放射性同位素的觀察需要哪些儀器

『壹』 放射性同位素的基礎知識

自19世紀末發現了放射性以後，到20世紀初，人們發現的放射性元素已有30多種，而且證明，有些放射性元素雖然放射性顯著不同，但化學性質卻完全一樣。
1910年英國化學家F.索迪提出了一個假說，化學元素存在著相對原子質量和放射性不同而其他物理化學性質相同的變種，這些變種應處於周期表的同一位置上，稱做同位素。
不久，就從不同放射性元素得到一種鉛的相對原子質量是206.08，另一種則是208。1897年英國物理學家W.湯姆遜發現了電子，1912年他改進了測電子的儀器，利用磁場作用，製成了一種磁分離器（質譜儀的前身）。當他用氖氣進行測定時，無論氖怎樣提純，在屏上得到的卻是兩條拋物線，一條代表質量為20的氖，另一條則代表質量為22的氖。這就是第一次發現的穩定同位素，即無放射性的同位素。當F.W.阿斯頓製成第一台質譜儀後，進一步證明，氖確實具有原子質量不同的兩種同位素，並從其他70多種元素中發現了200多種同位素。到目前為止，己發現的元素有109種，只有20種元素未發現穩定的同位素，但所有的元素都有放射性同位素。大多數的天然元素都是由幾種同位素組成的混合物，穩定同位素約300多種，而放射性同位素竟達1500種以上。
同位素的發現，使人們對原子結構的認識更深一步。這不僅使元素概念有了新的含義，而且使相對原子質量的基準也發生了重大的變革，再一次證明了決定元素化學性質的是質子數（核電荷數），而不是原子質量數。 放射性同位素（radioisotope）是不穩定的，它會「變」。放射性同位素的原子核很不穩定，會不間斷地、自發地放射出射線，直至變成另一種穩定同位素，這就是所謂「核衰變」。放射性同位素在進行核衰變的時候，可放射出α射線、β射線、γ射線和電子俘獲等，但是放射性同位素在進行核衰變的時候並不一定能同時放射出這幾種射線。核衰變的速度不受溫度、壓力、電磁場等外界條件的影響，也不受元素所處 狀態的影響，只和時間有關。放射性同位素衰變的快慢，通常用「半衰期」來表示。半衰期（half-life）即一定數量放射性同位素原子數目減少到其初始 值一半時所需要的時間。如P(磷)－32的半衰期是14.3天，就是說，假使原來有100萬個P(磷)－32原子，經過14.3天後，只剩下50萬個了。半衰期越長，說明衰變得越慢，半衰期越短，說明衰變得越快。半衰期是放射性同位素的一特徵常數，不同的放射性 同位素有不同的半衰期，衰變的時候放射出射線的種類和數量也不同。
放射性同位素是一個原子核不穩定的原子，每個原子也有很多同位素，每組同位素的原子序雖然是相同，但卻有不同的原子量，如果這原子是有放射性的話，它會被稱為物理放射性核種或放射性同位素。放射性同位素會進行放射性衰變，從而放射出伽瑪射線，和次原子粒子。
化學家和生物學家都把放射性同位素的技術應用在我們的食品、水和身體健康等事項上。不過他們也察覺到危險性，因而制訂使用的安全守則。有些放射性同位素是天然存在的，有些則是人工製造的。 放射性同位素放射出的射線碰到各種物質的時候，會產生各種效應，它包括射線對物質的作用和物質對射線的作用兩個相互聯系的方面。例如，射線能夠使照相底片 和核子乳膠感光；使一些物質產生熒光；可穿透一定厚度的物質，在穿透物質的過程 中，能被物質吸收一部分，或者是散射一部分，還可能使一些物質的分子發生電離； 另外，當射線輻照到人、動物和植物體時，會使生物體發生生理變化。射線與物質的 相互作用，對核射線來說，它是一種能量傳遞和能量損耗過程，對受照射物質來說， 它是一種對外來能量的物理性反應和吸收過程。
各種射線由於其本身的性質不同，與物質的相互作用各有特點。這種特點還常與物質的密度和原子序數有關。α射線通過物質時，主要是通過電離和激發把它的輻射能量轉移給物質，其射程很短，一個1兆電子伏（1MeV）的α射線，在空氣中的射程 約1.0<厘米，在鉛金屬中只有23微米（μm），運動 方向會發生改變，產生軔致輻射。軔致輻射是一種連續的電磁輻射，它發生的幾率與β射線的能量和物質的原子序數成正比，因此在防護上採用低密度材料，以減少軔致輻射。β射線能被不太厚的鋁層等吸收。γ射線的穿透力最強，射程最大，1MeV的r射線 在空氣中的射程約有米之遠，r射線作用於物質可產生光電效應、康普頓效應和電子對效應，它不會被物質完全吸收，只會隨著物質厚度的增加而逐漸減弱。

『貳』 同位素測定需要什麼儀器

根據同位素射線來確定檢測的儀器常見的氚，碳14標記的化合物可以用液體閃爍計數儀來測定，碘的同位素放射伽瑪射線可以用伽瑪計數儀來檢測，一般來說就是半衰期長的用液閃，短的用伽瑪計數儀

『叄』 放射性同位素分析測定技術與方法

要利用放射性同位素體系測定岩石礦物的年齡就必須獲得准確的母體、子體的量。由於岩石礦物是幾乎含有周期表中83 個自然產出元素的復雜體系,盡管現代分析方法技術能較為精確地分析這些元素的含量,但一方面相對於年齡測定的准確度與精確度的要求來說,含量分析給出的精確度還是非常低的,另一方面這些元素分析給出的結果無法獲得有關子體同位素的准確量值。如果微量元素平行樣品分析最佳精確度≤10%,在放射性同位素定年中,以埃迪卡拉-寒武紀分界 542Ma 為例,年齡測定誤差在±54Ma,那麼測定的地質事件可能屬於寒武紀/奧陶紀邊界或新元代埃迪卡拉紀。顯然這種分析誤差在放射性同位素定年中是不可接受的。同時自然界一些放射成因子體存在同量異位素,它們疊加在一起將造成對放射成因子體的錯誤定量。

對岩石礦物的放射性定年,首先須將它們完全分解。對於硅酸鹽類礦物一般用氫氟酸+硝酸、硫化物與自然金屬類用硝酸或王水、碳酸鹽類用鹽酸,在聚四氟乙烯密封溶樣罐中加熱分解。由於即使是優級純的化學試劑本身也含有一定的雜質元素,為了降低這些雜質元素及其同位素對樣品結果的影響,所用試劑均應亞沸蒸餾為超純試劑。同時因為空氣中也含有低濃度的金屬元素,實驗室的空氣需進行過濾並保持較室外環境稍高的壓力。所用器皿多由純石英或聚四氟乙烯製成。完全分解後的樣品溶液根據測定對象的不同,要轉移到不同的離子交換樹脂上將待測元素與其他元素分離開,如 Rb-Sr與其他元素的分離由陽離子交換樹脂;Sm-Nd先由陽離子交換樹脂與其他元素分離,而後再由塗有己基二乙基磷酸氫 (HDEHP)的聚四氟乙烯粉末柱上由鹽酸淋洗將 Sm 與 Nd 分離開;Pb 由氫溴酸載入到陰離子交換樹脂上,通過鹽酸淋洗與其他元素分離。其他定年系統,依元素化學性質的不同而採用不同的分離方法,如 Re-Os 在 Carius 管中由鹽酸、硝酸分解樣品,使Os 轉化為 OsO₄ 由蒸餾而與 Re 分離;Re 則通過萃取與陽離子交換與其他元素分離(杜安道等,2001;屈文俊等,2003)。

為了准確獲得母體、子體元素含量,通過在樣品中定量加入人工富集某一同位素的相應元素稀釋劑後進行分離測定,這種方法稱為同位素稀釋法 (陳岳龍等,2005),由這種方法測得的母體、子體元素含量精確度可達千分之幾,遠較其他分析方法的精確度高。

此外,一些特別的同位素體系可以通過樣品先在反應堆中照射,將母體中的某一同位素轉換成同量異位素,從而將母體、子體的測定在一次處理中完成。如將鉀在反應堆中照射後,其中的³⁹ K 轉變為³⁹ Ar,由於在自然界中³⁹ K、⁴⁰ K 的豐度比是恆定的,測定出³⁹ K的含量也就確定了⁴⁰ K的含量。而³⁹ Ar可與⁴⁰ K 的放射成因⁴⁰ Ar 子體在同一體系中完成測定。類似地還有Re-Os體系。

分離純化後的單個元素要准確獲得母體、子體元素的含量及子體中相應同位素的量就必須進行質譜分析。質譜分析就是將純化後的單一元素載入在質譜計離子源的燈絲上,這種燈絲一般為錸帶或鉭帶,通過增高燈絲電流使載入在其上的被分析元素發生電離形成帶電粒子。這些帶電粒子通過靜電分析系統後到達扇形磁場中,通過磁場將不同質/荷比的粒子分離開,在信號接收端由法拉第杯或光電倍增管、電子倍增器記錄不同質/荷比的離子流強度,即可得到相應同位素的量值。其原理如圖6-2、式 (6-11)所示。

圖6-2 扇形磁場質譜計基本結構示意圖

實心圓與空心圓分別代表元素的輕、重同位素

地球化學

式中:r為質荷比為m/e的帶電粒子運動半徑;H為磁場強度;V為靜電分析系統的電壓。

質譜計一般發射出來的是正離子,通常稱為熱離子質譜計 (TIMS)。某些難電離為正離子的元素,如鋨,形成氧化物後更容易電離為負離子。這種對負離子進行靜電分析的極性與熱離子質譜計相反,稱為負熱離子質譜計 (N-TIMS)。

離子源電離過程中,由於較輕的同位素相對於重同位素具較低的電離能,從而優先電離,造成測定過程隨時間輕同位素電離越來越少、重同位素越來越多,這就是儀器測定過程中的同位素分餾效應。這種效應不校正,將會造成同位素分析中高達 1%的不可接受誤差。這種分餾效應對於具有三個以上同位素,且其中兩個自地球形成以來沒有其他因素造成其同位素豐度發生變化的元素,可利用這兩個同位素的理論值與實際測定值之間的差別進行分餾校正,稱為內部分餾校正。以鍶為例,在自然界有⁸⁴ Sr、⁸⁶ Sr、⁸⁷ Sr、⁸⁸ Sr 這 4 個同位素,其中⁸⁷ Sr由⁸⁷ Rb 的衰變而造成豐度有變化,但自地球形成以來⁸⁶ Sr、⁸⁸ Sr 的豐度沒有其他因素使其增加或減少,因此⁸⁶ Sr/⁸⁸ Sr 是恆定的,國際上公認值為0.1194。將質譜測量中每次觀測到的⁸⁶Sr/⁸⁸Sr比值與0.1194的偏差再除以相應同位素的質量差即可得到分餾因子 (F),即:

地球化學

⁸⁶ Sr、⁸⁸ Sr的質量差為1.996 ,獲得⁸⁶ Sr/⁸⁸ Sr的觀測值即可計算出單位質量分餾因子F ,由實測的( ⁸⁷ Sr/⁸⁶ Sr) _obs可由式(613)計算出真實的( ⁸⁷ Sr/⁸⁶ Sr) _true ,式中⁸⁶ Sr、⁸⁷ Sr的質量差Δ_mass=1.000。

地球化學

這種分餾校正可使⁸⁷ Sr/⁸⁶ Sr比值的內部分析精確度從大約1%提高到優於0.01%。這種分餾校正方式稱為線性規律校正,對於一些更輕的同位素由指數分餾規律校正更為符合實際 (陳岳龍等,2005)。

對鉛同位素分析或銣同位素稀釋法測定無法使用內部分餾校正,這是因為鉛的4 個同位素中有3 個具放射成因組分的影響,而不具固定的同位素比值;而銣只有 2 個同位素,加入稀釋劑後這兩個同位素的比值不同於天然體系的。在這種情況下,必須使用外部分餾校正。外部校正有兩種方法,一是通過標准樣品;二是通過加入雙稀釋劑到樣品中達到間接的內部分餾校正。

由於同位素比值可以方便地校正測定過程中的同位素分餾影響,對於式 (6-10)在實際應用過程中均除以相應子體的某一穩定同位素而表示為同位素比值的關系。以 Sr 為例,可以表示為

地球化學

如果一組樣品 (3 個以上)是同時形成的且具共同來源,它們形成後直到分析測定時體系始終處於封閉狀態,它們在以母體/子體元素某同位素比值為橫坐標、放射成因子體同位素/子體元素某同位素比值為縱坐標的圖上應形成線性分布,該線性分布的斜率m (=e^λt-1)即可解出這一組樣品的年齡,因此稱為等時線;截距即為它們共同的初始子體同位素比值。

『肆』 用於測定絕對地質年代的放射性同位素必須具備哪些條件

自然界放射性同位素種類很多，能夠用來測定地質年代的必須具備以下條件：
1、具有較長的半衰期，那些在幾年或幾十年內就蛻變殆盡的同位素是不能使用的；
2、該同位素在岩石中有足夠的含量，可以分離出來並加以測定：
3、其子體同位素易於富集並保存下來。
碳-14用的最多。

『伍』 對放射性葯物進行質量控制時，主要對哪些方面進行觀察和測試

無要求，葯品生產質量管理規范（1998年修訂）對實驗室的要求為：

第二十八條 質量管理部門根據需要設置的檢驗、中葯標本、留樣觀察以及其它各類實驗室應與葯品生產區分開。生物檢定、微生物限度檢定和放射性同位素檢定要分室進行。

第二十九條 對有特殊要求的儀器、儀表，應安放在專門的儀器室內，並有防止靜電、震動、潮濕或其它外界因素影響的設施。

『陸』 核醫學設備包括哪些

核醫學設備：

1、核醫學影像設備

包括PET（正電子發射計算機斷層掃描儀）和SPECT（單光子發射計算機斷層掃描儀）兩大核醫學影像設備，在分子影像學研究中占據著極其重要的地位。其中PET中的PET-CT是最先進的醫學影像設備之一。

2、核醫學功能檢查設備：甲狀腺功能儀、腎圖儀、多功能儀、骨密度儀。

3、核醫學免疫分析設備：γ-計數器、時間分辨、電化學發光、化學發光。

大基醫療：我們的核醫學夢還有多遠：

北大醫院核醫學科主任王榮福告訴記者：現在國家開始重視我們自己的核醫學了，這說明我們在這方面已經開始起步了，領導人到企業調研考察，實際上是鼓勵，也是發出信號，我們要關注支持我們自己的民族產業。

20多年來，大基醫療做得非常不容易，現在國家開始重視了，中國市場這么大，人口這么多，我們有技術有人才，像大基的PET 、PET－CT包括他的智能機器人。

通過從CT的床上轉移到PET的床上，技術都很過硬。只有政府如何支持，我覺得任何領域都沒有不能打破的神話，西門子的核醫學技術是比我們強，但手機當年有諾基亞、摩托羅拉後來又有蘋果，我們也有小米，未來拼的不是資本，是創新，創新才是未來的真正擁有者。

以上內容參考：人民網-大基醫療：我們的核醫學夢還有多遠

『柒』 放射性核素比活度如何檢測 用什麼儀器 謝謝

用多道伽瑪能譜儀分析。能譜儀要用標准源（多能量峰或者混合源）進行能量和效率刻度，刻度源體積、形狀和待測樣品一致。必要時，效率刻度要符合相加、自吸收等校正。

『捌』 常見的放射性同位素示蹤技術有哪些

同位素示蹤技術（isotopic tracer technique）是利用放射性同位素或經富集的稀有穩定核素作為示蹤劑，研究各種物理、化學、生物、環境和 材料等領域中科學問題的技術。示蹤劑是由示蹤原子或分子組成的物質。 示蹤原子（又稱標記原子）是其核性質易於探測的原子。含有示蹤原子的 化合物，稱為標記化合物。理論上，幾乎所有的化合物都可被示蹤原子標記。一種原子被標記的化合物，稱為單標記化合物；兩種原子被標記的化合物，則稱為雙標記化合物（如2H218O）。

『玖』 使用放射性同位素示蹤時,有沒有儀器可以直接觀測到放射源的運動軌跡

目前應當還沒有

『拾』 同位素示蹤法用什麼儀器

穩定同位素示蹤用穩定同位素質譜（IRMS）分析測試；放射性同位素用液相閃爍計數儀分析測試