基本介紹
研究原理,穩定同位素,放射性同位素,中國實驗室舉例,安全管理規定,
研究原理
穩定同位素
穩定性同位素及其化合物之間的化學性質和生物性質是相同的，只是具有不同的核物理性質。因此，可以用穩定性同位素作為示蹤原子，製成含有穩定性同位素的標記化合物，利用其與相應非標記元素的不同特性，通過質譜儀、核磁共振儀等分析儀器來測定穩定同位素反應後的位置、數量及其轉變數等，從而了解反應的機理、途徑、效果等。由於穩定性同位素不具有放射性，無論在分離、標記化合物合成及套用過程中均無特殊防護要求，操作簡便、使用安全、無毒性，可直接用於動物及人體的營養學、臨床醫學研究及醫療診斷等等諸多領域。
在醫學領域，穩定性同位素產品已廣泛套用於醫學領域的臨床研究、多種疾病的診斷與鑑別、病情判斷、治療效果評價、臟器功能研究和新藥開發等方面，如PET診斷、13C-尿素呼氣法檢測幽門螺旋桿菌、腫瘤治療（硼中子捕獲療法）、藥物研究等。
在生命科學領域，核磁共振（NMR）和質譜（MS）波譜研究不同蛋白質種群的結構、功能等需要穩定性同位素整合技術，其中包括同位素編碼親和標記方法（ICATTM）、細胞培養中胺基酸穩定同位素標記技術（SILAC）、目標蛋白的絕對定量分析方法（AQUATM）等。穩定性同位素通過生物代謝引入、酶解引入或化學性引入到蛋白質等生物大分子中，通過大型儀器分析後選用分子生物學軟體處理可以得到生物大分子的結構圖。
在農業科研領域，穩定性同位素15N、13C廣泛套用於植物生理生化研究、土壤與植物營養研究、植物保護研究、水稻、花卉、農產品等作物的改良研究、草地的氮素循環研究等方面。在農業上套用的穩定性同位素產品大部分為低豐度產品。低豐度的15N標記尿素、15N標記硫酸銨、15N標記硝酸銨、15N標記氯化銨等無機鹽類是比較常用的肥料示蹤劑。
在環境科學研究中，在不同的環境條件下，穩定性同位素的組成會有一定的差異，氮同位素就是一種很好的污染物指示劑。在生態系統污染的監測中，測定的15N值還可以作為水域環境污染程度指標。通過使用穩定性同位素技術，可以使生態學家測出許多隨時空變化的生態過程，同時又不會對生態系統的自然狀態和元素的性質造成干擾。穩定性同位素15N能夠被用來測定植物通過氮固定或吸收土壤NH4+及NO3-獲得氮素相對比率；確定土壤中碳和氮周轉速率；判定N2O的來源（硝化細菌或反硝化細菌）；確定食物鏈的長度；確定空氣和水體污染物的來源；如何確定植物的分布區域等。
在分析測試領域，食品、農藥殘留、興奮劑、海洛因的檢測中，穩定性同位素技術具有獨特的作用。在地質學、地球化學、古生物學、生態學等研究中也有著廣泛的套用。穩定同位素標記化合物還可作為NMR和質譜儀等分析檢測方法的內標物等。
在雷射領域，20Ne、22Ne和3He是製備氦-氖雷射器的關鍵材料。這種雷射器可以用於雷射陀螺，而雷射陀螺是一種新型的慣性導航部件，它主要套用於各種型號、規格的衛星、飛機、艦船的導航及定位、定向系統。
在核能發電領域的套用：10B用於控制核反應速度，使核反應堆安全、穩定運行；用於核反應堆的防護材料等。10B亦有代替氦3用於製作中子探測管。
在半導體行業，28Si具有更好的晶體結構，提高了熱導率，可用於半導體晶片基礎材料，緩解因半導體晶片尺寸縮小，電流密度增大而帶來的溫度升高。ND3可用來製作氮化矽和氧氮化矽的鈍化薄層。當擴散部分的氘取代失去的氧氣時，有較重介子質量的氘以增加特定的電晶體壽命。
放射性同位素
放射性同位素示蹤法在生物化學和分子生物學領域套用極為廣泛，它為揭示體內和細胞內理化過程的秘密，闡明生命活動的物質基礎起了極其重要的作用。同位素示蹤技術在原基礎上又有許多新發展，如雙標記和多標記技術，穩定性同位素示蹤技術，活化分析，電子顯微鏡技術，同位素技術與其它新技術相結合等。由於這些技術的發展，使生物化學從靜態進入動態，從細胞水平進入分子水平，闡明了一系列重大問題，如遺傳密碼、細胞膜受體、RNA-DNA逆轉錄等，使人類對生命基本現象的認識開闢了一條新的途徑。
中國實驗室舉例
中國境內可進行同位素分析的實驗室至少有數百個，舉例如下：
中國科學院同位素年代學和地球化學重點實驗室。該實驗室成立於2004年，其前身是奠定我國元素和同位素地球化學研究基礎的第一個稀有元素礦物化學實驗室（1956年）和第一個同位素絕對年齡實驗室（1960年）。實驗室依託“地球化學”、“礦物學、岩石學、礦床學”、“構造地質學”和“環境科學”等4個具有博士學位授予權的二級學科，定位於基礎研究，致力於發展同位素和元素地球化學理論和技術方法，揭示地球內部和淺表地質體的物質組成及演變規律，深化對地球形成演化、地球各層圈相互作用以及各種地質過程的認識，闡明其對礦產資源形成和環境變化的制約，為解決資源環境領域重大科學問題提供理論依據。
中國科學院地質與地球物理研究所環境同位素實驗室。該實驗室具有MAT 253氣體同位素比值質譜，並配備有Flash EA 1112型元素分析儀、TC/EA高溫裂解轉化裝置、Trace GC 2000型氣相色譜儀和GasBench II型碳酸鹽反應裝置。這些外設可以與MAT 253氣體同位素比值質譜在線上工作，從而實現線上測定固體或液體樣品中C、N、H、O等穩定同位素比值，有機單化合物的C、N、H、O同位素比值和碳酸鹽中的C、N同位素比值。
中國農業科學院農業環境穩定同位素實驗室。該實驗室主要從事環境穩定同位素的方面的研究工作，包括水體硝酸鹽污染物溯源研究；溫室氣體CH4、CO2、 N2O同位素特徵；有機食品同位素規律；硝化與反硝化作用 N2O的 α、β同位素特徵等。開發針對不同研究的同位素測定技術研究，例如水體反硝化作用氮氧同位素的測定技術、水體DIC同位素測定方法、土壤硝態氮與銨態氮的同位素測定技術。同時開展一些同位素測定服務工作，可以分析的元素包括H、C、N、O和S的穩定同位素。
國土資源部同位素地質重點實驗室。該實驗室由中國地質科學院地質研究所和礦產資源研究所共建而成，該實驗室的前身為中國地質科學院同位素地質實驗室，成立於1958年，是國內最早建立的同位素地質實驗室之一。1990年成為原地質礦產部同位素地質開放實驗室，2003年改名為國土資源部同位素地質重點實驗室。
安全管理規定
以下主要介紹放射性同位素實驗室的主要安全要求。
從事放射工作的人員必須具備相應的專業及防護知識和健康條件，並提供相應的證明材料及工作人員健康檔案。工作人員配備專用的工作服、鞋、帽、口罩、套袖、手套、防毒面具等個人防護用品。
放射性同位素不得與易燃、易爆、腐蝕性物品放在一起，其貯存場所必須採取有效的防火、防盜、防泄漏的安全防護措施，並指定專人負責保管。貯存、領取、使用、歸還放射性同位素時必須進行登記、檢查，做到帳物相符。
實驗室內避免使用易割破皮膚的容器和器皿。凡臉部、手部有傷口或患病的工作人員，應停止進行放射性的工作。
放射性工作檯面及易被污染的處所應鋪設易清除污染的材料（如瓷磚、塑膠布、橡皮板、玻璃等）。放射性實驗室應備有放射性同位素的有效清洗劑（如肥皂、碳酸鈉等去污劑），並備有污物桶、廢物貯存瓶和必要的防護用具。
大量同位素分裝應在專用的房間內進行，並設有相應的防護禁止，設定計量檢測儀器及必要的應急工具。放射性實驗室處理粉末或易揮發的放射性物質時，必須在通風櫥內（或手套箱內）進行，身體受到意外沾污時，應立即洗淨並及時到醫院檢查。
