مادة مشعة

الموسوعة الحرة

المتتبع المشع أو المتتبع المشع أو العلامة المشعة هو مشتق صناعي لمركب طبيعي تم فيه استبدال ذرة واحدة أو أكثر بنويدة مشعة (ذرة مشعة). بحكم تحلله الإشعاعي ، يمكن استخدامه لاستكشاف آلية التفاعلات الكيميائية من خلال تتبع المسار الذي يتبعه النظير المشع من المتفاعلات إلى المنتجات. وبالتالي فإن وضع العلامات الإشعاعية أو التتبع الإشعاعي هو الشكل المشع لوضع العلامات النظيرية . في السياقات البيولوجية، تسمى التجارب التي تستخدم متتبعات النظائر المشعة أحيانًا بتجارب التغذية بالنظائر المشعة .

تم استخدام النظائر المشعة للهيدروجين والكربون والفوسفور والكبريت واليود على نطاق واسع لتتبع مسار التفاعلات الكيميائية الحيوية. يمكن أيضًا استخدام المتتبع المشع لتتبع توزيع مادة داخل نظام طبيعي مثل الخلية أو الأنسجة ، [ 1 ] أو كمتتبع تدفق لتتبع تدفق السوائل . تُستخدم المتتبعات المشعة أيضًا لتحديد موقع الكسور الناتجة عن التكسير الهيدروليكي في إنتاج الغاز الطبيعي. [2] تشكل المتتبعات المشعة أساسًا لمجموعة متنوعة من أنظمة التصوير، مثل فحوصات PET وفحوصات SPECT وفحوصات التكنيشيوم . يستخدم تأريخ الكربون المشع نظير الكربون 14 الطبيعي كعلامة نظيرية .

المنهجية

تختلف نظائر العنصر الكيميائي فقط في العدد الكتلي. على سبيل المثال، يمكن كتابة نظائر الهيدروجين على النحو التالي 1H و 2 H و 3 H ، مع كتابة العدد الكتلي أعلى اليسار. عندما تكون النواة الذرية لنظير ما غير مستقرة، تكون المركبات التي تحتوي على هذا النظير مشعة . التريتيوم هو مثال على النظير المشع.

المبدأ وراء استخدام المواد المشعة هو أن ذرة في مركب كيميائي يتم استبدالها بذرة أخرى من نفس العنصر الكيميائي. ومع ذلك، فإن الذرة المستبدلة هي نظير مشع. غالبًا ما تسمى هذه العملية بالوسم الإشعاعي. ترجع قوة هذه التقنية إلى حقيقة أن الاضمحلال الإشعاعي أكثر نشاطًا بكثير من التفاعلات الكيميائية. لذلك، يمكن أن يكون النظير المشع موجودًا بتركيز منخفض ويمكن اكتشاف وجوده بواسطة أجهزة الكشف عن الإشعاع الحساسة مثل عدادات جايجر وعدادات الوميض . فاز جورج دي هيفسي بجائزة نوبل في الكيمياء عام 1943 "لعمله على استخدام النظائر كمواد مشعة في دراسة العمليات الكيميائية".

هناك طريقتان رئيسيتان يتم استخدام المواد المشعة فيهما

  1. عندما يخضع مركب كيميائي مُصنَّف لتفاعلات كيميائية، فإن أحد أو أكثر من النواتج سوف يحتوي على الملصق المشع. يوفر تحليل ما يحدث للنظير المشع معلومات مفصلة عن آلية التفاعل الكيميائي.
  2. يتم إدخال مركب مشع إلى كائن حي، ويوفر النظير المشع وسيلة لبناء صورة توضح الطريقة التي يتم بها توزيع هذا المركب ومنتجات تفاعله حول الكائن الحي.

إنتاج

النظائر المشعة المستخدمة بشكل شائع لها عمر نصف قصير وبالتالي لا توجد في الطبيعة بكميات كبيرة. يتم إنتاجها من خلال التفاعلات النووية . إحدى أهم العمليات هي امتصاص النيوترون بواسطة نواة الذرة، حيث يزداد العدد الكتلي للعنصر المعني بمقدار 1 لكل نيوترون يتم امتصاصه. على سبيل المثال،

13 C + n → 14 C

في هذه الحالة تزداد الكتلة الذرية، لكن العنصر لا يتغير. وفي حالات أخرى تكون نواة المنتج غير مستقرة وتتحلل، وعادة ما تنبعث منها بروتونات أو إلكترونات ( جسيمات بيتا ) أو جسيمات ألفا . وعندما تفقد النواة بروتونًا، ينخفض ​​العدد الذري بمقدار 1. على سبيل المثال،

32 س + ن → 32 ص + ص

يتم إجراء إشعاع النيوترون في مفاعل نووي . الطريقة الرئيسية الأخرى المستخدمة في تصنيع النظائر المشعة هي قصف البروتون. يتم تسريع البروتون إلى طاقة عالية إما في سيكلوترون أو مسرع خطي . [3]

النظائر المشعة

هيدروجين

يتم إنتاج التريتيوم (الهيدروجين-3) عن طريق الإشعاع النيوتروني لـ 6 Li :

6 Li + n → 4 He + 3 H

التريتيوم لديه نصف عمر 4500 ± 8 أيام (حوالي 12.32 سنة) [4] ويتحلل عن طريق تحلل بيتا . تبلغ الطاقة المتوسطة للإلكترونات الناتجة 5.7 كيلو إلكترون فولت. ولأن الإلكترونات المنبعثة لها طاقة منخفضة نسبيًا، فإن كفاءة الكشف عن طريق العد الوميضي منخفضة إلى حد ما. ومع ذلك، توجد ذرات الهيدروجين في جميع المركبات العضوية، لذلك غالبًا ما يستخدم التريتيوم كمتتبع في الدراسات الكيميائية الحيوية .

الكربون

يتحلل الكربون 11 عن طريق انبعاث البوزيترون بنصف عمر يبلغ حوالي 20 دقيقة. يُعد الكربون 11 أحد النظائر المستخدمة غالبًا في التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني . [3]

يتحلل الكربون 14 عن طريق تحلل بيتا ، ويبلغ عمر النصف له 5730 عامًا. يتم إنتاجه باستمرار في الغلاف الجوي العلوي للأرض، لذلك يحدث بمستوى ضئيل في البيئة. ومع ذلك، ليس من العملي استخدام الكربون 14 الموجود بشكل طبيعي للدراسات التتبعية. بدلاً من ذلك، يتم تصنيعه عن طريق إشعاع النيوترونات للنظير 13 C الذي يوجد بشكل طبيعي في الكربون عند مستوى 1.1٪ تقريبًا. تم استخدام الكربون 14 على نطاق واسع لتتبع تقدم الجزيئات العضوية عبر المسارات الأيضية. [5]

نتروجين

يتحلل 13N عن طريق انبعاث البوزيترون بنصف عمر 9.97 دقيقة. وينتج عن التفاعل النووي

1H + 16O → 13N + 4He​​​​

يتم استخدام 13N في التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني ( PET scan).

الأكسجين

يتحلل الأكسجين 15 عن طريق انبعاث البوزيترون بنصف عمر 122 ثانية. ويستخدم في التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني.

الفلور

يتحلل 18F بشكل أساسي عن طريق انبعاث β، مع عمر نصف يبلغ 109.8 دقيقة. يتم تصنيعه عن طريق قصف البروتون لـ 18O في سيكلوترون أو مسرع جسيمات خطي . إنه نظير مهم في صناعة الأدوية المشعة . على سبيل المثال، يتم استخدامه لصنع فلوروديوكسي جلوكوز ( FDG) المسمى للاستخدام في فحوصات PET. [3]

الفوسفور

يتم تصنيع 32P عن طريق قصف النيوترونات لـ 32S

32 س + ن → 32 ص + ص

يتحلل عن طريق تحلل بيتا بنصف عمر 14.29 يومًا. ويُستخدم عادةً لدراسة فسفرة البروتين بواسطة الكينازات في الكيمياء الحيوية.

يتم تصنيع 33P بعائد منخفض نسبيًا عن طريق قصف النيوترونات بـ 31P . كما أنه ينبعث منه بيتا، ويبلغ عمر النصف له 25.4 يومًا. وعلى الرغم من أنه أكثر تكلفة من 32P ، فإن الإلكترونات المنبعثة أقل طاقة، مما يسمح بدقة أفضل في تسلسل الحمض النووي على سبيل المثال.

كلا النظيرين مفيدان في وسم النيوكليوتيدات والأنواع الأخرى التي تحتوي على مجموعة فوسفات .

الكبريت

يتم تصنيع 35S عن طريق قصف النيوترونات لـ 35Cl

35 Cl + n → 35 S + p

يتحلل عن طريق تحلل بيتا بنصف عمر 87.51 يومًا. يستخدم لتمييز الأحماض الأمينية المحتوية على الكبريت الميثيونين والسيستين . عندما تحل ذرة كبريت محل ذرة أكسجين في مجموعة فوسفات على نوكليوتيد ينتج ثيوفوسفات ، لذلك يمكن أيضًا استخدام 35S لتتبع مجموعة فوسفات .

تكنيشيوم

99m Tc هو نظير مشع متعدد الاستخدامات للغاية، وهو أكثر النظائر المشعة استخدامًا في الطب. من السهل إنتاجه في مولد تكنيشيوم-99m ، عن طريق تحلل 99Mo .

99 شهرًا → 99 دقيقة +
هـ-
+
ن
هـ

يبلغ عمر النصف لنظير الموليبدينوم حوالي 66 ساعة (2.75 يومًا)، لذا فإن عمر المولد المفيد يبلغ حوالي أسبوعين. تستخدم معظم مولدات 99m Tc التجارية كروماتوغرافيا العمود ، حيث يتم امتصاص 99Mo في شكل موليبدات، MoO42− على أكسيد الألومنيوم الحمضي ( Al2O3 ). عندما يتحلل 99Mo ، فإنه يشكل بيرتكنيتات TcO42− ، والذي بسبب شحنته المفردة يكون أقل ارتباطًا بأكسيد الألومنيوم. يؤدي سحب المحلول الملحي العادي عبر عمود 99Mo المثبت إلى استخلاص 99m Tc القابل للذوبان ، مما ينتج عنه محلول ملحي يحتوي على 99m Tc كملح صوديوم مذاب للبيرتكنيتات. تتم معالجة البيرتكنيتات بعامل اختزال مثل Sn2 + وربيطة . تشكل الربائط المختلفة معقدات تنسيقية تمنح التكنيشيوم تقاربًا متزايدًا لمواقع معينة في جسم الإنسان.

يتحلل 99m Tc عن طريق انبعاث أشعة جاما، ويبلغ عمر النصف له 6.01 ساعة. ويضمن عمر النصف القصير أن تركيز النظير المشع في الجسم ينخفض ​​فعليًا إلى الصفر في غضون أيام قليلة.

اليود

يتم إنتاج اليود 123 عن طريق إشعاع البروتون لـ 124 Xe . نظير السيزيوم الناتج غير مستقر ويتحلل إلى 123I . يتم توفير النظير عادةً على هيئة يوديد وهيبويودات في محلول هيدروكسيد الصوديوم المخفف، بنقاء نظيري عالي. [6] كما تم إنتاج اليود 123 في مختبرات أوك ريدج الوطنية عن طريق قصف البروتون لـ 123 Te . [7]

يتحلل اليود 123 عن طريق التقاط الإلكترون بنصف عمر 13.22 ساعة.  يتم استخدام أشعة جاما المنبعثة بقوة 159 كيلو فولت في التصوير المقطعي المحوسب بإصدار فوتون واحد (SPECT). كما يتم إصدار أشعة جاما بقوة 127 كيلو فولت.

يستخدم اليود 125 بشكل متكرر في اختبارات المناعة الإشعاعية بسبب نصف عمره الطويل نسبيًا (59 يومًا) وقدرته على الكشف عنه بحساسية عالية بواسطة عدادات جاما. [8]

يوجد اليود 129 في البيئة نتيجة لاختبار الأسلحة النووية في الغلاف الجوي. كما تم إنتاجه فيكارثتي تشيرنوبيل وفوكوشيمايتحلل اليود 129 بنصف عمر يبلغ 15.7 مليون سنة، مع انبعاثات بيتا وجاما منخفضة الطاقة. لا يستخدم كمادة تتبع، على الرغم من أن وجوده في الكائنات الحية، بما في ذلك البشر، يمكن تحديده من خلال قياس أشعة جاما .

نظائر أخرى

تم استخدام العديد من النظائر الأخرى في الدراسات الصيدلانية الإشعاعية المتخصصة. الأكثر استخدامًا هو 67 Ga لمسح الغاليوم . يستخدم 67 Ga لأنه، مثل 99m Tc، هو باعث لأشعة جاما ويمكن ربط العديد من الربائط بأيون Ga 3+ ، مما يشكل معقد تنسيق قد يكون له تقارب انتقائي لمواقع معينة في جسم الإنسان.

يمكنك العثور أدناه على قائمة شاملة للمواد المشعة المستخدمة في التكسير الهيدروليكي.

التطبيقات

في أبحاث التمثيل الغذائي ، يتم استخدام التريتيوم والجلوكوز المُوسوم بالكربون 14 بشكل شائع في مشابك الجلوكوز لقياس معدلات امتصاص الجلوكوز ، وتخليق الأحماض الدهنية ، وغيرها من العمليات الأيضية. [9] في حين لا تزال المواد المشعة تُستخدم أحيانًا في الدراسات البشرية، فإن المواد المشعة المستقرة مثل الكربون 13 تُستخدم بشكل أكثر شيوعًا في دراسات المشابك البشرية الحالية. تُستخدم المواد المشعة أيضًا لدراسة استقلاب البروتين الدهني لدى البشر والحيوانات التجريبية. [10]

في الطب ، يتم تطبيق المواد المتتبعة في عدد من الاختبارات، مثل 99m Tc في التصوير الشعاعي والطب النووي ، بما في ذلك التصوير المقطعي المحوسب بإصدار فوتون واحد (SPECT)، والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) والتصوير الومضاني . يستخدم اختبار تنفس اليوريا للكشف عن بكتيريا الملوية البوابية عادةً جرعة من اليوريا المصبوغة بالكربون 14 للكشف عن عدوى الملوية البوابية. إذا تم استقلاب اليوريا المصبوغة بواسطة الملوية البوابية في المعدة، فإن نفس المريض سيحتوي على ثاني أكسيد الكربون المصبوغ. في السنوات الأخيرة، أصبح استخدام المواد المخصبة بالنظير غير المشع 13 C هو الطريقة المفضلة، مما يتجنب تعرض المريض للإشعاع. [11]

في التكسير الهيدروليكي ، يتم حقن نظائر مشعة بسائل التكسير الهيدروليكي لتحديد ملف الحقن وموقع الكسور الناتجة. [2] تُستخدم مواد تتبع ذات أعمار نصف مختلفة لكل مرحلة من مراحل التكسير الهيدروليكي. في الولايات المتحدة، يتم سرد الكميات لكل حقنة من النويدات المشعة في إرشادات لجنة التنظيم النووي الأمريكية (NRC). [12] وفقًا للجنة التنظيم النووي الأمريكية، تتضمن بعض المواد الأكثر استخدامًا الأنتيمون-124 والبروم -82 واليود -125 واليود -131 والإيريديوم -192 والسكانديوم -46 . [12] يؤكد منشور صادر عن الوكالة الدولية للطاقة الذرية عام 2003 الاستخدام المتكرر لمعظم المواد المتتبعة المذكورة أعلاه، ويقول إن المنجنيز-56 ، والصوديوم-24 ، والتكنيشيوم-99م ، والفضة-110م ، والأرجون-41 ، والزينون-133 تُستخدم أيضًا على نطاق واسع لأنها يمكن التعرف عليها وقياسها بسهولة. [13]

مراجع

  1. ^ Rennie MJ (نوفمبر 1999). "مقدمة حول استخدام المتتبعات في التغذية والتمثيل الغذائي". وقائع جمعية التغذية . 58 (4): 935-44. doi : 10.1017/S002966519900124X . PMID  10817161.
  2. ^ ab Reis, John C. (1976). التحكم البيئي في هندسة البترول. دار الخليج للنشر.
  3. ^ abc Fowler JS and Wolf AP (1982) The synthesis of carbon-11,fluorine-18 and nitrogen-13 labeled radiotracers for biomedical applications. Nucl. Sci. Ser. Natl Acad. Sci. Natl Res. Council Monogr. 1982.
  4. ^ Lucas LL, Unterweger MP (2000). "Comprehensive Review and Critical Evaluation of the Half-Life of Tritium" (PDF) . مجلة أبحاث المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا . 105 (4): 541–9. doi :10.6028/jres.105.043. PMC 4877155. PMID 27551621.  مؤرشف من الأصل (PDF) في 2011-10-17. 
  5. ^ كيم إس إتش، كيلي بي بي، كليفورد إيه جيه (أبريل 2010). "حساب التعرضات الإشعاعية أثناء استخدام المغذيات الموسومة بـ (14)C ومكونات الأغذية والمستحضرات الصيدلانية الحيوية لقياس السلوك الأيضي لدى البشر". مجلة الكيمياء الزراعية والغذائية . 58 (8): 4632-7. doi :10.1021/jf100113c. PMC 2857889. PMID  20349979 . 
  6. ^ ورقة حقائق I-123 [ رابط ميت دائم ]
  7. ^ هوبف إتش بي، إلدريدج جيه ​​إس، بيفر جيه إي (أبريل 1968). "إنتاج اليود-123 للتطبيقات الطبية". المجلة الدولية للإشعاعات التطبيقية والنظائر . 19 (4): 345-51. doi :10.1016/0020-708X(68)90178-6. PMID  5650883.
  8. ^ Gilby ED, Jeffcoate SL, Edwards R (يوليو 1973). "125-Iodine tracers for steroid radioimmunoassay". مجلة الغدد الصماء . 58 (1): xx. PMID  4578967.
  9. ^ Kraegen EW, Jenkins AB, Storlien LH, Chisholm DJ (1990). "دراسات تتبعية لتأثير الأنسولين في الجسم واستقلاب الجلوكوز في الأنسجة الطرفية الفردية". أبحاث الهرمونات والأيض. سلسلة المكملات الغذائية . 24 : 41–8. PMID  2272625.
  10. ^ Magkos F, Sidossis LS (سبتمبر 2004). "قياس حركية البروتين الدهني منخفض الكثافة للغاية-الدهون الثلاثية في الإنسان داخل الجسم: مدى اختلاف الطرق المختلفة حقًا". الرأي الحالي في التغذية السريرية والرعاية الأيضية . 7 (5): 547-55. doi :10.1097/00075197-200409000-00007. PMID  15295275. S2CID  26085364.
  11. ^ Peeters M (1998). "اختبار تنفس اليوريا: أداة تشخيصية في إدارة أمراض الجهاز الهضمي المرتبطة ببكتيريا Helicobacter pylori". Acta Gastro-Enterologica Belgica . 61 (3): 332–5. PMID  9795467.
  12. ^ ab Whitten JE, Courtemanche SR, Jones AR, Penrod RE, Fogl DB, Division of Industrial and Medical Nuclear Safety, Office of Nuclear Material Safety and Safeguards (June 2000). "Consolidated Guidance About Materials Licenses: Program-Specific Guidance About Well Logging, Tracer, and Field Flood Study Licenses (NUREG-1556, Volume 14)". هيئة التنظيم النووي الأمريكية . تم الاسترجاع في 19 أبريل 2012. تم تصنيفها على أنها Frac Sand...Sc-46, Br-82, Ag-110m, Sb-124, Ir-192
  13. ^ الحماية من الإشعاع وإدارة النفايات المشعة في صناعة النفط والغاز (PDF) (تقرير). الوكالة الدولية للطاقة الذرية. 2003. ص 39-40 . تم الاسترجاع في 20 مايو 2012. يمكن استخدام بواعث بيتا، بما في ذلك 3H و 14 C، عندما يكون من الممكن استخدام تقنيات أخذ العينات للكشف عن وجود المادة المشعة، أو عندما يمكن استخدام التغيرات في تركيز النشاط كمؤشرات لخصائص الاهتمام في النظام. تُستخدم بواعث جاما، مثل 46 Sc و 140 La و 56 Mn و 24 Na و 124 Sb و 192 Ir و 99 Tc m و 131 I و 110 Ag m و 41 Ar و 133 Xe على نطاق واسع بسبب سهولة تحديدها وقياسها. ... من أجل المساعدة في الكشف عن أي انسكاب لمحاليل باعثات بيتا "الناعمة"، يتم أحيانًا تزويدها بنصف عمر قصير لباعث جاما مثل 82 Br...
مصادر المكتبة حول
المواد المشعة
  • الموارد الموجودة في مكتبتك
  • الموارد في المكتبات الأخرى
  • المركز الوطني لتطوير النظائر - موارد الحكومة الأمريكية للنظائر المشعة - الإنتاج والتوزيع والمعلومات
  • برنامج تطوير وإنتاج النظائر لأغراض البحث والتطبيقات (IDPRA) التابع لوزارة الطاقة الأمريكية والذي يرعى إنتاج النظائر وأبحاث الإنتاج والتطوير
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=مُتتبّع_مُشعّ&oldid=1227402139"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate