Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с радиоактивных индикаторов )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Радиоактивный индикатор , радиотрейсер или радиоактивная метка , представляет собой химическое соединение , в котором один или более атомы заменены на радионуклиде так в силе его радиоактивного распада он может быть использован для изучения механизма химических реакций пути отслеживания пути, по которому радиоизотоп следует из реактивов в продукты. Радиоактивная или radiotracing , таким образом , радиоактивная форма изотопной метки .

Радиоизотопы водорода , углерода , фосфора , серы и йода широко используются для отслеживания пути биохимических реакций . Радиоактивный индикатор также может быть использован для отслеживания распределения вещества в пределах естественной системы , такие как клетка или ткань , [1] или в качестве изотопного индикатора потока для отслеживания потока текучей среды . Радиоактивные индикаторы также используются для определения местоположения трещин, созданных гидроразрывом пласта при добыче природного газа. [2]Радиоактивные трассеры образуют основу различных систем визуализации, такие как, ПЭТ , SPECT сканирование и технеций сканирование . Радиоуглеродное датирование использует встречающийся в природе изотоп углерода-14 в качестве изотопной метки .

Методология [ править ]

Изотопы о наличии химического элемента отличаются только массовым числом. Например, изотопы водорода можно записать как 1 H , 2 H и 3 H , с надстрочным индексом слева. Когда атомное ядро изотопа нестабильно, соединения, содержащие этот изотоп, являются радиоактивными . Тритий - это пример радиоактивного изотопа.

Принцип использования радиоактивных индикаторов заключается в том, что атом в химическом соединении заменяется другим атомом того же химического элемента. Однако замещающий атом является радиоактивным изотопом. Этот процесс часто называют радиоактивной маркировкой. Сила техники заключается в том, что радиоактивный распад гораздо более энергичен, чем химические реакции. Следовательно, радиоактивный изотоп может присутствовать в низкой концентрации, и его присутствие обнаруживается чувствительными детекторами излучения, такими как счетчики Гейгера и сцинтилляционные счетчики . Жорж де Хевеши получил Нобелевскую премию по химии 1943 года. «За работу по использованию изотопов в качестве индикаторов при изучении химических процессов».

Есть два основных способа использования радиоактивных индикаторов.

  1. Когда химическое соединение с меткой подвергается химическим реакциям, один или несколько продуктов содержат радиоактивную метку. Анализ того, что происходит с радиоактивным изотопом, дает подробную информацию о механизме химической реакции.
  2. Радиоактивное соединение вводится в живой организм, и радиоизотоп предоставляет средства для построения изображения, показывающего, каким образом это соединение и продукты его реакции распределяются по организму.

Производство [ править ]

Обычно используемые радиоизотопы имеют короткий период полураспада и поэтому не встречаются в природе. Они производятся ядерными реакциями . Одним из наиболее важных процессов является поглощение нейтрона ядром атома, при котором массовое число соответствующего элемента увеличивается на 1 для каждого поглощенного нейтрона. Например,

13 С + п → 14 С

В этом случае атомная масса увеличивается, но элемент не изменяется. В других случаях ядро ​​продукта нестабильно и распадается, обычно испуская протоны, электроны ( бета-частицы ) или альфа-частицы . Когда ядро ​​теряет протон, атомный номер уменьшается на 1. Например,

32 S + n → 32 P + p

Облучение нейтронами осуществляется в ядерном реакторе . Другой основной метод синтеза радиоизотопов - бомбардировка протонами. Протон ускоряется до высоких энергий либо в циклотроне, либо в линейном ускорителе . [3]

Изотопы-индикаторы [ править ]

Водород [ править ]

Тритий получают нейтронным облучением 6 Li.

6 Li + n → 4 He + 3 H

Тритий имеет период полураспада 4500 ± 8 дней (приблизительно 12,32 года) [4] и распадается в результате бета-распада . Полученные электроны имеют среднюю энергию 5,7 кэВ. Поскольку испускаемые электроны имеют относительно низкую энергию, эффективность обнаружения сцинтилляционным счетом довольно низкая. Однако атомы водорода присутствуют во всех органических соединениях, поэтому тритий часто используется в качестве индикатора в биохимических исследованиях.

Углерод [ править ]

11 C распадается из-за испускания позитронов с периодом полураспада ок. 20 мин. 11 C - один из изотопов, часто используемых в позитронно-эмиссионной томографии . [3]

14 C распадается в результате бета-распада с периодом полураспада 5730 лет. Он постоянно вырабатывается в верхних слоях атмосферы Земли, поэтому в окружающей среде он присутствует на незначительном уровне. Однако использовать 14 C вприродедля исследований индикаторовнепрактично. Вместо этого его получают нейтронным облучением изотопа 13 C, который в природе встречается в углероде на уровне около 1,1%. 14 C широко используется для отслеживания продвижения органических молекул через метаболические пути. [5]

Азот [ править ]

13 N распадается из-за испускания позитронов с периодом полураспада 9,97 мин. Он образуется в результате ядерной реакции.

1 H + 16 O → 13 N + 4 He

13 N используется в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ-сканирование).

Кислород [ править ]

15 O распадается из-за испускания позитронов с периодом полураспада 122 сек. Используется в позитронно-эмиссионной томографии.

Фтор [ править ]

18 F распадается преимущественно за счет β-излучения с периодом полураспада 109,8 мин. Егополучаютпротонной бомбардировкой 18 O в циклотроне или линейном ускорителе частиц . Это важный изотоп в радиофармацевтической промышленности. Например, он используется для изготовления меченой фтордезоксиглюкозы (ФДГ) для применения при сканировании ПЭТ. [3]

Фосфор [ править ]

32 P получается нейтронной бомбардировкой 32 S

32 S + n → 32 P + p

Он распадается бета-распадом с периодом полураспада 14,29 дня. Он обычно используется для изучения фосфорилирования белков киназами в биохимии.

33 Р выполнен в относительно низкого выхода пути нейтронной бомбардировки 31 P . Он также является бета-излучателем с периодом полураспада 25,4 дня. Хотя они дороже 32 P , испускаемые электроны менее энергичны, что позволяет лучше разрешать, например, при секвенировании ДНК.

Оба изотопа полезны для мечения нуклеотидов и других видов, содержащих фосфатную группу.

Сера [ править ]

35 S получается нейтронной бомбардировкой 35 Cl

35 Cl + n → 35 S + p

Он распадается в результате бета-распада с периодом полураспада 87,51 дня. Он используется для маркировки серосодержащих аминокислот метионина и цистеина . Когда атом серы заменяет атом кислорода в фосфатной группе на нуклеотиде, образуется тиофосфат , поэтому 35 S также можно использовать для отслеживания фосфатной группы.

Технеций [ править ]

Основная статья: технеций-99m

99m Tc - очень универсальный радиоизотоп и наиболее часто используемый радиоизотопный индикатор в медицине. Это легко производить в генераторе технеция-99m , при распаде 99 Мо .

99 Mo → 99m Tc +
е-
 +
ν
е

Изотоп молибдена имеет период полураспада примерно 66 часов (2,75 дня), поэтому срок службы генератора составляет около двух недель. В большинстве коммерческих генераторов 99m Tc используется колоночная хроматография , в которой 99 Mo в форме молибдата, MoO 4 2- адсорбируется на кислой глиноземе (Al 2 O 3 ). Когда 99 Mo распадается, он образует пертехнетат TcO 4 - , который из-за своего единственного заряда менее прочно связан с оксидом алюминия. Пропускание физиологического раствора через колонку с иммобилизованным 99 Mo элюирует растворимый 99mTc , в результате чего получают физиологический раствор, содержащий 99m Tc в виде растворенной натриевой соли пертехнетата. Пертехнетат обрабатывают восстановителем, таким как Sn 2+, и лигандом . Различные лиганды образуют координационные комплексы, которые придают технецию повышенное сродство к определенным участкам человеческого тела.

99m Tc распадается под действием гамма-излучения с периодом полураспада: 6,01 часа. Короткий период полураспада обеспечивает эффективное снижение концентрации радиоизотопа до нуля в течение нескольких дней.

Йод [ править ]

Основная статья: Изотопы йода

123 I получают протонным облучением 124 Xe . Цезия изотопа производится нестабилен и распадается на 123 I . Изотоп обычно поставляется в виде йодида и гипойодата в разбавленном растворе гидроксида натрия с высокой изотопной чистотой. [6] 123 I также был получен в Национальных лабораториях Ок-Ридж путем бомбардировки протонами 123 Te . [7]

123 I распадается в результате захвата электрона с периодом полураспада 13,22 часа. Испускаемое гамма-излучение 159  кэВ используется в однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ). Также излучается гамма-излучение 127 кэВ.

125 I часто используется в радиоиммуноанализах из-за его относительно длительного периода полураспада (59 дней) и способности обнаруживаться с высокой чувствительностью с помощью счетчиков гамма-излучения. [8]

129 I присутствует в окружающей среде в результате испытаний ядерного оружия в атмосфере. Он также был произведен во время катастроф в Чернобыле и Фукусиме . 129 I распадается с периодом полураспада 15,7 миллионов лет с низкоэнергетическим бета- и гамма- излучением. Он не используется в качестве индикатора, хотя его присутствие в живых организмах, включая людей, можно охарактеризовать путем измерения гамма-лучей.

Другие изотопы [ править ]

Основная статья: радиофармакология

Многие другие изотопы использовались в специализированных радиофармакологических исследованиях. Наиболее широко используется 67 Ga для сканирования галлия . 67 Ga используется потому, что, как и 99m Tc , он является эмиттером гамма-излучения, и к иону Ga 3+ могут быть присоединены различные лиганды , образуя координационный комплекс, который может иметь селективное сродство к определенным участкам человеческого тела.

Обширный список радиоактивных индикаторов, используемых при гидроразрыве пласта, можно найти ниже.

Заявление [ править ]

См. Также: Ядерная медицина , Список радиоактивных индикаторов ПЭТ и Радионуклиды, связанные с гидроразрывом пласта.

В исследованиях метаболизма тритий и глюкоза, меченная 14 C , обычно используются в зажимах для измерения глюкозы для измерения скорости поглощения глюкозы , синтеза жирных кислот и других метаболических процессов. [9] В то время как радиоактивные индикаторы иногда все еще используются в исследованиях на людях, индикаторы стабильных изотопов, такие как 13 C , чаще используются в текущих исследованиях клещей на людях. Радиоактивные индикаторы также используются для изучения метаболизма липопротеинов у людей и экспериментальных животных. [10]

В медицине индикаторы применяются в ряде тестов, таких как 99m Tc в авторадиографии и ядерной медицине , включая однофотонную эмиссионную компьютерную томографию (ОФЭКТ), позитронно-эмиссионную томографию (ПЭТ) и сцинтиграфию . В дыхательном тесте с мочевиной на Helicobacter pylori обычно использовалась доза меченой 14 C мочевины для обнаружения h. pylori. Если меченая мочевина метаболизируется h. pylori в желудке, дыхание пациента будет содержать меченый углекислый газ. В последние годы использование веществ, обогащенных нерадиоактивным изотопом 13C стал предпочтительным методом, позволяющим избежать воздействия на пациента радиоактивности. [11]

При гидроразрыве пласта изотопы радиоактивных индикаторов вводятся вместе с жидкостью гидроразрыва пласта для определения профиля закачки и местоположения созданных трещин. [2] Индикаторы с разным периодом полураспада используются для каждой стадии гидроразрыва пласта. В Соединенных Штатах количество радионуклида на одну инъекцию указано в рекомендациях Комиссии по ядерному регулированию США (NRC). [12] Согласно NRC, некоторые из наиболее часто используемых индикаторов включают сурьму-124 , бром-82 , йод-125 , йод-131 , иридий-192 и скандий-46 . [12]В 2003 году публикации по Международному агентству по атомной энергии подтверждает частое использование большинства вышеупомянутых индикаторов, и говорит , что марганец-56 , натрий-24 , технеций-99m , серебро-110m , аргон-41 и ксенона-133 также используется широко, потому что их легко идентифицировать и измерить. [13]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ренни MJ (ноябрь 1999). «Введение в использование индикаторов в питании и обмене веществ» . Труды общества питания . 58 (4): 935–44. DOI : 10.1017 / S002966519900124X . PMID  10817161 .
  2. ^ a b Рейс, Джон К. (1976). Экологический контроль в нефтяной инженерии. Gulf Professional Publishers.
  3. ^ a b c Fowler JS и Wolf AP (1982) Синтез радиоактивных индикаторов, меченных углеродом-11, фтором-18 и азотом-13, для биомедицинских применений. Nucl. Sci. Сер. Natl Acad. Sci. Natl Res. Совет Моногр. 1982 г.
  4. ^ Лукас LL, Unterweger MP (2000). «Всесторонний обзор и критическая оценка периода полураспада трития» (PDF) . Журнал исследований Национального института стандартов и технологий . 105 (4): 541–9. DOI : 10,6028 / jres.105.043 . PMC 4877155 . PMID 27551621 . Архивировано из оригинального (PDF) 17 октября 2011 года.   
  5. ^ Kim SH, Келли PB, Clifford AJ (апрель 2010). «Расчет радиационного облучения при использовании (14) C-меченых питательных веществ, пищевых компонентов и биофармацевтических препаратов для количественной оценки метаболического поведения человека» . Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 58 (8): 4632–7. DOI : 10.1021 / jf100113c . PMC 2857889 . PMID 20349979 .  
  6. ^ I-123 информационный бюллетень [ постоянная мертвая ссылка ]
  7. ^ Hupf HB, Элдридж JS, Beaver JE (апрель 1968). «Производство йода-123 для медицинского применения». Международный журнал прикладной радиации и изотопов . 19 (4): 345–51. DOI : 10.1016 / 0020-708X (68) 90178-6 . PMID 5650883 . 
  8. ^ Gilby ED, Jeffcoate SL, Edwards R (июль 1973). «125-йодные индикаторы для стероидного радиоиммуноанализа». Журнал эндокринологии . 58 (1): хх. PMID 4578967 . 
  9. ^ Kraegen EW, Дженкинс AB, Storlien LH, Чишолй DJ (1990). «Изучение индикаторов in vivo действия инсулина и метаболизма глюкозы в отдельных периферических тканях». Гормоны и метаболические исследования. Дополнение к серии . 24 : 41–8. PMID 2272625 . 
  10. ^ Magkos F, Sidossis LS (сентябрь 2004). «Измерение кинетики триглицеридов липопротеинов очень низкой плотности у человека in vivo: насколько на самом деле различны различные методы». Текущее мнение о клиническом питании и метаболическом лечении . 7 (5): 547–55. DOI : 10.1097 / 00075197-200409000-00007 . PMID 15295275 . S2CID 26085364 .  
  11. Перейти ↑ Peeters M (1998). «Дыхательный тест на мочевину: диагностический инструмент в лечении желудочно-кишечных заболеваний, связанных с Helicobacter pylori». Acta Gastro-Enterologica Belgica . 61 (3): 332–5. PMID 9795467 . 
  12. ^ a b Whitten JE, Courtemanche SR, Jones AR, Penrod RE, Fogl DB, Отдел промышленной и медицинской ядерной безопасности, Управление безопасности и гарантий ядерных материалов (июнь 2000 г.). «Сводное руководство по лицензиям на материалы: Руководство для конкретной программы по лицензиям на каротаж, трассеры и полевые исследования паводков (NUREG-1556, том 14)» . Комиссия по ядерному регулированию США . Проверено 19 апреля 2012 года . маркированный песок ГРП ... СК-46, Бр-82, Аг-110м, Сб-124, Ир-192
  13. ^ Радиационная защита и обращение с радиоактивными отходами в нефтегазовой промышленности (PDF) (Отчет). Международное агентство по атомной энергии. 2003. С. 39–40 . Проверено 20 мая 2012 года . Бета-излучатели, включая 3 H и 14 C, могут использоваться, когда возможно использовать методы отбора проб для обнаружения присутствия радиоактивного индикатора или когда изменения в концентрации активности могут использоваться в качестве индикаторов интересующих свойств в системе. Гамма-излучатели, такие как 46 Sc, 140 La, 56 Mn, 24 Na, 124 Sb, 192 Ir, 99 Tc m , 131 I, 110 Ag m , 41 Ar и 133 Xe широко используются из-за простоты их идентификации и измерения. ... Чтобы помочь обнаружить любое разливание растворов "мягких" бета-излучателей, в них иногда добавляют гамма-излучатель с коротким периодом полураспада, такой как 82 Br ...

Внешние ссылки [ править ]

Ресурсы библиотеки о
радиоактивных индикаторах
  • Ресурсы в вашей библиотеке
  • Ресурсы в других библиотеках
  • Национальный центр разработки изотопов Ресурсы правительства США для радиоизотопов - производство, распространение и информация
  • Isotope Development & Production for Research and Applications (IDPRA) U.S. Department of Energy program sponsoring isotope production and production research and development