Методы практической биохимии - Уильямс Б.
Скачать (прямая ссылка):
6.1. Природа радиоактивности
6.1.1. Структура атомов
Атом состоит из положительно заряженного ядра, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов. Практически вся масса атома сосредоточена в ядре, которое по размеру намного меньше атома. Ядро состоит из двух основных компонентов — протонов и нейтронов. Протон — это положительно заряженная частица с массой в 1850 раз большей, чем масса электрона. Поскольку число протонов в ядре равно числу электронов, атом всегда электрически нейтрален. Число протонов в атоме называется атомным номером Z. Нейтрон — это незаряженная частица, масса которой приблизительно такая же, как у протона. Сумма протонов и нейтронов в ядре называется массовым числом А\ А = Z+Л/, где N — число нейтронов.
Поскольку число нейтронов в ядре не связано с атомным номером, нейтроны мало влияют на химические свойства атомов. Атомы данного элемента не обязательно содержат одинаковое число нейтронов, т. е. могут отличаться массовым числом; такие атомы называются изотопами. Обычно атомы элементов обозначают так; записывают символ элемента, вверху пишут массовое число, а внизу — атомный номер, например:
12/ч 14р 1бп 18л
6^» б^» еУ* еУя
Число изотопов у равных элементов сильно варьирует. Так, у водорода имеется три изотопа, ГН, 2Н и ЭН, у углерода — семь, от 10С до 16С, а у некоторых элементов с большим атомным номером — более 20.
6.1.2. Стабильность атомов и радиация
Как правило, среди всех изотопов элемента имеется всего несколько стабильных природных изотопов. Другие изотопы нестабильны и после одного или нескольких распадов превращаются в стабильные. Большинство таких нестабильных радиоизотопов получают искусственно, но некоторые из них имеются в природе, например 40К. При распаде радиоизотопы испускают частицы или электромагнитное излучение.
186 Часть III. Аналитические методы
6.1.3. Типы радиоактивного распада
Существует несколько типов радиоактивного распада; ниже мы рассмотрим некоторые из них.
Распад с испусканием негатрона. В этом случае нейтрон превращается в протон с испусканием отрицательно заряженной Р-час-тици, которую мы будем называть негатроном ($"):
Нейтрон -*¦ Протон + Негатрон .
Негатроны — это в действительности электроны, но названы они так для того, чтобы подчеркнуть их радиоактивное происхождение и одновременно не путать с орбитальными электронами. При испускании негатрона ядро теряет нейтрон и приобретает протон, и величина NIZ уменьшается, поскольку атомный номер Z увеличивается на единицу, а массовое число А остается неизменным. В биологических исследованиях часто применяется изотоп углерода ИС, который распадается по такой схеме:
“С - >+Г
Распад с испусканием позитрона. Некоторые изотопы распадаются с испусканием положительно заряженных Р-частиц, называемых позитронами (р+). Позитрон испускается, например, при превращении протона в нейтрон:
Протон -*¦ Нейтрон + Позитрон*
Пэзитроны — очень нестабильные частицы, которые «живут», короткое время. Потеряв свою кинетическую энергию, они взаимодействуют с электроном и аннигилируют (исчезают), а вместо них появляются два у кванта, разлетающихся в противоположные стороны.
При испускании позитрона ядро теряет протон и приобретает нейтрон, в этом случае NIZ увеличивается, поскольку атомный номер уменьшается на единицу, а массовое число не меняется. Примером такого испускания позитрона служит распад 22Na:
“Na - jpNe +
Распад с испусканием а-частиц. Изотопы элементов с большим атомным номером часто распадаются с испусканием а-частиц (а-рас-пад). а-Частица — это ядро атома гелия, т. е. она состоит из двух нейтронов и протонов (|Не2+). а-Распад приводит к тому, что ядро становится гораздо легче — атомный номер уменьшается на два, а массовое число — на четыре. а-Активные изотопы в биологических исследованиях применяются редко. а-Частицы испускает изотоп 226Ra, который при этом превращается в 222Rn:
HR» -2iRn + 24He*+.
Гл. 6. Радиоизатопные методы 187
Этот изотоп также неустойчив, и через серию распадов превращается в стабильный изотоп 206РЬ,
Распад с испусканием 7-лучей.. В: отличие от а- и (3-распадов 7-распад происходит с испусканием электромагнитного излучения с очень маленькой длиной волны, более жесткого, чем рентгеновское. Это обусловлено тем, что 7-луч и возникают из-за изменения структуры ядра, тогда как рентгеновское излучение связано с переходом электронов. у-Излучение часто сопровождает а- и (3-распад. Одно только 7-излучение ядер не меняет ни атомного номера, ни массового числа.
6.1.4. Энергия радиоактивного распада
Для измерения энергии радиоактивного распада самой распространенной энергетической единицей является электронволып (эВ). Один электронвольт — это энергия, которую приобретает электрон, пройдя разность потенциалов в 1 В; 1 эВ=1,6*10-19 Дж. Распад большинства изотопов сопровождается выделением энергии, для измерения которой используют более крупную единицу — мегаэлектронвольт; 1 МэВ=106 эВ. Обычно самую большую энергию имеют а-частицы, их энергия для разных изотопов варьирует от 4 до 8 МэВ. Энергия |3-частиц обычно не превышает 3 МэВ.
