放射化學石磊放射化學與放射毒理學教研室吉林大學公共衛生學院放射化學(Radiochemistry)

(FromWebster’sNewWorldDictionary,ThirdCollegeEdition,p1108)

Radiochemistryisthebranchofchemistrydealingwithradioactivephenomena.放射化學1910年由卡麥隆（Cameron）提出，是近代化學的一個分支學科，是研究有關放射性現象的一門科學。課程要求1.了解放射化學的發展簡史及在我國的概況2.掌握放射化學的基本概念和研究內容3.掌握放射化學的特點第1章緒論第1章緒論1.1放射化學發展簡史1.2放射化學研究的內容1.3放射化學的特點1.4常用的放射性單位及概念1.1放射化學發展簡史（1）初期階段（1896-1931）－天然核輻射現象的發現（2）發展階段（1932-1942）－人工放射性和裂變現象的發現（3）近代階段（1943-1969）－核反應堆技術應用于核武器（4）現代階段（1970-至今）－核能的大規模和平利用W.Roentgen'sdiscoveryofx-rays

（1）初期階段放射性和放射性元素的發現W.Roentgen'sdiscoveryofx-rays

（1）初期階段In1895,W.Roentgen在他的實驗室首先發現了X射線。H.BecquerelThediscoveryofRadioactivity

（1）初期階段TheNobelPrizeinChemistry1911

成功發現放射性核素鐳和釙，又成功提取了核素鐳

（1）初期階段

（1）初期階段法揚斯K.KasimirFajans(1887

1975)（1）初期階段（2）發展階段

1932年，J.Chadwick發現中子

1934年，I.Curie和F.Curie首次獲得了人工放射性核素

1939年，O.Hahn發現原子核裂變現象

1942年，E.Fermi設計出第一座核反應堆（2）發展階段人工反應與人工放射性元素的發現

（2）發展階段TheNobelPrizeinChemistry1944OttoHahn,GermanyFissionofUranium第一代核武器的特點地點爆高(m)當量（萬頓TNT）充料短時死亡人數廣島580±151.25±0.1235U約20萬長崎503±102.2±0.2239Pu約14萬

利用235U和239Pu等重原子核裂變反應，瞬時釋放出巨大能量而產生殺傷破壞作用。2萬頓TNT原子彈各因素損傷半徑損傷因素地爆（km）空爆（km）光輻射（熱燒傷）0.8/2.0※1.1/2.9

沖擊波（沖擊傷）1.0/1.81.1/2.0

早期核輻射（輻射病）1.2/1.51.2/1.5

落下灰（放射性污染）大面積污染，隨風向、風力大小變化

※

重度損傷半徑/輕度損傷半徑原子彈爆炸能量的表現方式瞬時光輻射、沖擊波、早期核輻射與放射性落下灰等。原子彈爆炸1945美國進行了第一顆原子彈爆炸試驗1949-9-22原蘇聯第一顆原子彈1952-1-3英國第一顆原子彈1952-10-31美國第一顆氫彈1953-8-10原蘇聯第一顆氫彈1960-2-13法國第一顆原子彈1964-10-16中國第一顆原子彈（2萬噸TNT）1967-6-17中國第一顆氫彈蘑菇云（3）近代階段

喜訊不斷氫彈爆炸（4）現代階段能源－核電站基礎醫學－放射性核素作示蹤劑臨床醫學－放射性藥物藥劑學－放射性標記化合物1958年，

在衡陽建立鈾水冶廠；1963年，在蘭州建立用氣體擴散法富集235U的工廠；1964年，富集235U豐度達90％以上；1964年，建立404核燃料后處理廠；現已退役。1964年10月16日，第一顆原子彈成功爆炸；1967年6月17日，第一顆氫彈成功爆炸；1971年9月，建造核潛艇；1991年12月15日，秦山核電站I期建成發電；II期在建設中；1993年，廣東大亞灣核電站建成發電；嶺澳核電站在建設中。中國核科學發展里程碑放射化學的發展1898年M.Curie用放射化學方法發現放射性元素鐳、釙；1910年，英國的Cameron提出將其作為一個獨立的分支；已有100多年輝煌的發展歷程；基本理論已經發展成熟;已經走過獨立發展的階段，逐步走向與各學科的橫向結合，成為各學科廣泛應用的技術手段。目前，隨著能源需求形勢的發展，在世界范圍內有再次走向輝煌的態勢。1.2放射化學研究的內容（2）放射性元素化學：研究天然和人工放射性元素及其化合物的化學性質、制備方法。（1）基礎放射化學：研究放射性物質的物理化學行為和狀態及其分離、純化方法和原理。（3）放射分析化學：研究放射性核素及其制劑的分析、測量和純度鑒定方法。（4）環境放射化學：研究放射性物質在環境中的遷移和轉化問題。（5）應用放射化學：研究放射性核素在工業、農業、國防、醫學等各個領域中的應用。低濃度時放射性物質的物理化學行為和狀態；吸附、共沉淀、膠體等物理化學行為和狀態。研究放射性物質的分離、純化方法及其原理。共沉淀法、溶劑萃取法、離子交換法、色譜法等。(1)基礎放射化學（BasicRadiochemistry）天然放射性元素化學研究天然放射性元素(U、Th、Ra、Po)的化學性質，以及有關它們的提煉精制的化學工藝，重點是鈾和釷；人工放射性元素化學主要研究人工放射性元素的化學性質和核性質,以及它們的分離、純化和精制的化學過程,重點是钚等超鈾元素和主要的裂片元素。如239Pu(核燃料）、99mTc（核醫學中廣泛應用）等。(2)放射性元素化學（ChemistryofRadioelements）研究放射性物質的分離分析方法以及核技術在分析中的應用。突出成功的分析方法是中子活化分析；帶電粒子激發X熒光分析及其微區掃描；同位素稀釋法；加速器質譜分析等。（3）放射分析化學（RadioanalyticalChemistry）針對環境中的放射性污染,重點研究與放射性廢物的處理和處置有關的各種化學問題；利用示蹤技術研究污染物質在環境中的遷移和轉化問題；當前在錒系元素和裂變產物的核素遷移方面進行著大量的工作。（4）環境放射化學（EnvironmentalRadiochemistry

）研究放射性核素和放射化學方法在各領域的應用，包括在工業、農業、醫學、考古、環境科學等方面的應用。合成用于診斷各種疾病的新藥物，諸如心肌顯像藥物、腦顯像藥物；為核醫學對各種臟器多種疾病的診斷和治療,以及為研究人體的體內動態生理活動提供藥物。(5)應用放射化學（AppliedRadiochemistry）1.3放射化學的特點放射性：在涉及放化操作的整個過程中，放射性核素一直按固有的速率衰變，并釋放出帶電粒子或射線。這是放射化學最重要的特點。不穩定性：由于放射性物質總是在不停地衰變，由一種物質轉變為另一種或多種物質，使研究體系的組成不斷發生變化。這就要求相應的快化學研究方法。低濃度和微量性：放射性物質的量通常都比較小（g、ng級），低于一般的化學方法的檢出限。操作中要注意丟失現象。放射性(radioactivity)

：原子核自發地發射粒子(如α，β，p，14C，…)或電磁輻射、俘獲核外電子，或自發裂變的現象稱為放射性。放射性

優越性

使研究方法的靈敏度大大提高定性分析：根據測定射線能量的大小來確定它是什么放射性核素；定量分析：根據輻射出射線的濃度或強度，來確定放射性核素的含量。

通過放射性示蹤技術，研究化學反應過程中各個階段的變化

危害性

放射線可能對人體產生輻射損傷

產生一系列特殊的物理化學效應，使研究體系復雜化放射性放射性衰變(radioactivedecay)

：放射性核素在射出射線的同時轉變成其它的放射性核素或本身穩定性同位素的過程。不穩定性

衰變

衰變

衰變α衰變的位移定則：核電荷數減少2意味著子核在元素周期表中的位置左移2格。β衰變的位移定則：子核在元素周期表中的位置右移1格。放射性衰變

+

（高能電子波）

+

+

（電子）

在放射化學中，不能用普通的分析化學中常用的化學純、分析純、光譜純等，而必須用放射性核純度和放射化學純度來衡量放射性物質的純度。

使放射性核素的制備、分離、純化和鑒定工作復雜化。

由于放射性衰變，不斷有子體產生，純度會不斷變化。

不穩定性

易產生吸附

放射性核素的吸附現象(AdsorptionPhenomenaofRadionuclides)

易與常量物質共沉淀

放射性核素的共沉淀現象(CoprecipitationPhenomenaofRadionuclides)

易形成放射性膠體

放射性膠體(Radiocolloid)低濃度和微量性adsorb(v)吸附

adsorbate(n)吸附質，被吸附物

adsorbent(n)吸附劑，(a)吸附的

adsorbable(a)可吸附的

adsorbability(n)吸附力

adsorption(n)吸附，吸附作用

desorption(n)解吸附作用，脫附作用

absorb(v)吸收

phenomenon(n)現象

phenomena(n)(pl)nucle-,nucleo-[詞頭]核nucleus(n)核，核心，中心，晶核nuclei,nucleuses(pl)nuclide(n)核素radio-[詞頭]，放射，無線電，X射線radioactive(a)放射性的radioactivity(n)放射性radiochemistry(n)放射化學radionuclide(n)放射性核素radioisotope(n)放射性同位素

指放射性核素從液相或氣相中轉移到固體物質表面的過程，該固體物質稱為吸附劑，被吸附的物質稱為吸附質。放射性核素的吸附現象定義有益性:有害性:(1)

除掉廢水或廢氣中的放射性核素，進行水和空氣的凈化。(2)

進行放射性核素的分析測定。會造成損失，使研究結果不準確。放射性核素的吸附現象意義

放射性核素在玻璃上的吸附

吸附機理（1）玻璃的成分石英玻璃：Na2SiO3鉛玻璃：PbSiO3

硬質玻璃：K2SiO3

化學玻璃：La2(SiO3)3

放射性核素的吸附現象（2）吸附機理

在有水的條件下Si-O-Me→Si-O-H

（離子交換形成一層膠態硅酸膜）玻璃中的金屬離子Na+、K+、Pb2+等同放射性核素陽離子進行交換，被吸附在器壁上造成損失。因此，玻璃也可看成是無機離子交換劑。放射性核素的吸附現象

防止吸附的措施（1）加入放射性核素的穩定性同位素(反載體)，（NaH232PO4加入31PO4-3），可減少核素的吸附量。（2）使溶液保持酸性條件（減少吸附、解吸陽離子）或塑料瓶中。（3）用二氯二甲基硅烷或其它憎水劑處理。放射性核素的吸附現象

放射性核素在濾紙上的吸附

吸附機理：放射性核素是以離子或膠體狀態吸附在濾紙上，以離子形態的吸附，是屬于離子交換，即放射性核素的離子同濾紙中的K+或-COOH中的H+發生交換。

利用和消除：設法回收被吸附的，先使用反載體與濾紙作用，完全沉淀到濾紙上。過濾難溶的放射性沉淀物，不用它從放射性溶液中過濾非放射性的沉淀物。放射性核素的吸附現象

易產生吸附

放射性核素的吸附現象(AdsorptionPhenomenaofRadionuclides)

易與常量物質共沉淀

放射性核素的共沉淀現象(CoprecipitationPhenomenaofRadionuclides)

易形成放射性膠體

放射性膠體(Radiocolloid)低濃度和微量性放射性膠體colloid(n)膠體

(a)膠體的

(vt)使成膠體colloidize(vt)膠化，使成膠體colloidization(n)膠化作用colloidchemistry(n)膠體化學

被分散的物質稱為分散相，容納分散相的物質稱分散介質。由放射性物質作分散相所形成的一種膠體稱放射性膠體。

物質以細微粒子分散于介質中而形成的一種特定的分散體系，所謂分散體系，是指一種物質以粒子的形式分散在另一種物質之中所構成的體系。放射性膠體定義放射性膠體分類(1)粒子性：膠粒比分子和離子大得多，且不能透過半透膜和超細過濾介質，可在超離心力場的作用下沉降。(2)帶電性：膠粒帶有電荷，因而可產生電滲析和電泳等電遷移現象，在電解質作用下，能發生凝聚或膠溶現象。(3)吸附性：由于膠粒具有發達的表面并帶電，因此有很強的吸附能力。(4)放射性：放射性膠體都帶有放射性。(5)化學分離困難：膠粒參加離子交換，同位素交換能力降低，且反應過程不可逆。(6)與被網織-內皮細胞所吸收，易形成膠體的放射性核素對肝等損傷較大。放射性膠體特性

分離制備某些放射性核素

環境和生物樣品中測定90Sr，由于90Sr的

射線能量弱難以測量，利用長期平衡的原理測定其半衰期短，射線能量強的子體90Y的量來間接計算出90Sr的量，因此，首先要從90Sr中分離出平衡的子體90Y，利用90Y易形成放射性膠體的性質，將90Sr同90Y進行分離。放射性膠體應用

制備醫用放射性掃描劑

利用放射性膠體顆粒能被網狀內皮細胞所吞噬，在人體內具有選擇性蓄積的特性，將放射性核素配成膠體溶液，在臨床上常用于臟器的掃描。常采取的措施：①加強電解質，特別是酸②加絡合劑③加熱④改變溶劑或濾去溶劑中的雜質放射性膠體消除1.4放射性單位及概念放射性活度(Radioactivity)：每秒鐘發生核衰變的數目。1Bq=1衰變/秒（dps），1Ci=3.7×1010(dps)=2.22×1012(dpm)1.4放射性單位及概念

放射性比活度(SpecificActivity)：單位質量樣品所含的放射性活度。（Bq/g，Bq/kg，Ci/g，Ci/kg）

放射性濃度(RadioactiveConcentration)：單位體積的溶液和氣體中所含放射性活度。(Bq/mL，Bq/L)放射性核素純度(RadionuclidePurity)：某核素的放射性活度占樣品的總放射性活度的百分數。

放射化學純度