放射化學(xué)石磊放射化學(xué)與放射毒理學(xué)教研室吉林大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院放射化學(xué)(Radiochemistry)

(FromWebster’sNewWorldDictionary,ThirdCollegeEdition,p1108)

Radiochemistryisthebranchofchemistrydealingwithradioactivephenomena.放射化學(xué)1910年由卡麥?。–ameron）提出，是近代化學(xué)的一個分支學(xué)科，是研究有關(guān)放射性現(xiàn)象的一門科學(xué)。課程要求1.了解放射化學(xué)的發(fā)展簡史及在我國的概況2.掌握放射化學(xué)的基本概念和研究內(nèi)容3.掌握放射化學(xué)的特點第1章緒論第1章緒論1.1放射化學(xué)發(fā)展簡史1.2放射化學(xué)研究的內(nèi)容1.3放射化學(xué)的特點1.4常用的放射性單位及概念1.1放射化學(xué)發(fā)展簡史（1）初期階段（1896-1931）－天然核輻射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)（2）發(fā)展階段（1932-1942）－人工放射性和裂變現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)（3）近代階段（1943-1969）－核反應(yīng)堆技術(shù)應(yīng)用于核武器（4）現(xiàn)代階段（1970-至今）－核能的大規(guī)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(fā)現(xiàn)W.Roentgen'sdiscoveryofx-rays

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

（1）初期階段TheNobelPrizeinChemistry1911

成功發(fā)現(xiàn)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(fā)展階段

1932年，J.Chadwick發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)原子核裂變現(xiàn)象

1942年，E.Fermi設(shè)計出第一座核反應(yīng)堆（2）發(fā)展階段人工反應(yīng)與人工放射性元素的發(fā)現(xiàn)

（2）發(fā)展階段TheNobelPrizeinChemistry1944OttoHahn,GermanyFissionofUranium第一代核武器的特點地點爆高(m)當(dāng)量（萬頓TNT）充料短時死亡人數(shù)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(yīng)，瞬時釋放出巨大能量而產(chǎn)生殺傷破壞作用。2萬頓TNT原子彈各因素?fù)p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?。?.2/1.51.2/1.5

落下灰（放射性污染）大面積污染，隨風(fēng)向、風(fēng)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(xiàn)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(lián)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(lián)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(xiàn)代階段能源－核電站基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)－放射性核素作示蹤劑臨床醫(yī)學(xué)－放射性藥物藥劑學(xué)－放射性標(biāo)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(xiàn)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(fā)電；II期在建設(shè)中；1993年，廣東大亞灣核電站建成發(fā)電；嶺澳核電站在建設(shè)中。中國核科學(xué)發(fā)展里程碑放射化學(xué)的發(fā)展1898年M.Curie用放射化學(xué)方法發(fā)現(xiàn)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(fā)展歷程；基本理論已經(jīng)發(fā)展成熟;已經(jīng)走過獨立發(fā)展的階段，逐步走向與各學(xué)科的橫向結(jié)合，成為各學(xué)科廣泛應(yīng)用的技術(shù)手段。目前，隨著能源需求形勢的發(fā)展，在世界范圍內(nèi)有再次走向輝煌的態(tài)勢。1.2放射化學(xué)研究的內(nèi)容（2）放射性元素化學(xué)：研究天然和人工放射性元素及其化合物的化學(xué)性質(zhì)、制備方法。（1）基礎(chǔ)放射化學(xué)：研究放射性物質(zhì)的物理化學(xué)行為和狀態(tài)及其分離、純化方法和原理。（3）放射分析化學(xué)：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(huán)境放射化學(xué)：研究放射性物質(zhì)在環(huán)境中的遷移和轉(zhuǎn)化問題。（5）應(yīng)用放射化學(xué)：研究放射性核素在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域中的應(yīng)用。低濃度時放射性物質(zhì)的物理化學(xué)行為和狀態(tài)；吸附、共沉淀、膠體等物理化學(xué)行為和狀態(tài)。研究放射性物質(zhì)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(chǔ)放射化學(xué)（BasicRadiochemistry）天然放射性元素化學(xué)研究天然放射性元素(U、Th、Ra、Po)的化學(xué)性質(zhì)，以及有關(guān)它們的提煉精制的化學(xué)工藝，重點是鈾和釷；人工放射性元素化學(xué)主要研究人工放射性元素的化學(xué)性質(zhì)和核性質(zhì),以及它們的分離、純化和精制的化學(xué)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(yī)學(xué)中廣泛應(yīng)用）等。(2)放射性元素化學(xué)（ChemistryofRadioelements）研究放射性物質(zhì)的分離分析方法以及核技術(shù)在分析中的應(yīng)用。突出成功的分析方法是中子活化分析；帶電粒子激發(fā)X熒光分析及其微區(qū)掃描；同位素稀釋法；加速器質(zhì)譜分析等。（3）放射分析化學(xué)（RadioanalyticalChemistry）針對環(huán)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(guān)的各種化學(xué)問題；利用示蹤技術(shù)研究污染物質(zhì)在環(huán)境中的遷移和轉(zhuǎn)化問題；當(dāng)前在錒系元素和裂變產(chǎn)物的核素遷移方面進行著大量的工作。（4）環(huán)境放射化學(xué)（EnvironmentalRadiochemistry

）研究放射性核素和放射化學(xué)方法在各領(lǐng)域的應(yīng)用，包括在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、考古、環(huán)境科學(xué)等方面的應(yīng)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(yī)學(xué)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(nèi)動態(tài)生理活動提供藥物。(5)應(yīng)用放射化學(xué)（AppliedRadiochemistry）1.3放射化學(xué)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(xué)最重要的特點。不穩(wěn)定性：由于放射性物質(zhì)總是在不停地衰變，由一種物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N或多種物質(zhì)，使研究體系的組成不斷發(fā)生變化。這就要求相應(yīng)的快化學(xué)研究方法。低濃度和微量性：放射性物質(zhì)的量通常都比較?。╣、ng級），低于一般的化學(xué)方法的檢出限。操作中要注意丟失現(xiàn)象。放射性(radioactivity)

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

優(yōu)越性

使研究方法的靈敏度大大提高定性分析：根據(jù)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(jù)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(shù)，研究化學(xué)反應(yīng)過程中各個階段的變化

危害性

放射線可能對人體產(chǎn)生輻射損傷

產(chǎn)生一系列特殊的物理化學(xué)效應(yīng)，使研究體系復(fù)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(zhuǎn)變成其它的放射性核素或本身穩(wěn)定性同位素的過程。不穩(wěn)定性

衰變

衰變

衰變α衰變的位移定則：核電荷數(shù)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(xué)中，不能用普通的分析化學(xué)中常用的化學(xué)純、分析純、光譜純等，而必須用放射性核純度和放射化學(xué)純度來衡量放射性物質(zhì)的純度。

使放射性核素的制備、分離、純化和鑒定工作復(fù)雜化。

由于放射性衰變，不斷有子體產(chǎn)生，純度會不斷變化。

不穩(wěn)定性

易產(chǎn)生吸附

放射性核素的吸附現(xiàn)象(AdsorptionPhenomenaofRadionuclides)

易與常量物質(zhì)共沉淀

放射性核素的共沉淀現(xiàn)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(zhì)，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(xiàn)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(xué)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(zhuǎn)移到固體物質(zhì)表面的過程，該固體物質(zhì)稱為吸附劑，被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。放射性核素的吸附現(xiàn)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(jié)果不準(zhǔn)確。放射性核素的吸附現(xiàn)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(zhì)玻璃：K2SiO3

化學(xué)玻璃：La2(SiO3)3

放射性核素的吸附現(xiàn)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(tài)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(xiàn)象

防止吸附的措施（1）加入放射性核素的穩(wěn)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(xiàn)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(tài)吸附在濾紙上，以離子形態(tài)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(fā)生交換。

利用和消除：設(shè)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(xiàn)象

易產(chǎn)生吸附

放射性核素的吸附現(xiàn)象(AdsorptionPhenomenaofRadionuclides)

易與常量物質(zhì)共沉淀

放射性核素的共沉淀現(xiàn)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(xué)

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

物質(zhì)以細微粒子分散于介質(zhì)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(zhì)以粒子的形式分散在另一種物質(zhì)之中所構(gòu)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(zhì)，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(chǎn)生電滲析和電泳等電遷移現(xiàn)象，在電解質(zhì)作用下，能發(fā)生凝聚或膠溶現(xiàn)象。(3)吸附性：由于膠粒具有發(fā)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(xué)分離困難：膠粒參加離子交換，同位素交換能力降低，且反應(yīng)過程不可逆。(6)與被網(wǎng)織-內(nèi)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(huán)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(zhì)，將90Sr同90Y進行分離。放射性膠體應(yīng)用

制備醫(yī)用放射性掃描劑

利用放射性膠體顆粒能被網(wǎng)狀內(nèi)皮細胞所吞噬，在人體內(nèi)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(zhì)，特別是酸②加絡(luò)合劑③加熱④改變?nèi)軇┗驗V去溶劑中的雜質(zhì)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(fā)生核衰變的數(shù)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(zhì)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?jǐn)?shù)。

放射化學(xué)純度