метод меченых атомов для чего используется
Метод меченых атомов для чего используется
Добавить в закладки
Вы сможете увидеть эту публикацию в личном кабинете
Добавить в закладки
Вы сможете увидеть эту публикацию в личном кабинете
Добавить в закладки
Вы сможете увидеть эту публикацию в личном кабинете
Добавить в закладки
Вы сможете увидеть эту публикацию в личном кабинете
Добавить в закладки
Вы сможете увидеть эту публикацию в личном кабинете
Добавить в закладки
Вы сможете увидеть эту публикацию в личном кабинете
Добавить в закладки
Вы сможете увидеть эту публикацию в личном кабинете
Добавить в закладки
Вы сможете увидеть эту публикацию в личном кабинете
Подпишитесь на нашу рассылку и получайте новости о последних проектах, мероприятиях и материалах ПостНауки
Метод меченых атомов для чего используется
Меченые атомы в биологических исследованиях
Процессы обмена веществ, непрерывно происходящего в живых организмах,- один из основных вопросов биологии. Долгое время, однако, не было найдено такого метода, который позволял бы изучать динамику обменных процессов в клетках, органах и тканях животных и растений. Наиболее подходящим для этой цели представлялся метод метки, при котором вводимые в организм соединения метятся, чтобы в дальнейшем можно было проследить за их судьбой. В некоторых случаях те или иные вещества метили красителями. Однако этот метод имел существенные недостатки: а) метка по своей химической природе отличалась от того вещества, которое она должна метить, в связи с чем нельзя было утверждать, что поведение и самого вещества и метки во всех случаях одинаково; б) концентрацию метящего вещества иногда приходилось брать настолько большой, что это могло повлиять на течение процесса.
Широкие возможности в этом отношении открыл перед исследователями метод, основанный на применении радиоактивных индикаторов, получивший название метода меченых атомов. Его сущность заключается в том, что радиоактивные изотопы, добавленные к неактивным атомам, как бы метят их, позволяя следить за ходом течения различных процессов, в которых участвуют эти атомы. При исследовании к основной порции нерадиоактивного вещества добавляют небольшое количество активного, содержащего радиоактивный изотоп. Полученную смесь вводят внутрь организма, добавляют к продуктам питания и т. д. Так как при обычных химических процессах различные изотопы одного и того же элемента ведут себя одинаково, поведение атомов радиоактивного изотопа не будет отличаться от поведения нерадиоактивных атомов. Через определенные промежутки времени с помощью специальных приборов наблюдают за распределением радиоактивного изотопа в тканях организма. Полученная картина характеризует распределение и нерадиоактивного изотопа.
Естественно радиоактивные вещества использовались в качестве индикаторов в химических и биологических исследованиях в 1917 г. В. Н. Спицыным для определения растворимости солей тория в разных растворителях. Но широко этот метод стал применяться только после того, как научились изготовлять искусственно радиоактивные изотопы.
Для обнаружения радиоактивных индикаторов применяют такие чувствительные приборы, как описанные выше газовый и сцинтилляционный счетчики, позволяющие обнаружить ничтожное количество радиоактивных веществ и измерить даваемые ими излучения.
Рис. 14. Авторадиограмма листа
В некоторых случаях необходимо не только обнаружить радиоактивный изотоп и измерить активность, но и изучить распределение его в том или ином объекте. Если объект имеет большие размеры, для этой цели пользуются специальными приборами, если же размеры объекта невелики (отдельные органы и части органов животных, листья, корни и другие части растений и т. п.), прибегают к методике авторадиографии (рис. 14). Чтобы получить авторадиограмму, исследуемый образец в темном помещении прижимают к эмульсионному слою фотопластинки или фотопленки, которую проявляют через несколько дней. Места объекта, содержащие радиоактивные вещества, вызывают почернение расположенных рядом с ними участков пленки. Полученная таким образом авторадиограмма наглядно отображает распределение радиоактивного изотопа в исследуемом объекте.
Для проведения исследований этим методом необходимо затратить довольно много времени, но зато он дает наглядную картину распределения изотопа в том или ином участке организма. Точное место накопления радиоактивного изотопа можно установить методом микроавторадиографии. Чтобы удобнее было сравнивать авторадиограмму с самим объектом, поступают следующим образом. Тонкий срез исследуемого образца в темноте поливают жидкой фотоэмульсией. Эмульсия застывает, твердеет и в таком виде ее оставляют в контакте со срезом на несколько дней. После экспонирования
фотослой вместе со срезом помещают в проявитель, после чего их кладут под микроскоп. Рассматривая одновременно и срез, и его микроавторадиограмму, можно точно определить места локализации радиоактивного изотопа.
Радиоактивные индикаторы используются в опытах на животных. Если необходимо исследовать поведение какого-либо вещества в организме животного, вместе с пищей или же путем подкожного впрыскивания вводят определенное количество радиоактивного изотопа в смеси с нерадиоактивным изотопом этого же элемента. Через некоторое время, поднося счетчик излучения к той или иной части тела животного, определяют интенсивность излучения. Для определения содержания радиоактивного изотопа в крови у животного берут пробу крови. Чтобы получить более точное представление о распределении изотопа в отдельных органах и тканях, животное через определенный промежуток времени забивают и приготовляют препараты различных органов. Для уменьшения объема и веса препараты высушивают и озоляют в муфельной печи, а затем измеряют их активность.
Метод меченых атомов позволяет биологам и медикам изучить физиологические процессы в условиях эксперимента, наиболее приближающихся к тем, которые имеют место в неповрежденном организме.
Уже вскоре после применения этого метода были получены очень интересные и важные результаты. Новым явилось для биологов прямое доказательство постоянного и непрерывного обновления всех составных частей организма и та неожиданная быстрота, с которой совершаются процессы перемещения вещества, сложные процессы белкового обмена и обмен минеральных веществ.
Обмен азота в белке многих тканей (печени, почках, крови) на меченый азот происходит с большой быстротой и заканчивается на протяжении трех-четырех суток. В таких тканях, как мышцы, сердце, селезенка, обмен идет медленнее, но не дольше одной-двух недель.
Исследования, проведенные с радиоактивным кальцием, показали, что в костной ткани молодого животного концентрируется 90% введенного кальция, в то время как в кости старого поступает только 40%.
При введении беременным крольчихам радиоактивного железа, связанного с β-1 глобулином, через 17 час. третья часть железа была обнаружена в организме плода. При этом 1 г печени плода, где главным образом концентрируется железо, оказался в 120 раз активнее такого же количества печени матери.
Вводя в кровяное русло радиоактивный изотоп, можно определить скорость кровотока. Для этого нужно измерить время, необходимое для того, чтобы радиоактивный изотоп, введенный в вену одной конечности,- был обнаружен счетчиком у другой конечности.
Интересно, что при введении в организм здорового животного солей железа только незначительная часть их поглощается организмом. В том случае, когда животному предварительно было произведено кровопускание, почти все введенное в организм железо усваивается.
При изучении функции щитовидной железы с помощью радиоактивного йода установлено, что уже через несколько минут после введения в организм небольшого количества йодистого калия концентрация радиоактивного йода в щитовидной железе во много раз выше, чем в других органах, тканях и крови. В то же время способность избирательного поглощения йода щитовидной железой значительно изменяется в зависимости от ее функционального состояния. Это позволило разработать применяемые в клинике методы исследования функциональной деятельности щитовидной железы.
Увеличение производства минеральных удобрений дает возможность добиться устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур, повысить эффективность сельского хозяйства. Но для того чтобы минеральные удобрения давали наибольшую пользу, нужно уметь правильно их использовать, знать, когда, как и в каком количестве их следует применять. Тут может оказать огромную помощь работникам сельского хозяйства метод меченых атомов.
Методом радиоактивных индикаторов было установлено, что хлопчатник, кукуруза, клевер усваивают фосфор лучше при местном введении удобрения, чем при разбрасывании. Картофель интенсивно использует фосфор удобрений в течение всего роста, кукуруза усваивает его особенно активно в ранние сроки вегетации, а соя почти весь нужный ей фосфор берет из почвы, несмотря на внесение большого количества удобрений. Исключительна роль метода радиоактивных индикаторов в изучении роли и значения микроэлементов в развитии сельскохозяйственных культур.
Многие из читателей нашей книжки увлекались в свое время рассказом известного норвежского путешественника Тура Хейердала о его путешествии на Кон-Тики. Когда перед Хейердалом встал вопрос о возрасте каменных идолов на Маркизских островах, он воспользовался тем обстоятельством, что под некоторыми из них был обнаружен пепел костров. Пользуясь радиоуглеродным методом, он установил, что старейшие из проб пепла, взятых под идолами, относятся приблизительно к 1300 г., а, следовательно, к этому же периоду следует отнести установку идолов.
В настоящее время помимо углеродного разработаны методы определения возраста ископаемых останков, основанные на распаде иных радиоактивных элементов (калия, рубидия, урана и других). Такие «радиоактивные часы» позволяют уже определять возраст в миллионы лет. Таким образом был определен возраст останков, представленных на рис. 16.
Рис. 16. Ископаемые останки доисторического млекопитающего арсин-териума (а) и крылатого ящера птеродактиля (б), возраст которых (40 и 160 млн. лет) определен с помощью ‘радиоактивных часов’
Метод этот основан на изучении наведенной радиоактивности, возникающей в исследуемом объекте при облучении его нейтронами. Нейтроны, как уже об этом было сказано выше, представляют собой частицы, не обладающие электрическим зарядом. Благодаря этому на них не действуют электрические силы, существующие внутри атома, и они легко проникают в ядра атомов. При этом происходят ядерные реакции, в результате которых атомы становятся радиоактивными. Полученные радиоактивные изотопы различаются друг от друга по энергии квантов и частиц, а также по периодам полураспада. Определив с помощью специального прибора (спектрометра) энергию квантов излучения образовавшегося радиоактивного изотопа и измерив период полураспада, можно установить, какому элементу (или каким элементам) принадлежит это излучение и, таким образом, узнать химический состав облученного образца.
В настоящее время радиоактивационный анализ широко используется в биологии для решения самых разнообразных задач. Этим методом определено содержание микроэлементов (т. е. элементов, присутствующих в ничтожных количествах) в различных тканях и жидкостях организма человека и животных. Как показывают данные современной науки, микроэлементы, несмотря на небольшое количество, играют огромную роль в жизни человека, животных и растений. Радиоактивационным методом было определено содержание йода в крови нормальных людей и людей, страдающих расстройствами щитовидной железы.
Эффективным оказалось применение радиоактивационного анализа в токсикологии для обнаружения ничтожных следов ядов в организме. Так, при отравлениях мышьяком он легко, обнаруживается этим методом в волосах и ногтях, причем для исследования достаточно взять сотые доли грамма волос и ногтей. Если исследовать распределение наличия мышьяка по длине волоса, то, учитывая скорость роста волос, можно установить даже время отравления.
Так, проведенное расследование обстоятельств смерти Наполеона в 1821 г. показало, что содержание мышьяка в его волосах в 13 раз превосходило норму. Тщательные измерения, проведенные вдоль волоса (длина волос составляла 13 см), привели к выводу о том, что мышьяк вводился небольшими дозами в течение четырех месяцев.
Этим же методом была проверена историческая версия об отравлении ртутью шведского короля Эрика XIV в. 1568 г. При исследовании останков в них была обнаружена ртуть.
МЕТОД МЕЧЕНЫХ АТОМОВ
Смотреть что такое «МЕТОД МЕЧЕНЫХ АТОМОВ» в других словарях:
МЕТОД МЕЧЕНЫХ АТОМОВ — син. термина метод радиоактивных изотопов. Геологический словарь: в 2 х томах. М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978 … Геологическая энциклопедия
Метод меченых атомов — в экологии и геоботанике применяется для исследования структуры сообществ: расположения корневых систем (авторадиограммы: Nelson, 1964), размещения отдельных клонов и срастания корней (Кунтц, Райкер, 1956), движения различных веществ в организмах … Экологический словарь
метод меченых атомов — žymėtųjų atomų metodas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. isotope method; method of labelled atoms; tracer method vok. Indikatormethode, f; Leitisotopenmethode, f; Methode der markierten Atome, f rus. метод меченых атомов, m; метод… … Fizikos terminų žodynas
МЕТОД МЕЧЕНЫХ АТОМОВ — метод исследований организмов и сообществ, основанный на использовании радиоактивных и стабильных изотопов в качестве метки какого либо элемента, что позволяет проследить за его движением и превращением … Словарь ботанических терминов
Метод меченых атомов — (син.: радиоизотопный индикаторный метод) один из методов почвенных и агрохимических исследований; основан на использовании радиоактивных и стабильных изотопов в качестве метки какого либо элемента, что позволяет проследить за движением и… … Толковый словарь по почвоведению
МЕЧЕНЫХ АТОМОВ МЕТОД — метод исследований с применением нуклидов, чаще всего радиоактивных, которые можно легко обнаружить и подсчитать специальными приборами при введении в какую либо систему (биологическую, механическую, химическую и др.). Экологический… … Экологический словарь
МЕЧЕНЫХ АТОМОВ МЕТОД — изотопных индикаторов метод, метод исследований, основанный на использовании радиоактивных и стабильных изотопов в качестве метки хим. элементов, что позволяет следить за поведением их в системе или живом организме. Изотопная метка вводится… … Сельско-хозяйственный энциклопедический словарь
меченых атомов метод — меченых атомов метод, изотопных индикаторов метод, метод исследований, основанный на использовании радиоактивных и стабильных изотопов в качестве метки химических элементов, что позволяет следить за поведением их в системе или живом организме.… … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь
МЕТОД РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ — метод радиоактивного каротажа скважин, основанный на измерении интенсивности γ излучения в стволе скважины после введения в нее радиоактивных веществ; служит также для определения пористых и трещиноватых п., наблюдения за затрубной и… … Геологическая энциклопедия
метод радиоактивных индикаторов — žymėtųjų atomų metodas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. isotope method; method of labelled atoms; tracer method vok. Indikatormethode, f; Leitisotopenmethode, f; Methode der markierten Atome, f rus. метод меченых атомов, m; метод… … Fizikos terminų žodynas
Меченые атомы
Меченые атомы — атомы, которые отличаются от других атомов того же химического элемента радиоактивностью (радиоактивные изотопы) или весом (стабильные изотопы).
Продукты радиоактивного распада или атомы с разным весом является «метками», которые отличают их от других атомов, сходных по химическим свойствам. Лучи α, β, γ, вылетающих из атомов, можно зафиксировать с помощью счетчиков заряженных частиц или радиографии. Это дает возможность следить за небольшими группами меченых атомов в среде, в которой содержится колоссальное количество других атомов и молекул, определять, как быстро они проникают в различные соединения, системы и живые организмы, то есть исследовать физические, химические, биологические и другие процессы, имеющие большое научное и практическое значение. Стабильные изотопы оказываются с помощью масс-спектрографии или по удельному весу их соединений. Меченые атомы начали использовать в начале 20 века, проводя единичные исследования; теперь же они широко применяются в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, науки и культуры для исследования процессов, происходящих в твердых, жидких и газообразных телах, в организмах людей, животных и растений.
Применение
Применение в технике
Так, диффузию в твердых телах исследуют с помощью меченых атомов, нанося радиоактивные атомы на поверхность этих тел и нагрев до высокой температуры, при которой диффузия происходит интенсивнее. Затем при комнатной температуре накладывают срезы тела на фотопластинку, на которой, после проявления в тех местах, куда проникли меченые атомы, оказывается почернение. Зная время диффузии и глубину проникновения меченых атомов, определяют скорость диффузии меченых атомов применяют для исследования срабатывания металлических деталей. Облучая металл нейтронами, можно создать радиоактивные атомы данного металла, часть которых при трении переходит в масло. Определенный счетчиком степень радиоактивности этого масла характеризует скорость срабатывания металлической детали.
Применение в химии
Применение в биологии
Меченые атомы большую помощь оказывают в раскрытии тайн фотосинтеза. До последнего времени считали, что под воздействием света в растениях разлагается углекислота. Советский ученый А. П. Виноградов применил меченые атомы кислорода и показал, что на самом деле разлагается вода. Меченые атомы большое значение имеют при изучении деятельности живых организмов и обмена веществ в них. При проведении таких исследований в пищу добавляют небольшое количество радиоактивных веществ. Перемещая вдоль тела счетчик, можно определить, в какие части организма и с какой скоростью попадает тот или иной химический элемент.
Меченые атомы широко применяют для изучения жизни растений. Например, с помощью меченого радиоактивного фосфора можно определить, как фосфор попадает в растение, как перемещается в ней и в каких местах сосредотачивается.
Применение в медицине
Свойство химических элементов концентрироваться в различных тканях и частях организма лежит в основе применения меченых атомов в биологии и особенно в медицине. Например, поглощение йода щитовидной железой установлено с помощью меченых атомов йода. Меченые атомы железа позволяют определить общий объем крови в организме. Для этого в вену животного вводят определенное количество крови с радиоактивным железом. Через некоторое время у этого животного берут такое же количество крови. Отношение интенсивности излучения радиоактивным железом в взятой и введенной крови равен отношению количества введенной крови к ее общего количества. Меченые атомы помогают определить размещение злокачественных опухолей в организме, что значительно облегчает работу хирургов. Достигнута успехов в борьбе с раком различных органов человеческого организма.
Научные и медицинские учреждения Украины широко используют меченые атомы для исследования обмена веществ в живых организмах и для лечения болезней. Так, например, уточнены данные о химическом составе головного мозга, изучены отдельные этапы обмена веществ в головном мозге и др. Проводятся опыты над изучением условий плодородия почв. Исследован процесс фосфорного питания молодых древесных растений и установлено, что фосфор больше поглощается молодыми листьями, а после осеннего листопада частично входит в почву. Применение меченых атомов вообще дало возможность определить, как фосфор усваивается корневой системой и поверхностью листьев растений. Установлено, в какие периоды развития следует вносить подкормку для многих сельскохозяйственных культур.
Применение в археологии
Меченые атомы используют для определения времени с момента гибели животных и растений и для определения возраста древних поселений. В атмосфере под действием космических нейтронов образуется радиоактивный углерод 14 C (14 N + n → 14 C + 1 H). Период полураспада 14 C составляет 5700 лет. Соотношение между устойчивым 12 C и радиоактивным 14 C изотопами углерода в организме такое же, как и в атмосфере, то есть 1 г углерода содержит около 510 10 радиоактивных атомов 14 C. В мертвом организме обмен углеродом между организмом и атмосферой прекращается. Поэтому в результате распада радиоактивных атомов углерода относительное количество в погибшем организме со временем уменьшается. Соотношение между изотопами 14 C и 12 C и период полураспада 14 C дают возможность определить время гибели животных и растений, а следовательно, и возраст древних поселений.
Меченые атомы позволили уточнить значительное количество химических реакций, в частности при добыче синтетического бензина, решить вопрос о роли катализаторов, о процессах перегонки, кристаллизации, перемешивания и многие другие процессов, уточнить и открыть новые процессы, которые происходят в живых организмах.
Область применения меченых атомов с каждым днем расширяется.
