同位素稀釋法

同位素稀釋法是一種套用放射性同位素（或穩定同位素）進行化學分析的一種方法。將一定量已知放射性比度（穩定同位素則用比豐度）的同位素或標記化合物加入試樣中，與被測物質均勻混和，待交換完全後，再用化學力一法分離出被測元素或化合物，提純並測定其放射性比度（或比豐度），按其放射性比度（或比豐度）的改變，根據一定的關係式，可計算該元素在試樣中的含量。此法優點是不需定量地分離出被測元素或化合物，適用於成分複雜、分離困難的樣品分析。同位素稀釋法發展到現在，基本上可分為三個階段:測定放射性比度的同位素稀釋；亞計量同位素稀釋；亞一超當量通用同位素稀釋。

基本介紹

• 中文名：同位素稀釋法
• 外文名：Isotope dilution
• 提出時間：1932年
• 提出人：G.C. de赫維西
• 領域：生物、化學
• 學科：化學分析

簡介

自從海維西(Hevesy)等於1932年提出同位素稀釋法以來,已經按照這種“稀釋”原理創建了多種分析方法,並廣泛地套用於有機物和無機物的測定。同位素稀釋法包括穩定同位素稀釋和放射性同位素稀釋。前者使用質譜計測量質量變化,後者使用計數器測量放射性比度(單位重量物質中的放射性強度)的變化。前者所用測量儀器貴重,花費的測量時間較長,而能測出的稀釋程度較小(靈敏度較低);後者簡便易行,靈敏度可達到與活化分析相同,因而後者得到了較廣泛泛的套用和較大的發展。

發展階段

同位素稀釋法的優點是避免了複雜混合物體系定量分離、純化的困難。同位素稀釋法發展到現在,基本上可分為三個階段:

1.測定放射性比度的同位素稀釋;

2.亞計量同位素稀釋;

3.亞一超當量通用同位素稀釋。

這三個發展階段不是截然分開的,而是至今仍在交錯繼續發展。

所用的分離方法，除沉澱法外還有溶劑萃取、離子交換、色譜分離、蒸餾等方法。同位素稀釋法的準確度主要取決於：所加指示劑的純度和比活度、分出待測物的純度和比活度、指示劑稀釋的程度等。

測定放射性比度的同位素稀釋法

這種方法的最基本的原則是將穩定同位素(測定物或載體)和放射性同位素(指示劑或測定物)充分混合、交換,達到同位素稀釋後,分離出部分所測元素(多數情況是其化合物),測定其化學分離產率和放射性(求出放射性比度)。這種方法的計算公式有多種,其中主要有三種:

直接稀釋法

設A₁為指示劑引入的總放射性;A₂為分離出來的放射性(A₂<A₁)；即：w₁為指示劑引人的所測元素的重量;w_k為試樣中原來含有的所測元素(非放射性)de重量;。w₂為所測元素被分離出的重量(w₂<w_k)，s₁為指示劑的原來的放射性比度；s₂為稀釋後的放射性比度,s₂也是分出部分(w₂)的放射性比度。

按以下公式可計算出w_k:

反稀釋法

所測定的物質是放射性的,加人非放射性載體進行稀釋。在核化學研究、裂變產物分析和活化分析中常常套用。設A₀為所要求測定的放射性;w₁為加入的載體量;w₂為分離出的載體量(w₂<w₁);A₂為分出部分(w₂)的放射性，則

在生物化學研究中常常使用微量標記化合物，需要測定其含量(例如研究代謝作用後的分布),這種情況下的所測標記物的放射性比度是已知的。

設所測物的含量為w_k，其放射性比度為s₁=A₀/w_k。w₁為所加入的載體量；s2=A0/(w_k +w₁)為稀釋後的放射性比度(可以由分出部分測知),

雙重稀釋法

這種方法常用於生物化學研究中,所測物是放射性的,而且其放射性比度是未知的。

設s₁為所測物原有的放射性比度;s₂為第一次稀釋後的放射性比度,w₁(毫克)為第一次載體加入量,

亞計量同位素稀釋法

由於以上各方法都需要測定放射性比度,其中分出部分的定要套用一般化學分析法。如果能設法避免測定放射性比度這一手續,則一方面可使分析方法簡便,另一方面可使同位素稀釋法的靈敏度不受善通化學分析法的限制。1957一1958年,弗來米林(Fremilin),阿里阿加(Arriaga)和齊馬柯夫分別提出了這種不測定放射性比度的同位素稀釋法。特別是後者首先提出的套用等量萃取分離的方法,開闢了一個新途徑,大大提高了同位素稀釋法的分析靈敏冷。自1960年以來,魯澤卡(Ruzieka)等人進行了系統深人的研究,使這種分析方法得到了相當大的發展,由於這種方法的關鍵是使用亞計量試劑進行等量分離,所以被命名為亞計量法(subosti-chiolery),現在這個名稱已經在國際上被廣泛採用。

根據所用分離手段,可以分為以下幾種方法:

亞計量沉澱法

取甲和乙兩份等量放射性同位素溶液,各含待測元素。克,其放射性為A_o,放射性比度為w。將乙溶液加到含x克待測元素的試液中,進行同位素稀釋後,其放射性比度為s₁。如果從甲和乙(已與試液混合)溶液中分另l]等量沉澱出待測元素w₀克,分別測得其放射性為A_a和A_b。

這樣的方法就避免了用一般化學法定量，不必求出s₁和s₂而直接可用放射性A_a和A_b進行計算。但在實臉技術上,定量轉移沉澱是比較困難的。

亞計量萃取法

本法基本上有三種方案:

(1)齊馬柯夫法

(2)格拉申柯法

(3)雙重亞計量同位素稀釋法

亞計量離子交換法

本法的原理與以上方法類似,只是分離手段不同;一般是在兩份試液中加入示蹤劑進行同位素稀釋以後,再加入等量的亞計量絡合劑(例如EDTA兒生成中性或帶負電荷的絡合物;通過陽離子交換樹脂柱,將所測元素等量分離出來;其計算公式與亞計量萃取法相同。

從含有不同量的待測離子的溶液中等量分出很少量的該種離子,必須滿足以下三條件:

(1)絡合劑的加入量必須小於相應該離子的化學計算量;

(2)絡合劑必須與該離子定量反應;

(3)所生成的絡合物必須能夠很容易地與過剩的待測離子互相分離(這三個條件對亞計量萃取法一也類似適)。

亞一超當量通用同位素稀釋法

1974年柯拉斯(Klas)等人發展了一種稱作亞一超當量同位素稀釋的新方法;其分析技術是取用兩系列試液進行同位素稀釋,各加入同量試劑,此試劑的用量對應每份試液中所測元素量,有的是亞當量,有的是超當量,因此稱為亞一超當量同位素稀釋。通過實臉和數學推算的研究,發現以上所述亞計量同位素稀釋只是其中的一種特殊情況。本法原理既可用於直接同位素稀釋,又可用於反同位素釋;既可用來測定非放射性物質,也可用來測定放射性物質,而具有通用的特徵;於是對這種方法又稱作通用同位素稀釋法。

此法所受的限制主要是化學反應平衡常數和試劑用量。試劑用量太少時,由於實際上不產生反應產物,而不能確定同位素稀釋曲線。

套用

同位素稀釋法已廣泛用於生物化學方面，如維生素、抗生素等複雜物質的分析；有機化學方面，如胺基酸、脂肪酸、殺蟲劑、聚合物等複雜混合物的分析；無機化學方面，特別是對性質類似不易分離的稀土元素的定量測定。