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同位素稀释法

同位素稀释法 [1] 是一种应用放射性同位素(或稳定同位素)进行化学分析的一种方法。将一定量已知放射性比度(稳定同位素则用比丰度)的同位素或标记化合物加入试样中,与被测物质均匀混和,待交换完全后,再用化学力一法分离出被测元素或化合物,提纯并测定其放射性比度(或比丰度),按其放射性比度(或比丰度)的改变,根据一定的关系式,可计算该元素在试样中的含量。此法优点是不需定量地分离出被测元素或化合物,适用于成分复杂、分离困难的样品分析。同位素稀释法发展到现在,基本上可分为三个阶段:测定放射性比度的同位素稀释;亚计量同位素稀释;亚一超当量通用同位素稀释。

自从海维西(Hevesy) [2] 等于1932年提出同位素稀释法以来,已经按照这种“稀释”原理创建了多种分析方法,并广泛地应用于有机物和无机物的测定。同位素稀释法包括稳定同位素稀释和放射性同位素稀释。前者使用质谱计测量质量变化,后者使用计数器测量放射性比度(单位重量物质中的放射性强度)的变化。前者所用测量仪器贵重,花费的测量时间较长,而能测出的稀释程度较小(灵敏度较低);后者简便易行,灵敏度可达到与活化分析相同,因而后者得到了较广泛泛的应用和较大的发展。

同位素稀释法的优点是避免了复杂混合物体系定量分离、纯化的困难。同位素稀释法发展到现在,基本上可分为三个阶段 [1] :

1.测定放射性比度的同位素稀释;

2.亚计量同位素稀释;

3.亚一超当量通用同位素稀释。

这三个发展阶段不是截然分开的,而是至今仍在交错继续发展。

所用的分离方法,除沉淀法外还有溶剂萃取、离子交换、色谱分离、蒸馏等方法。同位素稀释法的准确度主要取决于:所加指示剂的纯度和比活度、分出待测物的纯度和比活度、指示剂稀释的程度等。

这种方法的最基本的原则是将稳定同位素(测定物或载体)和放射性同位素(指示剂或测定物)充分混合、交换,达到同位素稀释后,分离出部分所测元素(多数情况是其化合物),测定其化学分离产率和放射性(求出放射性比度)。这种方法的计算公式有多种,其中主要有三种 [1] :

设A1为指示剂引入的总放射性;A2为分离出来的放射性(A2<A1);即:w1为指示剂引人的所测元素的重量;wk为试样中原来含有的所测元素(非放射性)de重量;。w2为所测元素被分离出的重量(w2<wk),s1为指示剂的原来的放射性比度;s2为稀释后的放射性比度,s2也是分出部分(w2)的放射性比度。

按以下公式可计算出wk: [3]

所测定的物质是放射性的,加人非放射性载体进行稀释。在核化学研究、裂变产物分析和活化分析中常常应用。设A0为所要求测定的放射性 [3] ;w1为加入的载体量;w2为分离出的载体量(w2<w1);A2为分出部分(w2)的放射性,则

在生物化学研究中常常使用微量标记化合物,需要测定其含量(例如研究代谢作用后的分布),这种情况下的所测标记物的放射性比度是已知的。

设所测物的含量为wk,其放射性比度为s1=A0/wk。w1为所加入的载体量;s2=A0/(wk +w1)为稀释后的放射性比度(可以由分出部分测知),

这种方法常用于生物化学研究中,所测物是放射性的,而且其放射性比度是未知的。

设s1为所测物原有的放射性比度;s2为第一次稀释后的放射性比度,w1(毫克)为第一次载体加入量,


  

由于以上各方法都需要测定放射性比度,其中分出部分的定要应用一般化学分析法。如果能设法避免测定放射性比度这一手续,则一方面可使分析方法简便,另一方面可使同位素稀释法的灵敏度不受善通化学分析法的限制。1957一1958年,弗来米林(Fremilin),阿里阿加(Arriaga)和齐马柯夫分别提出了这种不测定放射性比度的同位素稀释法 [1] 。特别是后者首先提出的应用等量萃取分离的方法,开辟了一个新途径,大大提高了同位素稀释法的分析灵敏冷。自1960年以来,鲁泽卡(Ruzieka)等人进行了系统深人的研究,使这种分析方法得到了相当大的发展,由于这种方法的关键是使用亚计量试剂进行等量分离,所以被命名为亚计量法(subosti-chiolery),现在这个名称已经在国际上被广泛采用。

根据所用分离手段,可以分为以下几种方法:

取甲和乙两份等量放射性同位素溶液,各含待测元素。克,其放射性为Ao,放射性比度为w。将乙溶液加到含x克待测元素的试液中,进行同位素稀释后,其放射性比度为s1。如果从甲和乙(已与试液混合)溶液中分另l]等量沉淀出待测元素w0克,分别测得其放射性为Aa和Ab。

这样的方法就避免了用一般化学法定量,不必求出s1和s2而直接可用放射性Aa和Ab进行计算。但在实脸技术上,定量转移沉淀是比较困难的。

本法基本上有三种方案:

(1)齐马柯夫法

(2)格拉申柯法

(3)双重亚计量同位素稀释法

本法的原理与以上方法类似,只是分离手段不同;一般是在两份试液中加入示踪剂进行同位素稀释以后,再加入等量的亚计量络合剂(例如EDTA儿生成中性或带负电荷的络合物;通过阳离子交换树脂柱,将所测元素等量分离出来;其计算公式与亚计量萃取法相同。

从含有不同量的待测离子的溶液中等量分出很少量的该种离子,必须满足以下三条件:

(1)络合剂的加入量必须小于相应该离子的化学计算量;

(2)络合剂必须与该离子定量反应;

(3)所生成的络合物必须能够很容易地与过剩的待测离子互相分离(这三个条件对亚计量萃取法一也类似适)。

1974年柯拉斯(Klas)等 [1] 人发展了一种称作亚一超当量同位素稀释的新方法;其分析技术是取用两系列试液进行同位素稀释,各加入同量试剂,此试剂的用量对应每份试液中所测元素量,有的是亚当量,有的是超当量,因此称为亚一超当量同位素稀释。通过实脸和数学推算的研究,发现以上所述亚计量同位素稀释只是其中的一种特殊情况。本法原理既可用于直接同位素稀释,又可用于反同位素释;既可用来测定非放射性物质,也可用来测定放射性物质,而具有通用的特征;于是对这种方法又称作通用同位素稀释法。

此法所受的限制主要是化学反应平衡常数和试剂用量。试剂用量太少时,由于实际上不产生反应产物,而不能确定同位素稀释曲线。

同位素稀释法已广泛用于生物化学方面 [4] ,如维生素、抗生素等复杂物质的分析;有机化学方面,如氨基酸、脂肪酸、杀虫剂、聚合物等复杂混合物的分析;无机化学方面,特别是对性质类似不易分离的稀土元素的定量测定 [3]


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