放射性同位素的观察需要哪些仪器

『壹』 放射性同位素的基础知识

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206.08，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F.W.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。
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。 放射性同位素（radioisotope）是不稳定的，它会“变”。放射性同位素的原子核很不稳定，会不间断地、自发地放射出射线，直至变成另一种稳定同位素，这就是所谓“核衰变”。放射性同位素在进行核衰变的时候，可放射出α射线、β射线、γ射线和电子俘获等，但是放射性同位素在进行核衰变的时候并不一定能同时放射出这几种射线。核衰变的速度不受温度、压力、电磁场等外界条件的影响，也不受元素所处 状态的影响，只和时间有关。放射性同位素衰变的快慢，通常用“半衰期”来表示。半衰期（half-life）即一定数量放射性同位素原子数目减少到其初始 值一半时所需要的时间。如P(磷)－32的半衰期是14.3天，就是说，假使原来有100万个P(磷)－32原子，经过14.3天后，只剩下50万个了。半衰期越长，说明衰变得越慢，半衰期越短，说明衰变得越快。半衰期是放射性同位素的一特征常数，不同的放射性 同位素有不同的半衰期，衰变的时候放射出射线的种类和数量也不同。
放射性同位素是一个原子核不稳定的原子，每个原子也有很多同位素，每组同位素的原子序虽然是相同，但却有不同的原子量，如果这原子是有放射性的话，它会被称为物理放射性核种或放射性同位素。放射性同位素会进行放射性衰变，从而放射出伽玛射线，和次原子粒子。
化学家和生物学家都把放射性同位素的技术应用在我们的食品、水和身体健康等事项上。不过他们也察觉到危险性，因而制订使用的安全守则。有些放射性同位素是天然存在的，有些则是人工制造的。 放射性同位素放射出的射线碰到各种物质的时候，会产生各种效应，它包括射线对物质的作用和物质对射线的作用两个相互联系的方面。例如，射线能够使照相底片 和核子乳胶感光；使一些物质产生荧光；可穿透一定厚度的物质，在穿透物质的过程 中，能被物质吸收一部分，或者是散射一部分，还可能使一些物质的分子发生电离； 另外，当射线辐照到人、动物和植物体时，会使生物体发生生理变化。射线与物质的 相互作用，对核射线来说，它是一种能量传递和能量损耗过程，对受照射物质来说， 它是一种对外来能量的物理性反应和吸收过程。
各种射线由于其本身的性质不同，与物质的相互作用各有特点。这种特点还常与物质的密度和原子序数有关。α射线通过物质时，主要是通过电离和激发把它的辐射能量转移给物质，其射程很短，一个1兆电子伏（1MeV）的α射线，在空气中的射程 约1.0<厘米，在铅金属中只有23微米（μm），运动 方向会发生改变，产生轫致辐射。轫致辐射是一种连续的电磁辐射，它发生的几率与β射线的能量和物质的原子序数成正比，因此在防护上采用低密度材料，以减少轫致辐射。β射线能被不太厚的铝层等吸收。γ射线的穿透力最强，射程最大，1MeV的r射线 在空气中的射程约有米之远，r射线作用于物质可产生光电效应、康普顿效应和电子对效应，它不会被物质完全吸收，只会随着物质厚度的增加而逐渐减弱。

『贰』 同位素测定需要什么仪器

根据同位素射线来确定检测的仪器常见的氚，碳14标记的化合物可以用液体闪烁计数仪来测定，碘的同位素放射伽玛射线可以用伽玛计数仪来检测，一般来说就是半衰期长的用液闪，短的用伽玛计数仪

『叁』 放射性同位素分析测定技术与方法

要利用放射性同位素体系测定岩石矿物的年龄就必须获得准确的母体、子体的量。由于岩石矿物是几乎含有周期表中83 个自然产出元素的复杂体系,尽管现代分析方法技术能较为精确地分析这些元素的含量,但一方面相对于年龄测定的准确度与精确度的要求来说,含量分析给出的精确度还是非常低的,另一方面这些元素分析给出的结果无法获得有关子体同位素的准确量值。如果微量元素平行样品分析最佳精确度≤10%,在放射性同位素定年中,以埃迪卡拉-寒武纪分界 542Ma 为例,年龄测定误差在±54Ma,那么测定的地质事件可能属于寒武纪/奥陶纪边界或新元代埃迪卡拉纪。显然这种分析误差在放射性同位素定年中是不可接受的。同时自然界一些放射成因子体存在同量异位素,它们叠加在一起将造成对放射成因子体的错误定量。

对岩石矿物的放射性定年,首先须将它们完全分解。对于硅酸盐类矿物一般用氢氟酸+硝酸、硫化物与自然金属类用硝酸或王水、碳酸盐类用盐酸,在聚四氟乙烯密封溶样罐中加热分解。由于即使是优级纯的化学试剂本身也含有一定的杂质元素,为了降低这些杂质元素及其同位素对样品结果的影响,所用试剂均应亚沸蒸馏为超纯试剂。同时因为空气中也含有低浓度的金属元素,实验室的空气需进行过滤并保持较室外环境稍高的压力。所用器皿多由纯石英或聚四氟乙烯制成。完全分解后的样品溶液根据测定对象的不同,要转移到不同的离子交换树脂上将待测元素与其他元素分离开,如 Rb-Sr与其他元素的分离由阳离子交换树脂;Sm-Nd先由阳离子交换树脂与其他元素分离,而后再由涂有己基二乙基磷酸氢 (HDEHP)的聚四氟乙烯粉末柱上由盐酸淋洗将 Sm 与 Nd 分离开;Pb 由氢溴酸加载到阴离子交换树脂上,通过盐酸淋洗与其他元素分离。其他定年系统,依元素化学性质的不同而采用不同的分离方法,如 Re-Os 在 Carius 管中由盐酸、硝酸分解样品,使Os 转化为 OsO₄ 由蒸馏而与 Re 分离;Re 则通过萃取与阳离子交换与其他元素分离(杜安道等,2001;屈文俊等,2003)。

为了准确获得母体、子体元素含量,通过在样品中定量加入人工富集某一同位素的相应元素稀释剂后进行分离测定,这种方法称为同位素稀释法 (陈岳龙等,2005),由这种方法测得的母体、子体元素含量精确度可达千分之几,远较其他分析方法的精确度高。

此外,一些特别的同位素体系可以通过样品先在反应堆中照射,将母体中的某一同位素转换成同量异位素,从而将母体、子体的测定在一次处理中完成。如将钾在反应堆中照射后,其中的³⁹ K 转变为³⁹ Ar,由于在自然界中³⁹ K、⁴⁰ K 的丰度比是恒定的,测定出³⁹ K的含量也就确定了⁴⁰ K的含量。而³⁹ Ar可与⁴⁰ K 的放射成因⁴⁰ Ar 子体在同一体系中完成测定。类似地还有Re-Os体系。

分离纯化后的单个元素要准确获得母体、子体元素的含量及子体中相应同位素的量就必须进行质谱分析。质谱分析就是将纯化后的单一元素加载在质谱计离子源的灯丝上,这种灯丝一般为铼带或钽带,通过增高灯丝电流使加载在其上的被分析元素发生电离形成带电粒子。这些带电粒子通过静电分析系统后到达扇形磁场中,通过磁场将不同质/荷比的粒子分离开,在信号接收端由法拉第杯或光电倍增管、电子倍增器记录不同质/荷比的离子流强度,即可得到相应同位素的量值。其原理如图6-2、式 (6-11)所示。

图6-2 扇形磁场质谱计基本结构示意图

实心圆与空心圆分别代表元素的轻、重同位素

地球化学

式中:r为质荷比为m/e的带电粒子运动半径;H为磁场强度;V为静电分析系统的电压。

质谱计一般发射出来的是正离子,通常称为热离子质谱计 (TIMS)。某些难电离为正离子的元素,如锇,形成氧化物后更容易电离为负离子。这种对负离子进行静电分析的极性与热离子质谱计相反,称为负热离子质谱计 (N-TIMS)。

离子源电离过程中,由于较轻的同位素相对于重同位素具较低的电离能,从而优先电离,造成测定过程随时间轻同位素电离越来越少、重同位素越来越多,这就是仪器测定过程中的同位素分馏效应。这种效应不校正,将会造成同位素分析中高达 1%的不可接受误差。这种分馏效应对于具有三个以上同位素,且其中两个自地球形成以来没有其他因素造成其同位素丰度发生变化的元素,可利用这两个同位素的理论值与实际测定值之间的差别进行分馏校正,称为内部分馏校正。以锶为例,在自然界有⁸⁴ Sr、⁸⁶ Sr、⁸⁷ Sr、⁸⁸ Sr 这 4 个同位素,其中⁸⁷ Sr由⁸⁷ Rb 的衰变而造成丰度有变化,但自地球形成以来⁸⁶ Sr、⁸⁸ Sr 的丰度没有其他因素使其增加或减少,因此⁸⁶ Sr/⁸⁸ Sr 是恒定的,国际上公认值为0.1194。将质谱测量中每次观测到的⁸⁶Sr/⁸⁸Sr比值与0.1194的偏差再除以相应同位素的质量差即可得到分馏因子 (F),即:

地球化学

⁸⁶ Sr、⁸⁸ Sr的质量差为1.996 ,获得⁸⁶ Sr/⁸⁸ Sr的观测值即可计算出单位质量分馏因子F ,由实测的( ⁸⁷ Sr/⁸⁶ Sr) _obs可由式(613)计算出真实的( ⁸⁷ Sr/⁸⁶ Sr) _true ,式中⁸⁶ Sr、⁸⁷ Sr的质量差Δ_mass=1.000。

地球化学

这种分馏校正可使⁸⁷ Sr/⁸⁶ Sr比值的内部分析精确度从大约1%提高到优于0.01%。这种分馏校正方式称为线性规律校正,对于一些更轻的同位素由指数分馏规律校正更为符合实际 (陈岳龙等,2005)。

对铅同位素分析或铷同位素稀释法测定无法使用内部分馏校正,这是因为铅的4 个同位素中有3 个具放射成因组分的影响,而不具固定的同位素比值;而铷只有 2 个同位素,加入稀释剂后这两个同位素的比值不同于天然体系的。在这种情况下,必须使用外部分馏校正。外部校正有两种方法,一是通过标准样品;二是通过加入双稀释剂到样品中达到间接的内部分馏校正。

由于同位素比值可以方便地校正测定过程中的同位素分馏影响,对于式 (6-10)在实际应用过程中均除以相应子体的某一稳定同位素而表示为同位素比值的关系。以 Sr 为例,可以表示为

地球化学

如果一组样品 (3 个以上)是同时形成的且具共同来源,它们形成后直到分析测定时体系始终处于封闭状态,它们在以母体/子体元素某同位素比值为横坐标、放射成因子体同位素/子体元素某同位素比值为纵坐标的图上应形成线性分布,该线性分布的斜率m (=e^λt-1)即可解出这一组样品的年龄,因此称为等时线;截距即为它们共同的初始子体同位素比值。

『肆』 用于测定绝对地质年代的放射性同位素必须具备哪些条件

自然界放射性同位素种类很多，能够用来测定地质年代的必须具备以下条件：
1、具有较长的半衰期，那些在几年或几十年内就蜕变殆尽的同位素是不能使用的；
2、该同位素在岩石中有足够的含量，可以分离出来并加以测定：
3、其子体同位素易于富集并保存下来。
碳-14用的最多。

『伍』 对放射性药物进行质量控制时，主要对哪些方面进行观察和测试

无要求，药品生产质量管理规范（1998年修订）对实验室的要求为：

第二十八条 质量管理部门根据需要设置的检验、中药标本、留样观察以及其它各类实验室应与药品生产区分开。生物检定、微生物限度检定和放射性同位素检定要分室进行。

第二十九条 对有特殊要求的仪器、仪表，应安放在专门的仪器室内，并有防止静电、震动、潮湿或其它外界因素影响的设施。

『陆』 核医学设备包括哪些

核医学设备：

1、核医学影像设备

包括PET（正电子发射计算机断层扫描仪）和SPECT（单光子发射计算机断层扫描仪）两大核医学影像设备，在分子影像学研究中占据着极其重要的地位。其中PET中的PET-CT是最先进的医学影像设备之一。

2、核医学功能检查设备：甲状腺功能仪、肾图仪、多功能仪、骨密度仪。

3、核医学免疫分析设备：γ-计数器、时间分辨、电化学发光、化学发光。

大基医疗：我们的核医学梦还有多远：

北大医院核医学科主任王荣福告诉记者：现在国家开始重视我们自己的核医学了，这说明我们在这方面已经开始起步了，领导人到企业调研考察，实际上是鼓励，也是发出信号，我们要关注支持我们自己的民族产业。

20多年来，大基医疗做得非常不容易，现在国家开始重视了，中国市场这么大，人口这么多，我们有技术有人才，像大基的PET 、PET－CT包括他的智能机器人。

通过从CT的床上转移到PET的床上，技术都很过硬。只有政府如何支持，我觉得任何领域都没有不能打破的神话，西门子的核医学技术是比我们强，但手机当年有诺基亚、摩托罗拉后来又有苹果，我们也有小米，未来拼的不是资本，是创新，创新才是未来的真正拥有者。

以上内容参考：人民网-大基医疗：我们的核医学梦还有多远

『柒』 放射性核素比活度如何检测 用什么仪器 谢谢

用多道伽玛能谱仪分析。能谱仪要用标准源（多能量峰或者混合源）进行能量和效率刻度，刻度源体积、形状和待测样品一致。必要时，效率刻度要符合相加、自吸收等校正。

『捌』 常见的放射性同位素示踪技术有哪些

同位素示踪技术（isotopic tracer technique）是利用放射性同位素或经富集的稀有稳定核素作为示踪剂，研究各种物理、化学、生物、环境和 材料等领域中科学问题的技术。示踪剂是由示踪原子或分子组成的物质。 示踪原子（又称标记原子）是其核性质易于探测的原子。含有示踪原子的 化合物，称为标记化合物。理论上，几乎所有的化合物都可被示踪原子标记。一种原子被标记的化合物，称为单标记化合物；两种原子被标记的化合物，则称为双标记化合物（如2H218O）。

『玖』 使用放射性同位素示踪时,有没有仪器可以直接观测到放射源的运动轨迹

目前应当还没有

『拾』 同位素示踪法用什么仪器

稳定同位素示踪用稳定同位素质谱（IRMS）分析测试；放射性同位素用液相闪烁计数仪分析测试