¿Cuáles son los usos de los átomos trazadores de isótopos?

La aplicación de métodos de rastreo de isótopos en las ciencias de la vida permite a las personas observar dinámicamente procesos fisiológicos y bioquímicos en organismos o células a nivel molecular y comprender la base material de las actividades de la vida. Por ejemplo, el uso de isótopos 14C y 18O para estudiar la fotosíntesis puede explicar en detalle cómo la clorofila utiliza el dióxido de carbono y el agua, cuáles son los intermediarios de estas moléculas simples para formar macromoléculas como el azúcar y las condiciones que afectan cada reacción biosintética. Por poner otro ejemplo, el uso de los isótopos 14C, 3H y 32P para estudiar la relación entre los ácidos nucleicos y las proteínas no sólo puede comprender el complejo proceso de generación de ácidos nucleicos y proteínas en los organismos, sino también comprender cómo se logra la herencia biológica e incluso explorar la posibilidad de modificar artificialmente características genéticas, dando lugar así a nuevas disciplinas como la genética molecular y la ingeniería genética (ver la aplicación del rastreo de isótopos en las ciencias de la vida).

Aplicaciones industriales En la producción industrial, los átomos trazadores brindan la posibilidad de utilizar una variedad de métodos de detección eficientes y métodos de control automático en el proceso de producción, resolviendo muchos problemas técnicos y teóricos. A continuación se enumeran varias aplicaciones importantes.

Determinación de la difusividad La tasa de difusividad entre metales cambia con la temperatura. Si utiliza galvanoplastia para depositar 110Ag, 64 Cu o 65Zn en la superficie de otra lámina de metal, trátela a una temperatura específica durante un tiempo determinado y luego corte muchas capas delgadas de la lámina de metal en secuencia y mida cada capa con un detector o autorradiografía de radiactividad, es posible determinar la velocidad de difusión de plata, cobre o zinc dentro de una lámina de metal y el efecto de la temperatura sobre la profundidad de penetración de varios metales.

Medición del desgaste mecánico La irradiación de neutrones se utiliza para activar materiales en piezas propensas al desgaste, y la cantidad de desgaste se mide midiendo la radiactividad de los residuos de desgaste.

Medición de la velocidad del fluido. En un momento determinado, se inyecta una pequeña cantidad de trazador en algún lugar del extremo superior del tubo de flujo, se mide el tiempo de llegada del trazador en otro lugar en el extremo inferior del tubo de flujo y luego se mide el caudal de fluido. en función de la distancia entre los dos lugares. Un ejemplo es medir la velocidad del petróleo en un oleoducto.

El análisis de la estructura de la aleación añade una pequeña cantidad de 185W radiactivo a una determinada proporción de mezcla de níquel, cromo y tungsteno. Después de fundir, la superficie de la aleación se pulió y se cubrió con una película negativa para autorradiografía. El espectro obtenido muestra que el tungsteno se distribuye en franjas dendríticas en la aleación. Con este método se pueden estudiar los cambios estructurales de los metales durante diferentes procesos de fundición (o aleaciones antes y después del tratamiento térmico).

Aplicaciones en medicina En medicina, los trazadores de isótopos se utilizan principalmente para diagnosticar enfermedades. Por ejemplo, el principio de dilución de los trazadores de isótopos se utiliza para medir el volumen de agua y el volumen de sangre, la función renal, la función cardíaca, la trombosis y la pérdida de sangre gastrointestinal se miden a través del movimiento del trazador y su velocidad. Utilice la dosis de trazador absorbida por los tejidos y órganos para comprobar la función tiroidea y detectar tumores; utilice la distribución de trazadores en tejidos y órganos para obtener imágenes de órganos y la posición de la placenta; utilice el principio de competencia de los trazadores con las sustancias correspondientes por un reactivo o in vivo; El principio de activación de los elementos mediante partículas y fotones determina los componentes traza en el cuerpo o en muestras como la sangre y la orina. La absorción gastrointestinal, la función hepática, la producción de glóbulos rojos y su vida útil se miden según el grado o la tasa del metabolismo del marcador en el cuerpo. En medicina se han utilizado más de cien isótopos, de los cuales los más utilizados son 99Tcm, 131I, 125I, 123I, 32P, 51Cr, 59Fe, 3H y 113in.

La aplicación de métodos trazadores en la agricultura y la ganadería se ha utilizado ampliamente en la investigación científica agrícola y ha producido enormes beneficios económicos. Los principales resultados son investigaciones sobre métodos de fertilización y eficiencia de los fertilizantes; efectos biológicos de pesticidas y herbicidas sobre insectos y malezas; efectos de hormonas vegetales y estimulantes del crecimiento sobre el metabolismo y las funciones de los cultivos: efectos de hormonas, vitaminas, oligoelementos, piensos y medicamentos sobre los efectos. sobre el crecimiento y desarrollo del ganado; y los ciclos de vida, patrones de migración, apareamiento y hábitos de alimentación de estos animales grandes y pequeños descubiertos utilizando isótopos para etiquetar insectos, parásitos, peces y animales (ver Aplicaciones de radioisótopos en agricultura).

Otras aplicaciones en las ciencias naturales, como la física, la química y las ciencias ambientales, están recibiendo cada vez más atención, y los métodos de trazadores también se utilizan ampliamente. A continuación se muestran algunos ejemplos de aplicaciones importantes.

Determinación de espesores ultrafinos Por ejemplo, las películas delgadas de cadmio generalmente se recubren mediante evaporación al vacío en muestras de microscopía electrónica examinadas con campo oscuro. Se añade una pequeña cantidad de 51Cr radiactivo al cadmio para medir la radiactividad en un área determinada de la película. Además, se evaporaron soluciones que contenían diferentes pesos del mismo marcador y se contaron en la misma área que la solución estándar. Comparando la radiactividad de una muestra de película con una muestra estándar, se puede medir el peso de la película y calcular su espesor.

Este método puede medir espesores tan finos como 2,5×10-14m.

Medida de solubilidad: Disolver sulfato de bario marcado con 133Ba con actividad específica conocida (ver radiactividad) en agua; cuando la solución esté saturada, sacar una pequeña parte y medir su actividad específica. Según la actividad específica medida, se puede calcular el contenido o la solubilidad del sulfato de bario por unidad de volumen.

En el proceso de reacciones químicas, como la hidrólisis de ésteres, ya sea la ruptura del enlace acilo oxígeno (a) o la ruptura del enlace alquil oxígeno (b), después de la saponificación con un solución acuosa de hidróxido de sodio, se encuentra que los átomos marcados entran en las moléculas de ácido se producen en el agua sin entrar en las moléculas de alcohol. Esto demuestra plenamente que el enlace aciloxi se abre durante la reacción, es decir, se rompe en a.

Inspección de contaminación ambiental Por ejemplo, en industrias que están expuestas al mercurio, como la fabricación de lámparas fluorescentes, es necesario detectar la concentración de mercurio en el aire para garantizar que los trabajadores no sufran intoxicación por mercurio. Un método muy conveniente es marcar el mercurio con 197Hg y luego usar un detector para medir la radiactividad en el aire del taller y verificar si el mercurio excede la concentración máxima permitida.

Los radionucleidos también se pueden utilizar como medio para controlar la contaminación costera.