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放射性同位素C-14的應用

來源:未知作者:趙亭 點擊:所屬專題: 碳十四 同位素
自然界中碳元素有三種同位素,即穩定同位素 12 C、 13 C和放射性同位素 14 C, 14 C的半衰期為5730年, 14 C的應用主要有兩個方面:一是在考古學中測定生物死亡年代,即放射性測年法;二是以 14 C標記化合物為示蹤劑,探索化學和生命科學中的微觀運動。 一、 14 C測年法

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    自然界中碳元素有三種同位素,即穩定同位素12C、13C和放射性同位素14C,14C的放射性同位素C-14的應用半衰期為5730年,14C的應用主要有兩個方面:一是在考古學中測定生物死亡年代,即放射性測年法;二是以14C標記化合物為示蹤劑,探索化學和生命科學中的微觀運動。

一、14C測年法

  自然界中的14C是宇宙射線與大氣中的氮通過放射性同位素C-14的應用核反應產生的。碳-14不僅存在于大氣中,隨著生物體的吸收代謝,經過食物 鏈進入活的動物或人體等一切生物體中。由于碳-14一面在生成,一面又以一定的速率在衰變,致使碳-14在自然界中(包括一切生物體內)的含量與穩定同位 素碳-12的含量的相對比值基本保持不變。

  當生物體死亡后,新陳代謝停止,由于碳-14的不斷衰變減少,因此體內碳-14和碳-12含量的相對比值相應不斷減少。通過對生物體出土化石中 碳-14和碳-12含量的測定,就可以準確算出生物體死亡(即生存)的年代。例如某一生物體出土化石,經測定含碳量為M克(或碳-12的質量),按自然界 碳的各種同位素含量的相對比值可計算出,生物體活著時,體內碳-14的質量應為 m克。但實際測得體內碳-14的質量內只有m克的八分之一,根據半衰期可知生物死亡已有了3個5730年了,即已死亡了一萬七千二百九十年了。美國放射化 學家W.F.利比因發明了放射性測年代的方法,為考古學做出了杰出貢獻而榮獲1960年諾貝爾化學獎。

  由于碳-14含量極低,而且半衰期很長,所以用碳-14只能準確測出5~6萬年以內的出土文物,對于年代更久遠的出土文物,如生活在五十萬年以前的周口店北京猿人,利用碳-14測年法是無法測定出來的。

二、碳-14標記化合物的應用

  碳-14標記化合物是指用放射性14C取代化合物中它的穩定同位素碳-12,并以碳-14作為標記的放射性標記化合物。它與未標記的相應化合物具有相同的化學與生物學性質,不同的只是它們帶有放射性,可以利用放射性探測技術來追蹤。

  自 20世紀 40年代,就開始了碳-14標記化合物的研制、生產和應用。由于碳是構成有機物三大重要元素之一,碳-14半衰期長,β期線能量較低,空氣中最大射程 22cm,屬于低毒放射性同位素C-14的應用核素,所以碳-14標記化合物產品應用范圍廣。至80年代,國際上以商品形式出售的碳-14標記化合物,包括了氨基酸、多肽、蛋白質、 糖類、核酸類、類脂類、類固醇類及醫學研究用的神經藥物、受體、維生素和其他藥物等,品種已達近千種,約占所有放射性標記化合物的一半。

  以碳-14為主的標記化合物在醫學上還廣泛用于體內、體外的診斷和病理研究。用于體外診斷的競爭放射性分析是本世紀60年代發展起來的微量分析 技術。應用這種技術只要取很少量的體液(血液或尿液)在化驗室分析后,即可進行疾病診斷。由于競爭放射性分析體外診斷的特異性強,靈敏度高,準確性和精密 性好,許多疾病就可能在早期發現,為有效防治疾病提供了條件。

  碳-14標記化合物作為靈敏的示蹤劑,具有非常廣泛的應用前景。

(責任編輯:化學自習室)
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