20. Radionuklidy jako indikátory


Indikátorová metoda spočívá v umělých změnách izotopového složení prvku –

Þ říkáme, že prvek je označen radioaktivním izotopem (metoda značených atomů)


Vztah izotopového indikátoru a zkoumaného procesu:


1.   Sledování chování určité chemické látky – pak musí být chemická forma této látky a indikátoru
stejné

-     sledování biochemických dějů vyžaduje značení        sloučeniny na určitých místech v molekul

     -     radioaktivními izotopy (specifické značení) nebo jde o obecné radioaktivní označení
                sloučeniny aspoň jedním radioaktivním atomem (nespecifické značení)


2.  Radioaktivní nuklid slouží k označení určité látky v obecném smyslu

-     sledování proudění kapaliny



Podmínka nutná: dostatečná počáteční aktivita značící látky





A)        Značené sloučeniny


Izotopicky substituované sloučeniny (všechny molekuly jsou na určitém místě specificky značené)

                                        Př.   2-(^14C)-octová kyselina


Izotopicky značené sloučeniny – směs normálních molekul s přirozeným izotopickým zastoupením  a
izotopicky substituovaných molekul (specificky značených)


                                        Př:   2-[^14C]-octová kyselina





Příklady preparativních postupů:





RMgBr  +  ^14CO[2]  ®  R-^14COOMgBr  ® (hydrolýza) R-^14COOH



Ø  zavádění tritia je založeno především

o   na adici ^3H[2] na dvojnou vazbu

o   pomocí redukujících tritidů LiAl^3H[4], NaB^3H[4]


Ø  značený chroman lze připravit ozařováním oxidu chromitého neutrony



HCl               OH^-

^50Cr[2]O[3](n,g)^ 51Cr[2]O[3                          ]^51CrCl[3
]^51CrO[4]^2-



Další příklady značených sloučenin:




Značení izotopickou výměnou


Jde o přípravu značených sloučenin, kdy se mezi dvěma molekulami, z nichž je jedna značená,
vyměňují dva izotopy téhož prvku (nejčastěji tritia)


Provedení: kontakt sloučeniny s tritiovanou vodou Je nutné, aby vazba s vodíkem podléhala alespoň
minimální disociaci.


       RO-^1H    +   ^3H^1HO        RO-^3H     +  ^1H[2]O



Biosyntetické metody


Jednoduché značené látky se použijí k výživě rostlin nebo mikroorganismů a využije se jejich
syntetických schopností


                            ^14CO[2], ^3H[2]O, ^32PO[4]^3-, 35SO[4]^2-


21. Indikátory v chemii a biologii


Ø  Studium mechanismů chemických reakcí


ClO[2]^-  +   HOCl    ®   Cl^-   + HClO[3]  (značení ^36Cl)















Ø  Studium metabolických přeměn


Látka, jejíž metabolismus se zkoumá, se podá organismu ve značené podobě – pokud je předpokládaný
metabolický produkt radioaktivní, pak je předpokládaný mechanismus metabolismu potvrzen.



Ø  Kombinace studia metabolických přeměn s autoradiografií













Možné aplikace radioaktivních indikátorů


-     stanovení součinu rozpustnosti


-     rozpustnost kovů v roztavených solích


-     rozpustnost plynů v kapalinách


-     rozpustnost vody v org. rozpouštědlech


o   stanovení nízkých tenzí par málo těkavých látek


o   stanovení složení plynné a kapalné fáze při destilaci


o   stanovení velikosti povrchu sorbentu z množství adsorbovaného radioaktivního plynu


o   rozdělení látek (nejčastěji iontů kovů) mezi dvě nemísitelné kapaliny (kapalinová extrakce)
nebo mezi roztok a ionex


o   vylučování kovů na elektrodách při elektrolýze


o   studium migrace částic v roztoku v elektrickém poli


o   sledování účinnosti praní tkanin pomocí značených povrchově aktivních komponent pracích
prostředků


22. Indikátory v biologii


Ø  migrace drobnějších živočichů (mouchy, komáři) – larvy se nechávají líhnout v živném
radioaktivním médiu – dospělí jedinci jsou pak radioaktivní


Ø  migrace větších živočichů (netopýři nesou pouzdra s nuklidem – lze je pak zjistit i přes skálu
nebo ve škvírách)


Ø  studium přenosu potravin a živin uvnitř hmyzího společenství (včelí úl)


Ø  studium výživy rostlin (např. pomocí značeného fosfátu)- zjistí se jeho distribuce v rostlině,
způsob jeho příjmu kořenovým systémem, zdroj fosforu z půdy apod.


Ø  molekulární biologie  se bez indikátorů neobejde – studium dějů přenosu informací na molekulární
úrovni, podstata dědičnosti, určení pořadí nukleotidů v nukleových kyselinách (tzv. sekvencování)


aj.


23. Indikátory v lékařské diagnostice


Radionuklidy se zpravidla získávají z radionuklidového generátoru


















Ø  využívají se v nukleární medicíně k vyšetřování funkce a stavu různých orgánů


Ø  k diagnostickým účelům se dodávají radiofarmaka, která se do těla zpravidla vpravují
intravenózně


Ø  radioaktivní látka se selektivně hromadí ve vyšetřovaném orgánu a registruje se záření, které
z něj vychází


Ø  zjišťuje se lokalizace zhoubných nádorů


Ø  provádějí se i dynamická vyšetření (sleduje se časová závislost příjmu a vylučování radioaktivní
látky)






Detekce záření vně organismu vyžaduje, aby radioaktivní nuklid  emitoval elektromagnetické záření
(gama nebo rtg)


       Þ používají se pozitronické zářiče (pozitrony podléhají anihilaci)        nebo zářiče b-/g,
jaderné izomery nebo nuklidy podléhající EZ


       Þ nuklidy musí být krátkodobé a musí mít vhodnou (zpravidla nízkou)  energii (snižuje se
radiační zátěž organismu)


Detekce záření se provádí zpravidla pomocí gamakamery






























24. Indikátory v hydrologii


Ø  studium pohybu vody v různých přírodních systémech (studium podzemních vod – jejich stáří,
rychlost a směr toku, vztahy mezi povrchovými a podzemními vodami, propustnost vrstev apod.)

Ø  používají se nuklidy kobaltu nebo chromu

Ø  velké zředění aktivity během hydrologického pokusu minimalizuje zavedení radioaktivity do
životního prostředí



25. Indikátory v průmyslu