Biofyzikální chemie radiometrické metody. Zita Purkrtová říjen - prosinec 2015

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Biofyzikální chemie radiometrické metody. Zita Purkrtová říjen - prosinec 2015"

Lubomír Veselý
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Biofyzikální chemie radiometrické metody Zita Purkrtová říjen - prosinec 2015

2 Radioaktivita 1896 Antoine Henri Becquerel první pozorování při studiu fluorescence a fosforescence solí uranu 1903 Nobelova cena za fyziku začátek 20. století Marie Curie-Sklodowská, Pierre Curie izolace radia ze smolence termín radioaktivita následně objevení dalších dvou prvků: polonium, aktinium 1903 a 1911 Nobelova cena za fyziku 1934 Irene a Frederic Joliot-Curie objev umělé radioaktivity 1935 Nobelova cena za fyziku

3 Radioaktivita proces, při kterém dochází k samovolné přeměně jádra atomu za současného uvolnění částice či záření (radioaktivní/jaderné) o vysoké energii přechod na stabilnější formu jádra v přírodě cca 50 radionuklidů + řada umělých (člověkem připravené) v přírodě dva druhy isotopů: přítomné od začátku (př. uran) vzniklé kosmickým zářením ( 14 C) umělé/člověkem připravené isotopy: nukleární reaktory cyklotrony lineární urychlovače atd.

4 Radioaktivita stabilní prvky radioaktivní prvky, t 1/2 > 4 mil. let radioaktivní prvky, let > t 1/2 > 800 let radioaktivní prvky, 103 let > t 1/2 > 1 den radioaktivní prvky, 1 den> t 1/2 > několik minut radioaktivní prvky, velmi nestabilní??? t 1/2

5 izotop 6 C 14 7 N 14 e C 12 6 stabilní prvky radioaktivní prvky, t 1/2 > 4 mil. let radioaktivní prvky, let > t 1/2 > 800 let radioaktivní prvky, 103 let > t 1/2 > 1 den radioaktivní prvky, 1 den> t 1/2 > několik minut radioaktivní prvky, velmi nestabilní??? t 1/2

6 Radioaktivní záření 3 druhy záření: g vyzářena částice 10% rychlosti světla silné ionizační účinky cca 100x pronikavější než, ale menší ionizační účinky až 99% rychlosti světla dva druhy: rozpad neutronu, vyzářen elektron a antineutrino He, 2 rozpad protonu, vyzářen positron a neutrino hmota náboj energie

7 Radioaktivní záření energie 3 druhy záření: g vyzáření fotonu nejpronikavější záření, jedná se o elektromagnetické vlnění dosahuje rychlosti světla (ale ve srovnání s ním má mnohokrát vyšší energii a menší vlnovou délku) většinou společně s předešlými dvěma typy fotografický film olověná kostka zdroj radioaktivního záření štěrbina + - g, g 1 mm hliníku papír 1 cm vzduchu 10 cm olovo Bettelheim, Brow n, Campbell, Farell: Introduction to General, Organic, and Biochemistry, 9 th edition, Brooks/Cole, 2009.

8 Nukleární reakce... a chemická reakce rovnováha hmotnosti a náboje ale může dojít k přeměně prvku důležitý je tedy typ isotopu Pacientovi je v rámci vyšetření funkce štítné žlázy podán radioaktivní jód ( ), který je zdrojem - 53 a g záření (uvolnění elektronu a fotonu). Jakou reakcí byste zachytili tento proces? I 54Xe g Bilance hmotnosti 53 protonů 54 protonů 78 neutronů 77 neutronů Bilance náboje + 53 protonů + 54 protonů -1 náboj I

9 Radioaktivní přeměna g U 90Th 2He C P B S e B 11 5 e B g C 14 N 7 Po e Pb 4 2 He g zachycení elektronu (electron capture, EC) Cr 0 1 e V g štěpení těžkých jader za vzniku dvou jader a vyzáření několik neutronů

10 Radioaktivní rozpad monomolekulární přeměna řídící se kinetikou 1. řádu rychlost rozpadu dn dt N N... počet jader... rozpadová konstanta poločas rozpadu (N=N 0 /2) 1 2 0,693 Poločas rozpadu 63 Ni je 100 let. Pokud je na začátku 100g 63 Ni, jaké množství zůstane po 200 letech? střední doba života 1

11 Jednotky Curie (Ci) = radioaktivita 1 g 226 Ra = aktivita vzorku v němž se rozpadne 3, nuklidů za 1 sekundu Bq (becquerel) = aktivitu 1 Bq má vzorek v němž se rozpadne 1 nuklid za 1 sekundu Decays Per Minute (počet rozpadů za minutu) 1 Ci = 3, Bq = 2, DPM přístroj měří v impulsech za minutu (CPM = counts per minute) specifická radioaktivita Gray (Gy) = jednotka ozáření = množství energie pohlcené jednotkou hmotnosti ozářeného objektu (1 Gy=1 J/kg) - nebo 1 rad (radiation absorbed dose = 0,01 Gy) či 1 R (roentgen = 0,87 rad = 0,0087 Gy)

12 Radiometrické metody Proč? biologie/biochemie (detekční metoda, citlivý způsob značení pro řadu studií) medicína (detekční x léčebná metoda) Způsob detekce? Jak? Jak?? ionisační detektor - ionisace scintilační detektor - scintilace (záblesk) polovodičový detektor - vznik páru elektron-díra v polovodičovém materiálu radiografický detektor - změny ve struktuře krystalu AgX (obdoba fotografie) Radiochemická analýza Studium biochemických přeměn Zřeďovací analýza Saturační analýza Aktivační analýza specificky x obecně x uniformně značené sloučeniny Bezpečnost práce... Studium distribuce a transportu látek v živých organismech Derivační analýza Saturační analýza Radionuklid jako zdroj záření

13 Ionisační detektor Geigerova-Mullerova trubice Bettelheim, Brow n, Campbell, Farell: Introduction to General, Organic, and Biochemistry, 9 th edition, Brooks/Cole, 2009.

14 Ionisační detektor Mlžná komora komoru možno umístit do magnetického nebo elektrického pole a tím rozlišit jednotlivé druhy záření

15 Scintilační detektor krystalové x kapalné detektory krystalové (ZnS, antracen, NaI dle druhu záření) kapalné (primární a sekundární scintilátor)

16 (Bio) - radiometrické metody studium metabolických přeměn studium distribuce transportu látky v organismu lokalizace látky v určitém kompartmentu buňky či orgánu ekologického systému (řeka, půda, rostlina atd.) značení v analytických či detekčních stanoveních v biochemii se běžně používají tyto radionuklidy: 14 C 32 P 35 S 3 H Nacusi L.P., Sheaff R.J. (2006) Akt1 sequentially phosphorylates p27 kip1 within a conserved but non-canonical region, Cell Division, 1:11 doi: /

17 Radioimunoanalýza saturační analýza kontrola (kalibrace) neznámý vzorek

18 Určení stáří (nejen) biologického materiálu rozpadová konstanta je nezávislá na chemických a fyzikálních podmínkách dva přístupy: equilibrium decay clock ( 14 C datování, 3 H datování) - v první fázi dochází k rovnováze mezi přijímáním radioaktivního prvku a jeho zánikem, v druhé fázi (po smrti) ale dojde k porušení rovnováhy a dochází již jen k rozkladu radiokativního prvku accumulation clock (určování stáří hornin) - na začátku (okamžik vzniku) je určité množství radioaktivního prvku, který se dále již jen rozkládá U 206 Pb (poločas rozpadu 4,5 miliardy let) 14 C datování vznik tohoto izotopu díky kosmickému záření, předpokládá se konstantní rychlost vzniku, rovnoměrné rozložení v ekologickém systému a rovnováha tohoto izotopu v rámci uhlíku přítomného na Zemi po smrti dochází již jen k rozkladu tohoto izotopu, není dále přijímán potravou poločas rozpadu tohoto izotopu je 5760 let, průměrná hodnota izotopu 14 C je 16 dpm/g uhlíku korekce: aktivita slunce není konstantní, vliv lidské činnosti (spalování fosilních paliv, testy atomových bomb)

19 Využití v medicíně Léčebné využití využití ionizačního efektu záření (vznik volných radikálů) 60 Co (vnější ozařování), 182 Ta, 137 Cs (implantáty), 198 Au (injekčně přímo do nádoru) Detekční využití látka se musí hromadit ve sledované tkáni Izotop Záření Poločas rozpadu Použití 6C 11, 9 F 18 +,g 20,3 m studie metabolismu glukózy v mozku 15P 32 +,g 14,3 dne detekce očních nádorů 24Cr 51 g, EC 27,7 dne zobrazení sleziny a gastrointestinálního systému 25Fe 59 -,g 44,5 dne diagnostika anémie 31Ga 67 g, EC 78,3 h značení nádorů, použití pro celé tělo 53I 131 -,g 8,04 dne detekce disfunkce štítné žlázy

20 Děkuji za pozornost.

Podobné dokumenty

Radioaktivita a radionuklidy - pozitivní i negativní účinky a využití. Jméno: Ondřej Lukas Třída: 9. C

Radioaktivita a radionuklidy - pozitivní i negativní účinky a využití Jméno: Ondřej Lukas Třída: 9. C Co to je Radioaktivita/Co je radionuklid Radioaktivita = Samovolná přeměna atomových jader Objev 1896