Изотопные и радиоизотопные методы в биохимии и биофизике

Существует много способов использования ядерных реакций для химического анализа. Один из них – измерение естественной радиоактивности элементов, содержащихся в пробе.

Другой способ (активационный анализ) основан на переводе компонентов пробы в радиоактивное состояние (активации) под действием облучения – главным образом потоком нейтронов.

Наконец, можно измерить радиоактивность образца, в который предварительно добавлено определенное количество радиоактивного вещества. Важнейшим из методов этой группы является метод изотопного разбавления, применяемый главным образом при определении следовых содержаний.

Методы, основанные на измерении радиоактивности одного определенного компонента, называются радиохимическими. Для их реализации достаточно лишь простого детектора радиоактивности. Более сложное оборудование, например, -спектрометры – применяют в радиоспектроскопических методах.

С помощью методов, основанных на явлении радиоактивности (ядерно-физических), можно определять очень малые содержания (до 1 части на миллиард и ниже) многих элементов. Поэтому такие методы имеют особенно большое значение при определении ультрамалых количеств.

• Измерение естественной радиоактивности

Для определения содержания ряда элементов можно использовать радиоактивные свойства их природных радионуклидов. Необходимые предпосылки состоят в постоянстве изотопного состава и радиохимической чистоте определяемых элементов. Таким способом можно, например, контролировать содержание калия в веществах и материалах калийных производств (предел обнаружения порядка 300 мг К) или оценивать радиоактивный фон на заводах по переработке урана по величине активности одного из продуктов его распада – радона.

• Нейтронно-активационный анализ

Для активации образца чаще всего используют поток нейтронов. Основным источником нейтронов служит ядерный реактор. Наряду с этим можно использовать и некоторые радионуклиды, а также ускорители заряженных частиц.

Серьезными недостатками активационных методов анализа являются необходимость использования весьма дорогостоящего оборудования и работы с радиоактивными материалами. Следует применять все необходимые средства защиты от излучения и строго соблюдать все требования техники безопасности. При работе с долгоживущими радионуклидами дополнительным недостатком является большая длительность регистрации сигнала из-за малых скоростей счета.

Активационный анализ широко используют в криминалистике для определения ультрамалых содержаний элементов, например, в образцах волос, обрывках бумаги. Определение сверхмалых содержаний элементов бывает необходимо и при решении вопроса о подлинности или подделке предметов старины – музыкальных инструментов, произведений искусства и т.д.

• Метод изотопного разбавления

В методе изотопного разбавления к пробе добавляют известное количество изотопно меченного определяемого вещества. Затем определяемый компонент выделяют в чистом виде, например, с помощью экстракции или осаждения и измеряют активность определенной части выделенного препарата.

При использовании метода изотопного разбавления во многих случаях полного отделения определяемого компонента не требуется. Этим методом можно определять свыше 30 элементов, а также органические и биоорганические вещества в малых концентрациях- инсулин, пенициллин, витамин В 12 (в последнем случае удобно использовать изотопную метку ⁶⁰Со). Метод изотопного разбавления во многих случаях успешно конкурирует с активационным.

Применение: исследование метаболических путей, исследование механизмов и скорости поглощения и переноса органических и неорганических соединений животными и растениями, определение скорости обмена соединений, диагностические цели в медицине, фармакология (определение места и скорости усвоения препарата, исследование продуктов метаболизма), применение в качестве мутагенов, определение пищевых цепей и путей миграции животных при помощи меток. Также радиоизотопные методы применяются для оценки синтеза ДНК и РНК.