放射性核素的制备专家讲座.pptx

第第9章章 放射性核素制备放射性核素制备及其应用及其应用 伴随核反应堆、加速器等核设施快速发展，放射性核素在工业、农业、国防、环境保护和医药等领域得到了广泛应用。到当前为止已被利用放射性核素有200余种放射性标识化合物已到达数千种。9.1 放射性核素制备 迄今为止已发觉放射性核素有2800种，其中惯用有200各种。它们分为两大类：天然放射性核素，238U、232Th、226Ra、210Po 人工放射性核素，经过反应堆、加速器进行核反应，乏燃料后处理等，239Pu、239Np、131I等。放射性核素的制备第1页主要用于：国防上可用于制造核武器和核潜艇燃料元件等；工业上可用于做辐射源，制成各种放射性检测和控制仪表；农业上可用于辐射育种、辐射灭菌和辐射保鲜等；医学上可用于诊疗、治疗、医学研究和辐射灭菌等。放射性核素的制备第2页（1）反应堆生产放射性核素 反应堆是一个强大中子源，其中子通量普通为10101013cm-2s-1，可经过反应堆(n,)、(n,p)、(n,f)及(n,)反应和次级核反应来生产放射性核素。(n,)、(n,p)反应所需中子能量较高，在热中子反应堆中，反应截面都很小，仅少数几个轻元素（6Li、14N、32S、35Cl）可发生这类反应。因为这两种反应产核与靶核分属不一样元素，故可用化学分离方法制得无载体放射性核素，如32S(n,p)32P。(n,f)反应，裂变反应，可产生大量裂变产物，是放射性核素主要起源之一，如233U、235U、239Pu 裂变反应。(n,)反应生产放射性核素含有产额高成本低等优点而被广泛采取。产核和靶核是同位素而难以用化学方法分离，因而产品比活度受到限制。放射性核素的制备第3页（2）加速器生产放射性核素 加速器有盘旋加速器、静电加速器、高压加速器、直线加速器等。用盘旋加速器因为能量适中，流量足够而被惯用，加速粒子轰击靶可引发(p,n)、(p,)、(d,n)、(d,2n)、(d,)、(,n)、(,2n)等核反应。加速器生产放射性核素有以下特点：核反应产核和靶核普通是不一样元素，所以可用化学法分离，从而取得放射性纯度和比活度都很高放射性核素；可生产反应堆不能生产缺中子放射性核素，其衰变多为EC或发射正电子，用于医疗诊疗；因为(n,)反应截面低，反应堆无法生产碳、氮、氧等轻元素，即使能生产，其半衰期不是太长，就是太短，不适合于医用。而加速器能方便产生11C、13N等核素。放射性核素的制备第4页（3）从乏燃料后处理中提取放射性核素 反应堆乏燃料是提取放射性核素主要原料。这些放射性核素都集中在后处理厂高放废液和废气中。（4）制备放射性核素其它方法 1）放射性核素发生器，是一个能够定时从放射性母体核素中分离出放射性子体核素装置，其母体核素半衰期较长，子体核素半衰期较短，母体与子体易到达平衡；2）用放射性同位素中子源照射来取得微量放射性核素；3）用热核中子闪曝合成超铀元素。放射性核素的制备第5页9.2 放射性核素示踪法（1）放射性核素示踪法普通原理及特点原理：是利用放射性核素作为示踪原子，经过放射性测量以显示其存在位置、数时及其转变过程，从而跟踪观察研究对象运动改变情况。特点：灵敏度高，检测限可达10-1510-13g；测量方法简便；能揭示原子、分子运动规律及其它方法难以发觉规律。放射性核素的制备第6页（2）放射性核素示踪法1）简单示踪法 将放射性核素机械地结合或附着于研究对象上，然后经过探测放射性来观察研究对象运动情况。2）物理混合示踪法 将放射性核素与研究对象充分进行物理混合，然后经过测量放射性活度改变来搞清研究对象行为和质性。如稀释测定法。3）标识化合物示踪法 依据放射性核素与其稳定同位素除了同位素效应外在化学和生物学性质上完全相同前提下，利用放射性标识化合物对同类化合物进行示踪。放射性核素的制备第7页（3）放射性示踪剂选择 从试验目标和试验财周期长短来考虑放射性示踪核素半衰期；辐射类型和能量，用作示踪剂主要是和放射性核素；比活度，放射性示踪剂比活度必须足够高，要求测量时样品中活度最少大于本底计数率标准偏差3倍。放射性核素的制备第8页9.3 放射性核素在医学、生物学中应用（1）放射性药品及其应用 放射性药品是指在医学上使用含有放射性核素化合物或生物物质统称。依据其临床应用目标不一样可分为两类：1）治疗用放射性药品；2）诊疗用放射性药品。放射性核素的制备第9页放射性药品除了符合药品普通要求外，还需满足以下要放射性药品除了符合药品普通要求外，还需满足以下要求求：放射性核素及其衰变产物应对机体基本无害，且轻易从体内廓清；半衰期较短，降低对机体辐射损伤；有较高化学纯度，放射性纯度和放化纯度，降低毒副作用；有适宜于探测射线，普通为射线，能量在100300keV；有适宜比活度。放射性核素的制备第10页（2）放射免疫技术 放射免疫包含放射免疫分析法(RIA)、放射免疫显像(RII)和放射免疫治疗(RIT)。1）放射免疫分析法是将免疫反应与放射性核素示踪技术相结合一个体外测定方法。原理：利用放射性核素标识抗原(*Ag)和试样中非标识抗原(Ag)在与特异抗体(Ab)结合成抗原-抗体复合物(*Ag-Ab和Ag-Ab)过程中，二者发生竞争性反应：当*Ag和Ab量固定时，若样品中Ag（待测物质）含量增高，则*Ag被稀释程度就增加，*Ag-Ab和后成量就降低。只要将未结合*Ag与*Ag-Ab分离，并分别测定它们活度，即可从*Ag-Ab结合百分率与Ag浓度标准竞争曲线上出样品中Ag含量。放射性核素的制备第11页放射性核素的制备第12页放射性核素的制备第13页2)放射免疫显像和放射免疫治疗 是利用放射性核素标识McAb含有特异免疫反应，可定位到某种肿瘤上，从而可将其作为诊疗和治疗癌症一个有交方法。人源化McAb替换鼠性McAb；99Tcm、111In替换131I。使此两项技术得到快速发展。放射性核素的制备第14页（3）自放射显影技术 自放射显影技术是从本上个世纪20年代初开始发展起来一个测定放射性示踪核素方法，它利用放射性物质产生射线使核乳胶感光，依据其感光部位及强度来统计、检验和测量样品中放射性物质分布和数量。我国著名科学家钱三强、何泽慧等人就是利用核乳胶技术发觉了重原子核三分裂与四分裂现象。放射性核素的制备第15页9.4 放射性核素在其它领域中应用（1）放射性同位素在化学研究中应用 在化学研究中，经过追踪同位素标识原子在化学过程中运动、分配和转移情况来区分物质运动、分配和转变规律。主要用于以下几方面：对分子重排反应机理研究；对反应动力学研究；应用于一些物理化学常数测定，如平衡常数、分配系数、微溶物质溶解度、难挥发物质蒸汽压、晶体比表面等测定。放射性核素的制备第16页（2）放射性同位素在工业中应用 放射性同位素在工业中有着广泛应用，它已应用于化工、冶金、石油等领域。化工：放射性同位素可用作辐射加工、示踪剂；冶金：研究非金属杂质起源、金属凝固过程等及活化分析一些金属含量；石油；中子测井技术等；利用放射性同位素还可制成各种检测和控制仪表。放射性核素的制备第17页9.5放射分析技术及其应用（1）同位素稀释法 同位素稀释分析法是将待测元素与放射性同位素示踪剂充分混合，然后分离出一部分纯净待测样品，测其比活度，由比活度改变来算出待测元素含量。这种方法惯用来测定不易分离组份含量。有正稀释法、反稀释法及亚化学计量稀释法。放射性核素的制备第18页1）正稀释法 也称直接稀释法。它是将一个比活度和质量已知放射性核素或其标识化合物作为标准物加到含该放射性核素稳定同位素或其化合物待测物中，混合均匀后分离提出其中一部分，然后测其比活度。mx=m0(s0/sd-1)M0、mx分别为引入标准物和待测物质量；s0、sd分别为标准物和稀释后化合物比活度。当mx M0时，放射性核素的制备第19页2）反稀释法 是将一个质量为M0稳定同位素加到含有其放射性同位素（比活度为s0）待测样品之中，混合均匀后分离提纯一部分化合物，再测其比活度sd，并由此计算出待测样品中原有放射性同位素质量mx：放射性核素的制备第20页例 用反稀释法稀释含137Cs待测样品，已知137CsT1/2为30.17a，K值为1.321016，将质量为10mg铯稳定同位素加到待测样品中，混合均匀后分离提纯一部分混合物，测其比活度 ，则待测样品中137Cs质量为多少mg？放射性核素的制备第21页解：放射性核素的制备第22页3）亚化学计量稀释法 反应式：A+BAB 式中，A为被分离或分析对象，B是为了分离或分析而加入试剂。当B试剂相对于A来说化学计量不足时（A B），即为亚化学计量。使用该方法做为定量分析方法,要满足两个条件：1 分离试剂必须定量地消耗在所测定元素上；2 必须采取某种分离方法使被测元素已经反应部分与还未反应部分分离开来。放射性核素的制备第23页 对于放射分析来说，亚化学计量稀释法即用少于化学计算量两份相等分离试剂，分别从放射性标准物溶液和从经过同位素稀释后样品溶液中分离出质量相等化合物，这么它们比活度之比 就等于其活度之比 ，则9.2式就可改为：同位素稀释法最大优点是不需定量分离被测物，这可防止在分离提纯过程中因为化合物回收率低而造成误差。放射性核素的制备第24页 例题：用亚化学计量进行测定时，已知引入标准物质量为30.0mg，从放射性标准溶液中和从经同位素稀释后样品中分离提纯化合物放射性计数分别为1200和60cpm，求待测物质量为多少？M0=30.0mg,A0=1200cpm,Ad=60cpm mx=m0(A0/Ad-1)=30.0(1200/60-1)=570.0mg放射性核素的制备第25页（2）活化分析法 是经过核反应，把原来没有放射性或放射性不易被测量样品中被测核素变成含有特征放射性产物，然后能够经过测定其射线能量和半衰期进行定性判定，经过测定射线强度作定量分析。分两步：活化；分析。mx/ms=Nx/Ns1）中子活化分析 测量中子与样品中待测核素发生核反应所产生放射性核素来测定该核素含量一个方法。惯用有热中子活化分析（是以反应堆为中子源，得作(n,)反尖对核素进行活化）快中子活化分析(以同位素中子源、中儿女生器和加速为活化源，利用(n,p)、(n,)、(n,2n)等核反应进行活化)。放射性核素的制备第26页2）带电粒子活化分析 测量带电粒子与样品中待测核素发生核反应所产生放射性核素来测定元素含量一个方法。3）活化分析应用 活化分析已成功地应用于生命科学。用于测量微量元素等。（3）X射线荧光分析法 有波长色散和能量色散两种方式。能量色散X射线荧光分析法是利用一定能量粒子使样品中待测元素原子激发，并发出特征X射线荧光，然后依据不一样元素发出特征X射线能量不一样，且元素含量与X射线强度在一定条件下成正比原理，经过X射线谱仪测量其能谱和强度，可确定待测元素种类和含量。放射性核素的制备第27页 例 在活化分析中，含微量氯物质在1012中子/（cm2s）通量密度下辐照5h，辐照结束5h后，测得38Cl活度为2.33104Bq，则LiCl中氯含量为多少g？已知其核反应式为：37Cl（n，）38Cl ，38Cl半衰期T1/2为37.2min，37Cl丰度H为24.23%，氯平均分子量 为35.453，阿佛加德罗常数L=6.021023/mol,ln2=0.693，反应截面为0.43b，1 b=10-24 cm2。放射性核素的制备第28页解：已知 =1012中子/（cm2s），=0.43b，辐照时间t=5h，冷却时间t=5h，阿佛加德罗常数L=6.021023/mol，丰度H=24.23%，半衰期T1/2=37.2min，=35.453。求氯质量mm=3.5510-3g放射性核素的制备第29页