روشهاي راديو اكتيو در آناليز[1]

روشهاي راديو اكتيو در آناليز[1]

 

بسياري از روشهاي راديوايزوتوپ در آناليز داراي حساسيت بالايي بوده و  مي توان اغلب تا ^15-10 گرم ماده راديواكتيو را بوسيله پرتوهای با انرژي بالا، که در مدت تجزيه رادیو اکتیو گسیل می شوند،  اندازه گيري نمود. علاوه بر آن چنانچه مسئله اي بتواند اصطلاحاً بصورت «چه اندازه و به كجا ميرود؟ »  يا  «چه اندازه و چه زماني مي رود؟» بيان گردد، ممكن است راديوايزوتوپ بتواند براي حل آن بكار رود. اين روشها براي بعد وسيعي از فاصله و زمان قابل استفاده هستند، مثلاً براي ردپای حركت اتمها در مولكول در پديده هايي چون فوتوسنتز، يا جابجايي آثار بمب هاي هسته اي در اطراف كره زمين. همچنين مي توانند براي تعيين نيمه عمر متوسط سطوح هسته اي در حدود ^9-10 ثانيه و يا تعيين عمر صخره هاي كره ماه در حدود ميليون ها سال مورد استفاده قرار گيرند.

اگر چه روشهاي راديو ايزوتوپ مي توانند در زمينه هاي مختلف مطالعات علمي بكار روند، اغلب شيمیدان ها، بیوشیمیدان ها يا محققان رشته پزشکی هستند كه با ماده راديواكتيو بدون پوشش (باز) كار مي كند. معمولاً فرض مي شود كه راديوايزوتوپ مشابه ایزوتوپ پايدار خود رفتار مي نمايد و هيچ عامل فيزيكي يا شيميايي نمي تواند خواص آنرا تغيير دهد. فرض فوق، فرض كاملاً صحيحي است، ولي وضعيتهاي خاصی وجود دارند كه در آنها انحراف واضحی  از اين فرض مشاهده مي شود. اين انحرافات مربوط به اثرات جرم، اثرات غلظت پايين، حالتهاي اكسيداسيون غير منتظره و انحراف تعادل سري هاي تجزيه مي باشد. بسياري از کاربران  راديو ايزوتوپ بدليل ناديده گرفتن يك يا تعدادي از اين استثناءها، مواجه با نتايج غير مترقبه اي مي شوند.

 

اثرات جرم

كليه راديوايزوتوپها داراي جرم متفاوت از جرم ايزوتوپهاي پايدار مي باشند، بنابراين هر اثري كه به جرم بستگي دارد، مانند سرعت پخش[2]  يا آهنگ ارتعاش پيوندهاي شيميايي، براي ايزوتوپهاي مختلف متفاوت خواهد بود. در مورد تريتيوم كه جرم آن سه برابر جرم هيدروژن است، تفاوت بسيار مشهود است و 10 درصد كاهش يا بيشتر از 10 درصد مي تواند در ميزانهاي واكنش، بين H¹ وH³ وجود داشته باشد. در جرمهاي اتمي بالا، اختلاف در ميزانهاي واكنش نسبتاً بي اهميت مي گردد: براي C¹⁴ ، انتظار مي رود كه خطا از يك درصد ميزان واكنش C¹² تجاوز كند، و با افزايش عدد اتمي كاهش مي يابد ( با اين حال بايد بخاطر داشت كه برنامه هاي نيروگاههاي هسته اي بطور وسيعي بستگي به جداسازي ₆UF²³⁵  از ₆UF²³⁸ بوسیله پدیده پخش  يا سانتريفوژاسيون گازي[3]  دارد با اينكه اختلاف جرم آنها 3 در 350 است.

صرفنظر از اثر ايزوتوپي وسيع، تريتيوم به طريق ديگر از قبيل سهولت حركت در داخل مولكول حالت غير معمولي دارد. در بسياري از مولكولها، هيدروژن به ناپایا و متغیر بودن معروف است، و اين جابجايي معمولاً مي تواند با بكار بردن مولكولهاي نشاندار شده با تريتيوم ردیابی گردد. علاوه بر آن اگر يونيزاسيون وجود داشته باشد، تعويض سريع تريتيوم با محلولهاي آبي وجود خواهد داشت.

 

اثرات غلظت پايين

مواد راديو شيميايي معمولاً بصورت بسيار خالص تهيه مي گردند. بالاترين اكتيويته مخصوص وقتي حاصل مي شود كه همه اتمهايي كه بايد نشاندار شوند، راديو اكتيو باشند و اتم غير اكتيوي كه بتواند سيستمهاي نشاندار شده را رقيق كند، وجود نداشته باشد. اكتيويته ویژه معمولاً برحسب ^1-Bq g (يا ^1- Ci g در كاتالوگهاي قديمي) بيان مي شوند. اكتيويته مخصوص تركيبات نشاندار، اغلب در واحدهاي اكتيويته بر مول، مثلاً MBq در ميلي مول، بيان مي گردد. اكتيويته ویژه ماگزيمم با نيمه عمر نسبت عكس دارد، و بنابراين چنانچه اكتيويته هاي ویژه  بالا براي نشاندار كردن مثلاً كروموزوم ها براي اتوراديوگرافي مورد نياز باشد، سعي مي شود كه ماده اي با نيمه عمر كوتاه بكار رود و لذا H³ به C¹⁴ برتري خواهد داشت.

در مورد P³² اكتيويته ویژه  ماگزيمم برابر^1- PBq g12 است. مركز راديوشيمی[4]  اكتيويته ویژه  را بصورت «حداقل ^1-PBq g7/3 » بيان مي كند. اگر اين ماده خريداري شود و در آزمایشگاه بخصوصی فقط نياز به MBq7/3 باشد، بنابراين لازم خواهد بود كه با ^9-10 گرم كه بسادگي تلف مي گردد، كار شود. اين مقدار ماده براحتي مي تواند در ديواره هاي كانتينر شيشه اي يا ذرات معلق در محلول جذب سطحي گردد. براي مقابله با اين رفتار، بسيار معمول است كه تركيب حمل كننده غير فعالي در همان فرم شيميايي راديو ايزوتوپ اضافه گردد بطوريكه غلظتهاي شيميايي در حد معمولي بوده و عمليات معمولي بتوانند انجام گيرند. براي اين منظور تقريباً يك ميلي گرم از حمل كننده كافي است ولي براي رفع آلودگي، مقادير بيشتري بكار مي روند. مسئله تلف شدن اكتيويته از محلولهاي عاری از همراه بر در مورد بعضي يونهاي مثبت مانند ⁺³Fe⁵⁹  و ^mAg⁺¹¹⁰ جدي است، چرا كه بيشتر از 25 درصد مي تواند بر اثر جذب در ديواره هاي ظرف شيشه اي حاوي آنها تلف گردد. اگر عنصر راديواكتيو داراي ايزوتوپ پايدار نباشد، مي توان بعنوان همراه بر، ماده شيميايي مشابه آنرا بكار برد. مثلاً La براي پلوتونيوم، Ba براي راديوم و Mn براي تكنسيوم. وقتي كه جداسازي راديوايزوتوپ بخصوصي از مخلوط ايزوتوپهاي توليد شده در واكنشهاي هسته اي مورد نظر باشد، غالباً لازم است از حامل های «پنهان نگهدارنده[5]» استفاده شود تا از تداخل اكتيويته هايي كه همراه با اكتيويته «كوچك» (كه بدنبال آنها   مي گردیم) رسوب مي كنند، جلوگيري شود. اين مورد مخصوصاً در پرتودهي مواد بيولوژيكي وقتي كه Na²⁴ و Br⁸² مي توانند از پرتودهي ماتريس حاصل شوند بكار مي رود، بنابراين حامل سديم و برم در فرم شيميايي مناسب قبل از خالص سازی شيميايي افزوده مي شوند. در بعضي از حالات بيشتر از يك خالص سازي شيميايي ضروري مي باشد.

هر چند كه حامل ها در دستجات مختلف قرار مي گيرند، بايد متذكر شد كه بعضي از رسوبات «كركي»[6] قوياً باردار مانند³Fe(OH) ، ³Al(OH) و³LaF همانند «جاروب كننده»[7] ، براي انتقال دادن مقادير ناچيز يونهاي راديواكتيو از محلول، عمل خواهند نمود. اين رفتار داراي كاربردهايي در تصفیه  شيميايي بوده و در بعضي از روشهاي توليد بكار رفته است، اما مهمترين كاربرد آن در رفع اكتيويته از سیالات جاری[8] مي باشد.

با توجه به مطالب اين پاراگراف واضح است كه جرمهاي كوچك و غلظتهاي پايين از بكاربردن روشهاي قابل عملكرد جلوگيري مي كنند. مثلاً نمكهاي نامحلول، اگر حاصل محلوليت تجاوز نكرده باشد، رسوب نمي كنند و بعضي تعادلهاي شيميايي در غلظتهاي پايين غير عادي مي باشند. افزودن حامل، اكتيويته ویژه را پايين مي آورد و بنابراين روشهاي جداسازي براي مواد با اكتيويته ویژه بالا معمولاً بايد براساس انتقال يون با استفاده از تبخير، تعويض يوني يا كروماتوگرافي پي ريزي شوند.

اكتيويته در واحد جرم، اكتيويته ویژه است. چنانكه براي عنصر بكار رود، برابر نسبت تعداد اتمهاي راديواكتيو موجود به تعداد كل اتمهاي موجود در عنصر خواهد بود، بنابراين به تدريج كه اكتيويته واپاشی مي گردد، كاهش مي يابد و اتمهاي اكتيو به اتمهاي پایداری تبديل مي شوند. معمولاً به صورت واحدهاي اكتيويته بر واحدهاي جرم  یا مشتقات آنها  بيان مي گردد.  مثلاً         ^1-Bqg   و  يا  ^1-Ci g. براي تركيبات نشاندار، معمولاً اكتيويته بر مول يا اجزاء آن مانند mBq بر ميلي مول يا mCi بر ميلي مول بكار مي روند. اكتيويته ویژه اصطلاحي براي بيان اكتيويته محلول نمي باشد. وقتي صحبت از 'غلظت اكتيويته' مي شود، منظور تعداد دفعاتي است كه آن وجود دارد. در مورد p³² اكتيويته مخصوص تئوري بدون وجود هرگونه اتم ديگر فسفر برابر ^1-PBq g12 (^1-Ci g 10⁵ ´ 3/3) است. مركز راديوشيمي اكتيويته مخصوص P³² را بصورت حداقل  ^1-PBq g 7/3 (^1-Ci g 10⁵) بيان مي كند و در مواقعي كه مناسب باشد،     اكتيويته هاي ویژه و چنانچه لازم باشد غلظتهاي محصولات خود را در كاتالوگها ذكر مي كند.

---

[1] برای جلوگیری از اشتباه با تجزیه شیمیایی در متن ترجمه برای Analysis از کلمه آنالیز استفاده شده است.

[2] . Diffusion

[3]  . Gas Centrifugation

[4] . Radio Chemical Centre

[5] . Hold-Back

[6] . Flocculant

[7]. Scavenger

[8] . Effluent