Автор Neo задал вопрос в разделе Наука, Техника, Языки
Как работает изотопный метод? и получил лучший ответ
Ответ от Vitaly Osipenkov[мастер]
Изотопные методы анализа – способы определить содержание изотопов одного и того же вещества.
Изотопы – атомы одного и того же вещества, в ядре которых содержится одинаковое количество протонов и разное количество нейтронов. Классический пример – водород (протий) , ядро которого вообще содержит только протон и ни одного нейтрона, дейтерий (1 протон и 1 нейтрон) и тритий (1 протон и 2 нейтрона). Большинство изотопов нестабильны и со временем распадаются. Схемы распадов, а также период полураспада (время, за которое половина содержащегося в веществе нестабильного изотопа распадается на стабильные) известны. Поэтому зная содержание изотопа в момент изолирования вещества от внешнего воздействия, в момент анализа, а также период полураспада, можно вычислить возраст исследуемого образца.
На основе такой схемы, например, устанавливают возраст окаменелостей животных и растений при помощи радиоуглеродного метода. Возраст осадочных и базальтовых пород исследуют, изучая степень превращения урана и тория в свинец или калия (40) в аргон.
Основным методом анализа стабильных изотопов служит масс-спектрометрия (чувствительность 10-4% изотопа при точности 0,1—1% для проб массой в доли мг) . Всё большее применение находят спектральные методы и парамагнитный резонанс. Дейтерий, 18O и некоторые другие изотопы определяют по изменению показателя преломления, теплопроводности, плотности как самого элементарного вещества, так и его соединений. Радиоактивные изотопы определяют по их излучению при помощи счётчиков Гейгера или сцинтилляционных счётчиков. Так, с помощью счетчика Гейгера можно уловить излучение 10-11г углерода 14C, 10-16г фосфора 32Р и иода 131I, 10-19г углерода 11C и т. д. Современные жидкостные сцинтилляционные счётчики позволяют с высокой эффективностью и точностью проводить определение изотопов с мягким бета-излучением (3H, 14C, 35S и др.) . Введение в практику этого метода изотопного анализа повышает его производительность и позволяет работать с незначительными активностями, приближающимися к активности космического фона. Широкое применение в биологии получил метод авторадиографии.
Такие элементы, как водород, углерод, сера, хлор, свинец, имеют удобные для использования как стабильные — 2H, 13C, 34S, 35Cl, 37Cl, 204РЬ, так и радиоактивные изотопы — 3H, 11C, 14C, 35S, 36C1, 212РЬ. В качестве изотопов азота и кислорода чаще всего применяются стабильные 15N и 18O и другие. Стабильные Изотопные индикаторы получают обогащением природных изотопных смесей путём многократного повторения операции разделения (перегонка, диффузия, термодиффузия, изотопный обмен, электролиз; см. Изотопов разделение) , а также на масс-спектрометрических установках и при ядерных реакциях.
Для элементов, существующих в природе в виде одного изотопа (Be, F, Na, Al, P, I), в качестве меченых атомов используют только искусственные радиоактивные изотопы; примером часто применяемых радиоактивных изотопов служат 3H, 14C, 32P, 35S, 45Ca, 51Cr, 59Fe, 60Co, 89Sr,95Nb, 110Ag, 131I и др. Выбор радиоактивного изотопа определяется его ядерными характеристиками — периодом полураспада, типом и энергией излучения. Для индикации пригодны радиоактивные изотопы, период полураспада которых не очень мал, что позволяет работать в течение времени, необходимого для эксперимента, но и не очень велик, что даёт возможность работать с весьма малыми количествами индикатора.
В биологии Изотопные индикаторы применяют для решения как фундаментальных, так и прикладных биологических проблем, изучение которых другими методами затруднено или невозможно. Существенное для биологии преимущество метода меченых атомов состоит в том, что использование Изотопные индикаторы не нарушает целостности организма и его основных жизненных отправлений. С применением Изотопные индикаторы связаны многие крупные достижения современной биологии, определившие расцвет биологических наук во 2-й половине 20 в. С помощью стабильных и радиоактивных изотопов водорода (2H и 3H), углерода (13C и 14C), азота (15N), кислорода (18O), фосфора (32P), серы (35S), железа (59Fe), йода (131I) и др. были выяснены и детально изучены сложные и взаимосвязанные процессы биосинтеза и распада белков, нуклеиновых кислот, углеводов, жиров и др. биологически активных соединений, а также химические механизмы их превращений в живой клетке (рис. 1 — 3). Применение Изотопные индикаторы привело к пересмотру прежних представлений о природе фотосинтеза, а также о механизмах, обеспечивающих усвоение растениями неорганических веществ — карбонатов, нитратов, фосфатов и др.