[科普中國]-放射分析

利用放射性核素及核射線對各種元素或化合物進(jìn)行體外分析（主要是定量分析）的各種方法，統(tǒng)稱放射分析。1主要方法有：放射分析法、放射化學(xué)分析、活性分析、激發(fā)X射線熒光分析法、穆斯堡爾共振譜、正電子堙沒法、核磁共振法等。

簡介放射性核素用于分析工作的優(yōu)點(diǎn)：①可以根據(jù)射線的種類及能量在復(fù)雜系統(tǒng)中識(shí)別被測對象，在多數(shù)情況下可大大簡化樣品的提純分離工作；②通過放射性測量來定量，靈敏度很高，探測極限?？杀纫话阄锢?、化學(xué)方法小三至六個(gè)數(shù)量級(jí)。

最早應(yīng)用的一種放射分析是核素稀釋法。它的基本原理是：結(jié)構(gòu)相同的標(biāo)記物與非標(biāo)記物混合后，兩者在分離純化過程中行為相同，標(biāo)記物被稀釋的倍數(shù)可從比放射性下降的倍數(shù)計(jì)算出來，只要知道兩者中任何一個(gè)的量，就可根據(jù)比放射性的變化求出另一者的量。核素稀釋法靈敏度不很高，但由它派生出來的求整體代謝庫的稀釋法及求標(biāo)記物含量的反稀釋法仍有廣泛用途。

由核素稀釋法發(fā)展形成的另一種放射分析技術(shù)是競爭放射分析法。它所用的標(biāo)記物也與被測物結(jié)構(gòu)相同，其工作原理是：使兩者與特異結(jié)合試劑發(fā)生競爭性結(jié)合。被測物越多，結(jié)合物中標(biāo)記物越少，根據(jù)結(jié)合物的放射性可定出被測物的量。這種方法應(yīng)用面廣，靈敏度高，操作簡便，現(xiàn)已成為應(yīng)用最多的放射分析法。

另一些放射分析技術(shù)所用標(biāo)記物結(jié)構(gòu)與被測物不同，它們的工作原理主要是使標(biāo)記物與被測物結(jié)合，最后根據(jù)復(fù)合物的放射性推算被測物的量。結(jié)合反應(yīng)屬一般化學(xué)反應(yīng)者稱為核素衍生物分析法，屬抗原抗體反應(yīng)者稱免疫放射分析法。同樣的原理也用于分析激素的受體及血漿中激素的特異結(jié)合蛋白。把放射性核素的應(yīng)用與酶反應(yīng)結(jié)合起來的放射分析有兩類。一類是利用標(biāo)記底物轉(zhuǎn)化為標(biāo)記產(chǎn)物的速度測定酶的活力，稱為酶的放射分析法。另一類則是以酶和標(biāo)記物為工具，對某些待測物定量，稱為放射酶促分析法。

活化分析法是用中子或帶電粒子轟擊被測樣品，使其中某些元素具有放射性，然后根據(jù)所發(fā)射的射線的性質(zhì)判別元素種類，根據(jù)射線的量求該元素的量。

隨著核物理基本理論及核技術(shù)的發(fā)展，體外放射分析也不斷增添新的內(nèi)容。例如利用穆斯堡爾效應(yīng)可測量含鐵大分子中鐵原子的化學(xué)狀態(tài)及電子組態(tài)在生命過程中的變化，利用擾動(dòng)角關(guān)聯(lián)方法可研究疾病時(shí)液態(tài)生物大分子構(gòu)型的變化。

放射分析技術(shù)的發(fā)展正在引起醫(yī)學(xué)化驗(yàn)及生化技術(shù)的深刻變化。一方面，一些老的技術(shù)正在被放射分析技術(shù)所取代，如很多激素的測定現(xiàn)已大多采用放射免疫分析法；另一方面，許多原來無法測定的微量物質(zhì)正逐漸獲得可靠的測定方法，如體液及組織中的多種稀有元素、環(huán)核苷酸、前列腺素、丘腦下部的激素等。2

簡史20世紀(jì)初，隨著天然放射性的發(fā)現(xiàn)，就開始探索將天然放射性核素用于分析化學(xué)中，以簡化操作、提高分析的靈敏度。1912年G.赫維西等人首次用放射性鉛（210Pb）作指示劑測定鉻酸鉛的溶解度。1925年R.埃倫伯格以放射性鉛（212Pb）作指示劑用沉淀法分析天然鉛。1932年赫維西等人為了測定花崗巖中的微量鉛，在分析樣品之前，向樣品溶液中加入已知比活度的放射性鉛,用同位素稀釋法進(jìn)行鉛的分析,得到滿意的結(jié)果。所有這些都為放射性指示劑在分析化學(xué)中的應(yīng)用提供了條件。隨后在萃取、沉淀、吸附、滴定、蒸發(fā)等分析操作中也得到廣泛的應(yīng)用。1934年F.約里奧－居里和I.約里奧－居里發(fā)現(xiàn)人工放射性，E.費(fèi)密等人又提出在熱中子作用下幾乎所有元素都能感生放射性。1936年赫維西和H.萊維首次利用（n，γ）核反應(yīng)，成功地分析了氧化釔中的鏑和氧化釓中的銪等雜質(zhì)，開辟了活化分析的新領(lǐng)域。隨后，1938年G.T.西博格等人第一次進(jìn)行了帶電粒子活化分析。隨著反應(yīng)堆和各種加速器的建立，多道譜儀的不斷改進(jìn)和微處理機(jī)的推廣運(yùn)用，活化分析得到飛躍的發(fā)展。50年代開始又逐步發(fā)展和完善了利用核現(xiàn)象的微量分析技術(shù)（即核分析技術(shù)）。其中有通過正電子與物質(zhì)相互作用來研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的正電子湮沒技術(shù)、原子核無反沖的γ射線共振吸收──穆斯堡爾效應(yīng)──的應(yīng)用，還有離子束背散射分析、核反應(yīng)分析、溝道效應(yīng)的應(yīng)用和70年代發(fā)展起來的粒子激發(fā) X射線熒光分析等。放射分析化學(xué)由于具有靈敏度高、取樣量小、可以不破壞樣品等優(yōu)點(diǎn)而受到重視并得到迅速發(fā)展。

分析方法放射分析化學(xué)中常用的方法分為兩類：①放射性同位素作指示劑的方法，如放射分析法、放射化學(xué)分析、同位素稀釋法等；②選擇適當(dāng)種類和能量的入射粒子轟擊樣品，探測樣品中放出的各種特征輻射的性質(zhì)和強(qiáng)度的方法，如活化分析、粒子激發(fā) X射線熒光分析、穆斯堡爾譜、核磁共振譜、正電子湮沒和同步輻射等。

放射分析法用放射性核素、放射性標(biāo)記化合物作指示劑，通過測定其放射性來確定待測非放射性樣品含量的分析方法。用在容量分析中的放射分析法叫做放射性滴定。

放射化學(xué)分析利用適當(dāng)?shù)姆椒ǚ蛛x、純化樣品后，通過測定放射性來確定樣品中所含放射性物質(zhì)數(shù)量的技術(shù)。如通過測定天然放射性核素鉀40（半衰期為1.28×109年，豐度為0.111%）的放射性而求鉀含量的方法。 同位素稀釋法 將已知比活度的、與待測物質(zhì)相同的放射性同位素或標(biāo)記化合物，與樣品混合均勻，分離純化其中一部分，測定其比活度。根據(jù)混合前后比活度的改變，即同位素稀釋倍數(shù)來計(jì)算待測物的含量。（見同位素稀釋法、亞化學(xué)計(jì)量分析）

活化分析利用核反應(yīng)使待測樣品中的穩(wěn)定核素轉(zhuǎn)變?yōu)榉派湫院怂睾?，由核反?yīng)截面、粒子注量率、射線能量、半衰期和放射性活度來確定待測物的含量。可分為中子活化分析、帶電粒子活化分析和光子活化分析。活化分析作為高靈敏度核分析技術(shù)，在生物樣品分析和高純材料中微量材料的分析，以及在環(huán)境科學(xué)、考古學(xué)和法醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

激發(fā)X射線熒光分析法當(dāng)α 、β、γ或X射線作用于樣品時(shí)，由于庫侖散射，軌道電子吸收其部分動(dòng)能，使原子處于激發(fā)狀態(tài)。由激發(fā)態(tài)返回基態(tài)時(shí)發(fā)射特征X射線，根據(jù)此特征X射線的能量和強(qiáng)度來分析元素的種類和含量。其靈敏度很高，用途很廣。

穆斯堡爾共振譜即無反沖條件下的核γ射線共振譜。由于分辨能力非常高，對核外電子狀態(tài)的微小變化也能測定，因此可以得到化學(xué)位移、分子內(nèi)的結(jié)合狀態(tài)及分子間相互作用等核外電子的信息。已用于鐵、錫、銪、銩、鉭等的物理、化學(xué)狀態(tài)的分析中。（見穆斯堡爾譜學(xué)）3

正電子湮沒法正電子是電子的反粒子。此法利用正電子的湮沒壽命來研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，如金屬缺陷和各種材料的相變，以及研究溶液中的自由電子和溶劑化電子等。

核磁共振法通過核磁共振光譜特性如化學(xué)遷移、耦合常數(shù)、多重性、吸收峰的寬度和強(qiáng)度以及溫度效應(yīng)，來測定樣品的分子結(jié)構(gòu)，特別是有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu)。

特點(diǎn)放射分析化學(xué)與一般分析化學(xué)比較，有下列特點(diǎn)：基于測量放射性或特征輻射，分析靈敏度高（一般能達(dá)1ppm），準(zhǔn)確度高，分析速度快，方法簡便可靠，取樣量小，有時(shí)還可以不破壞樣品結(jié)構(gòu)等。

各種分析方法都具有其特點(diǎn)和最適分析范圍。同位素稀釋法要有已知比活度的放射性標(biāo)準(zhǔn)，亞化學(xué)計(jì)量法就無此需要；中子活化分析一般對中重元素和部分輕元素分析較為適宜，能分析厚樣品;帶電粒子活化分析和背散射分析主要用于表面分析，其中帶電粒子活化分析對輕元素分析特別適宜，背散射分析則對中重元素較靈敏，X射線熒光分析具有較好的分辨率和探測靈敏度。通常根據(jù)樣品的條件和分析要求，選用合適的分析方法。沒有一種分析方法是全面合適的，有時(shí)需要選用幾種方法組合才能得到滿意的效果。

免疫放射分析的應(yīng)用免疫放射分析是放射免疫分析的一種衍生技術(shù)，1968年首先由Miles和Hales提出用于生血漿胰島素測定。在反應(yīng)體系中用標(biāo)記過量抗體來替代標(biāo)記抗原的一種較靈敏的技術(shù)。只是因?yàn)槊庖叻派浞治鲂枰拇罅靠贵w以及抗體必須固相化等，PcAb未能滿足這一要求而不能推廣。

McAb有較高的特異性，雜交瘤技術(shù)提供了大量McAb，再由于近年來固相技術(shù)的日趨成熟，將McAb與固相載體吸附或偶聯(lián)，另一方面，用125I進(jìn)行McAb標(biāo)記。測定某Ag時(shí)，加入固相抗體和標(biāo)記抗體，形成AgAb*Ag的夾心復(fù)合物，測定其放射性活度，Ag的量與測得的放射性活度成正比。因此McAb的問世為免疫放射分析技術(shù)的發(fā)展提供了條件。

近年來，隨著McAb的擴(kuò)大應(yīng)用，又有所謂免疫工程或雙決定簇免疫放射分析的新發(fā)展，即用一種抗原決定簇的McAb制成固相抗體，另一種McAb用做標(biāo)記物，那么固相MCAb-Ⅰ，被測抗原和125I標(biāo)記McAb-Ⅱ三者形成所謂雙位點(diǎn)或三位點(diǎn)免疫放射分析，其靈敏度和特異性會(huì)有進(jìn)一步提高。例如hCG雙位點(diǎn)免疫分析可在2h內(nèi)準(zhǔn)確測定具有生物活性的完整hCG含量，在快速妊娠試驗(yàn)和絨癌的早期診斷中具有重要意義。4

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張磊 - 副教授 - 西南大學(xué)