放射性示蹤劑radioactive tracer亦稱“放射性指示劑”。以放射性胃明顯特徵的示蹤劑。常用的有碳14（14C）、磷32(32P)、硫35(35S)、碘131(131I)、氫3(3H)放射性同位素氫（H），碳（C），磷（P），硫（S），和碘（I）在生化反應中用來追蹤路徑，被廣泛的使用著。放射性示蹤劑也可用於追蹤於天然系統（natural system）中的分布，例如細胞或組織。放射性示蹤劑還可以用來確認天然氣冒出的位置，進而使用水力壓裂（hydraulic fracturing）技術得到天然氣。放射性示蹤劑成為了各種成像系統的基礎，例如：正電子發射計算機斷層掃描（Positron emission tomography，簡稱PET），單光子發射計算機斷層掃描（Single-photon emission computed tomography ，簡稱SPECT，或SPET）和豏（Technetium）掃描。放射性碳定年法（Radiocarbon dating）就是使用天然存在的碳14同位素作為大自然創造的任何生物的同位素標記物。
基本介紹
方法,原理,生產,示蹤劑同位素,氫,碳,氮,氧,氟,磷,硫,鎝,碘,其他同位素,套用,研究,醫藥,工業,
方法
化學元素中的同位素中唯一不同的數值為質量數。例如，同位素氫有H，H和H，且左上角的數字代表其質量數。當同位素的原子核不穩定時，那含有這種同位素的化合物，判其為放射性。其中氚（Tritium，H）就是放射性同位素的例子。
原理
使用放射性示蹤物的原理是，一個在化學化合物中的原子被另一個相同化學元素的原子所取代。然而，這個取代原子其實是放射性同位素。這個過程通常被稱為放射性標記。這個反應──放射性衰變與一般化學反應相互比較起來，可以產生更多的能量。因此，放射性同位素可存在於低濃度，它的存在也可由靈敏度高的輻射探測器檢測，如蓋革計數器（Geiger counter）和閃爍計數器 （scintillation counters）。喬治·查爾斯·德海韋西（George de Hevesy）獲1943 諾貝爾化學獎：“在化學過程研究中使用同位素作為示蹤物”（” for his work on the use of isotopes as tracers in the study of chemical processes”）。 其中放射性示蹤劑主要被用於兩種方式：
1. 當一個標記的化學化合物發生化學反應，其中一個或多個產物會含有放射性標記。藉由分析放射性同位素的狀態可以得知欲了解之化學反應其機制的詳細資訊。
2. 將某种放射性化合物引入生物體且放射性同位素提供了一個圖像示出該化合物和它的反應產物分布在生物體的方式。
生產
13C + n → 14C
32S + n → 32P + p
中子輻照在核反應爐中進行，因此示蹤劑研究在靠近反應爐本身的地方進行。另一個合成放射性同位素的主要方法是質子轟炸。質子需要利用回旋加速器（cyclotron）或是直線粒子加速器（Linear particle accelerator）加速到高能量狀態。
示蹤劑同位素
氫
氚的半衰期為 4500±8天（大約為12.32年），它是由β衰變而成。電子產生的平均能量有5.7 keV。因為所發射的電子具有相對較低的能量，經由閃爍計數的檢測效率是相當低的。但是，氫原子因有存在於所有有機化合物中這個特性，因此氚經常在生化研究中作為示蹤劑。
碳
C的衰變是通過β衰變而成，半衰期為5730年。它在地球的大氣層上層會不斷地生產，所以地表的環境中其含量非常微量。然而，利用自然產生的C來做示蹤物研究並不實際。相反地，它是由可自然產生、占所有C的1.1%的同位素C的中子輻照製成。C非常廣泛地用於追蹤有機分子通過代謝途徑的發展。
氮
氧
氟
F衰變經由正電子發射發生，半衰期為109分鐘。它是經由回旋加速器或線性粒子加速器，用此以發生質子撞擊製成O。它在放射性藥物業界是一個占有一席之地的同位素。它在PET掃描中被用來標記氟脫氧葡萄糖（fluorodeoxyglucose，FDG）。
磷
P在P之間的中子撞擊中相對產率較低。這其實也是一種β發射，其半衰期為25.4天。雖然比P更昂貴，但其所發射的電子能量較低，因而可以擁有更高的辨識率，例如DNA定序。
P和P兩種同位素在標記核苷酸和其他含有一個磷酸基團的物種方面非常有用。
硫
S是經由Cl之間的中子撞擊取得：
Cl + n →S + p
它通過β衰變而成，半衰期為87.51天。它被用於標記含硫胺基酸（amino-acids）甲硫氨酸（methionine）和半胱氨酸（cysteine）。當硫原子在一核苷酸的磷酸基上取代氧原子，接著一個硫代基產生，所以S能也可以用於追蹤磷酸基團。
Cl + n →S + p
它通過β衰變而成，半衰期為87.51天。它被用於標記含硫胺基酸（amino-acids）甲硫氨酸（methionine）和半胱氨酸（cysteine）。當硫原子在一核苷酸的磷酸基上取代氧原子，接著一個硫代基產生，所以S能也可以用於追蹤磷酸基團。
鎝
Tc是一種用途很廣的放射性同位素。它很容易在𨱏-99m發生器中經由Mo衰變產生。
Mo →Tc + e+ Ve
鉬（molybdenum）同位素具有大約66小時（2.75天）的半衰期，所以，發生器大約有兩個星期的使用壽命。大多數商業用Tc發生器採用柱色譜法（柱層析，Column chromatography），在Mo還處於鉬酸的形式──MoO4時會吸附在酸化氧化鋁上（Al2O3）。當Mo衰變時，形成過𨱏酸鹽 TcO4，由於其單電荷，所以不太能與氧化鋁緊密結合。通過固定化柱，生理鹽水溶液Mo洗脫可溶性Tc，導致在含有鹽溶液的Tc作為高𨱏酸鹽的溶解鈉鹽。過𨱏酸鹽須利用還原劑如Sn和配體（Ligand）來處理。不同的配體形成配合物（coordination complexes ）而使𨱏在人體特定部位產生更強的親和力。
Mo →Tc + e+ Ve
鉬（molybdenum）同位素具有大約66小時（2.75天）的半衰期，所以，發生器大約有兩個星期的使用壽命。大多數商業用Tc發生器採用柱色譜法（柱層析，Column chromatography），在Mo還處於鉬酸的形式──MoO4時會吸附在酸化氧化鋁上（Al2O3）。當Mo衰變時，形成過𨱏酸鹽 TcO4，由於其單電荷，所以不太能與氧化鋁緊密結合。通過固定化柱，生理鹽水溶液Mo洗脫可溶性Tc，導致在含有鹽溶液的Tc作為高𨱏酸鹽的溶解鈉鹽。過𨱏酸鹽須利用還原劑如Sn和配體（Ligand）來處理。不同的配體形成配合物（coordination complexes ）而使𨱏在人體特定部位產生更強的親和力。
Tc衰變是經由γ射線形成，半衰期為6.01小時。其極短的半衰期確保檢體內濃度的放射性同位素在幾天之內有效的下降到零濃度。
碘
I是由Xe的質子照射產生。銫同位素產生時並不穩定，且會衰減到I。同位素通常會在稀氫氧化鈉溶液中以高同位素純度提供碘化物和次碘酸。I也已經被橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratories）通過Te的質子撞擊生產成功。
I衰變是經由電子捕獲產生，其半衰期為13.22小時。其所發射之159keV的γ射線被用於單光子發射計算機斷層顯像（SPECT）。127keV的γ射線也有射出。I經常採用放射免疫測定，因為它擁有相對長的半衰期（59天）和其通過γ計數器來檢測具有高感測度的功能。
I與核武器有著莫大的關係。俄羅斯的車諾比核災以及福島核災就是非常著名的例子。I的半衰期為1570萬年，它用其低能量的β和伽瑪射線放射，進行緩慢的衰變過程。它不能用作示蹤劑，儘管它可以用在生物體上，包括人類，可能會被偵測出對生物體有害的γ射線的存在。
其他同位素
許多其它同位素已用於專門放射藥理學研究。最廣泛使用的是用於鎵掃描的Ga。至於Ga會被挑來使用，如同Tc，是因為它是伽瑪射線發射器而且各種不同的配體可以附著到Ga離子，從而形成配合物，使其在人體內特定部位具有選擇性親和力。
在水力壓裂中使用的放射性示蹤劑的較詳細說明中可以參考下面套用條目。
套用
研究
在代謝研究中，氚和以14C標記的葡萄糖中常用的葡萄糖箝位（glucose clamps）測量葡萄糖攝取速率，脂肪酸合成，以及其它代謝過程。雖然放射性示蹤劑有時仍然用在人類研究中，我們所用之較穩定同位素示蹤劑如13C更適合用於當前人類箝位研究。放射性示蹤劑也用於研究在人類和實驗動物中脂蛋白的新陳代謝。
醫藥
在醫藥學中，示蹤劑被套用於一些檢驗，比如99mTc在放射自顯影（Autoradiography）和核醫學（nuclear medicine），包括單光子發射計算機斷層顯像（SPECT），正電子發射斷層掃描（PET）和顯像。在為幽門螺旋桿菌（helicobacter pylori）所做的尿素呼氣試驗的常用劑量為經14C標記的尿素檢測幽門螺旋桿菌的感染與否。如果標記的尿素被位於胃中的幽門螺旋桿菌代謝，患者的呼吸將含有被標記的二氧化碳。在近幾年來，利用富含非放射性的同位素物質13C已成為首選方法，避免患者暴露於放射性環境中。
工業
在水力壓裂中，放射性示蹤劑同位素當作水力壓裂液注射，以確認注入剖面和形成裂縫的位置。示蹤劑的不同半衰期可用在水力壓裂的每一個特定階段中。在美國每次注射的放射性核素的量會被列在美國核管理委員會（NRC）的指導方針。根據NRC，一些最常用的示蹤劑包括銻-124（antimony），溴-82，碘-125，碘-131，銥-192（iridium），和鈧-46（scandium）。在2003年，由國際原子能機構出版的刊物證實了經常使用的以上所有的示蹤劑，並且表示，錳-56（ manganese），鈉-24，𨱏-99m，銀-110m，氬-41，和氙-133（xenon）也被廣泛使用，因為它們易於識別和測量。
