）气态放射性示踪剂气态放射性示踪剂引入植物引入植物 （二）通过植物地上部分引入（二）通过植物地上部分引入 （1 1）注射法）注射法 （2 2）叶部引入）叶部引入 （三）通过植物根系引入（三）通过植物根系引入六、放射性示踪试验的管理六、放射性示踪试验的管理 （一）应作特殊标记；（一）应作特殊标记； （二）防止交叉污染；（二

17、）防止交叉污染； （三）实验管理时需注意防护；（三）实验管理时需注意防护； （四）妥善处理放射性废物。（四）妥善处理放射性废物。放射性标志第三节第三节 测量样品采集和制备测量样品采集和制备 一、采集样品的原则一、采集样品的原则（一）代表性（一）代表性（二）避免污染（二）避免污染 注意：样品不要给放射性较强的物质污染注意：样品不要给放射性较强的物质污染或交叉污染。或交叉污染。二、制备样品的方法二、制备样品的方法( (一一) ) 完善的制样方法应满足以下要求完善的制样方法应满足以下要求 1. 1.良好的重现性；良好的重现性； 2. 2. 制备手续简便；制备手续简便； 3. 3. 所得的样品有尽可能

18、高的计数率；所得的样品有尽可能高的计数率； 4. 4. 容易保存，便于复查；容易保存，便于复查； 5. 5. 样品均匀一致，减少误差。样品均匀一致，减少误差。 （二）样品制备方法（二）样品制备方法 1.1.活体样品活体样品 在正常条件下的植物体，不经采样，在正常条件下的植物体，不经采样，用仪器直接进行测量的方法。用仪器直接进行测量的方法。 此法对观察营养物质自土壤进入植物的速此法对观察营养物质自土壤进入植物的速度以及进入植物体后的运转，分配有一定度以及进入植物体后的运转，分配有一定的意义，但误差较大。因此只用于粗略地的意义，但误差较大。因此只用于粗略地定性观察。定性观察。 2. 2. 新鲜样品

19、新鲜样品 新鲜样品采回来后，不经烘干，稍经新鲜样品采回来后，不经烘干，稍经加工即进行测量，方法有：加工即进行测量，方法有： （1 1）打孔法；）打孔法； （2 2）匀浆法。）匀浆法。 此法手续简便，但受生物组织含水量的此法手续简便，但受生物组织含水量的影响较大，只能用于粗略比较。影响较大，只能用于粗略比较。 3.3.干物质样品干物质样品 在在8080烘箱干后的植物样品。用研烘箱干后的植物样品。用研钵粉碎，再烘干后，放入干燥器内冷却，钵粉碎，再烘干后，放入干燥器内冷却，然后准确称取一定量样品。然后准确称取一定量样品。 此法操作简便，准确度适于一般试验要此法操作简便，准确度适于一般试验要求。注意求

20、。注意：（：（1 1）避免交叉污染；）避免交叉污染；（2 2）无限厚与无限薄的概念。无限厚与无限薄的概念。测样质量对试样比活度的影响010002000300000.511.5质量（g）比活度(cpm/g) 4.4.灰分样品灰分样品 将烘干后的植物样品直接置于马福炉将烘干后的植物样品直接置于马福炉中，在一定的高温下，经过中，在一定的高温下，经过2 2 小时以上小时以上灰化，使样品变成灰分，并且要肯定已灰化，使样品变成灰分，并且要肯定已达恒重。最后，称样测定。达恒重。最后，称样测定。 此法优点是可以把较多的样品灰化后一此法优点是可以把较多的样品灰化后一起进行测量，使计数率提高。起进行测量，使计数率

21、提高。 第四节第四节 放射性污染的去除放射性污染的去除 一、污染情况的分类一、污染情况的分类 放射性核素与物质表面的结合情况可能有三种放射性核素与物质表面的结合情况可能有三种现象现象： 1 1） 化学结合化学结合 （2 2） 物理结合（物理结合（3 3） 机械结合机械结合 去除污染时应考虑的因素：去除污染时应考虑的因素： （1 1）被污染的程度；）被污染的程度； （2 2）被污染物体表面的特性。）被污染物体表面的特性。 二、常用的去污剂二、常用的去污剂（一）酸性洗液：（一）酸性洗液：3%3%草酸、盐酸、硫酸等，草酸、盐酸、硫酸等，对放射性物质起溶解作用，主要用于玻璃、陶对放射性物质起溶解作用，

22、主要用于玻璃、陶瓷器皿等的除污染。瓷器皿等的除污染。（二）碱性洗液：（二）碱性洗液：5%5%碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、氢氧化钠、10%10%的氨水等。的氨水等。（三）综合剂或螯合剂：（三）综合剂或螯合剂： 0.5%0.5%乙二胺四醋酸钠，主要用于消除乙二胺四醋酸钠，主要用于消除稀土元素、重金属等的放射性污染。稀土元素、重金属等的放射性污染。（四）氧化剂：（四）氧化剂：（五）稳定同位素溶液（五）稳定同位素溶液（六）复合去污剂（六）复合去污剂 三、去除污染的方法三、去除污染的方法（一）对表面光滑器皿的去污方法（一）对表面光滑器皿的去污方法（二）被放射性溶液大面积污染时（二）被放射性溶液大面积污染时

23、（三）对被放射性粉末污染（三）对被放射性粉末污染（四）皮肤被污染（四）皮肤被污染 1. 1.不能用有机溶剂；不能用有机溶剂；2.2.不用较浓的酸洗；不用较浓的酸洗；3.3.去污时次数不要太多。去污时次数不要太多。第五节第五节 放射性废物的处理放射性废物的处理 原子能科学的发展和应用必然会产生原子能科学的发展和应用必然会产生放射性的废气、废液和废物，统称为放射性的废气、废液和废物，统称为“三三废废”。如果对如果对“三废三废”处理不当，可能会处理不当，可能会造成严重的后果。为了减少辐射危害、保造成严重的后果。为了减少辐射危害、保护环境，对放射性护环境，对放射性“三废三废”必须严格按照必须严格按照国

24、家规定标准，妥善处理。国家规定标准，妥善处理。 一、放射性废气的处理方法一、放射性废气的处理方法 对于低毒性核素的废气如（对于低毒性核素的废气如（1414COCO2 2、H H2 23535S S），浓度不高则排入空气稀释；），浓度不高则排入空气稀释；浓度高则需经过化学试剂吸收，然后再浓度高则需经过化学试剂吸收，然后再排放稀释。排放稀释。 对放射性粉尘或气溶胶则采用过滤对放射性粉尘或气溶胶则采用过滤器收集，收集到的放射性物质按固体废器收集，收集到的放射性物质按固体废物处理。物处理。 二、二、放射性废液的处理方法放射性废液的处理方法 应根据应根据半衰期的长短半衰期的长短和和放射性活度放射性活度分

25、分类贮存处理。类贮存处理。 短半衰期的低放射性废液若其活度在短半衰期的低放射性废液若其活度在国家排放标准以内则可直接排放；如超国家排放标准以内则可直接排放；如超过排放标准，则在贮存池内存放一定时过排放标准，则在贮存池内存放一定时间，降低放射性活度。间，降低放射性活度。 半衰期长而活度不高的则可用普通水稀半衰期长而活度不高的则可用普通水稀释直接排放；若活度较高释直接排放；若活度较高（超过国家排放标（超过国家排放标准）则必须采用浓缩方法，准）则必须采用浓缩方法，浓缩所得再按固浓缩所得再按固体废物处理。具体方法有：体废物处理。具体方法有： （一）蒸发浓缩法（一）蒸发浓缩法 （二）载体使用法：（二）载

26、体使用法： 1. 1. 同晶型共沉淀；同晶型共沉淀；2. 2. 吸附共沉淀；吸附共沉淀；3.3.离子交换法。离子交换法。 三、放射性废物的处理方法三、放射性废物的处理方法 对于对于短半衰期（小于短半衰期（小于1515天）天）的放射性废物，的放射性废物，通常采取贮存放置通常采取贮存放置1010个半衰期后按一般废物处理。个半衰期后按一般废物处理。 对于对于长衰期的放射性废物可以采取埋藏和焚烧长衰期的放射性废物可以采取埋藏和焚烧的方法。埋藏地点应选地下水位低、便于管理的的方法。埋藏地点应选地下水位低、便于管理的地段，埋藏于地段，埋藏于1 1米以下，并要作出明显的标志。焚米以下，并要作出明显的标志。焚烧处理能减少固体废物的体积。烧处理能减少固体废物的体积。