Меченые атомы

[thumb=left]https://mir-prekrasen.net/uploads/posts/2011-02/1298209791_1250px-%D0%A0%D1%83%D1%85-%D1%80%D0%B5%D1%87%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D0%BD.png[/thumb] Подобно инфильтрации окрашенных речовнин, изображенных на рисунке, происходит транспорт атомов ведущими тканями, благодаря чему можно зарегистрировать многочисленные процессы Меченые атомы – атомы, которые отличаются от других атомов того же химического элемента радиоактивностью (радиоактивные изотопы) или весу (стабильные изотопы).
Продукты радиоактивного распада или атомы с различным весом является «метками», которые отличают их от других атомов, сходных по химическим свойствам. Лучи ?, ?, ?, вылетающих из атомов, можно зафиксировать с помощью счетчиков заряженных частиц или радиографии. Это дает возможность следить за небольшими группами меченых атомов в среде, в которой содержится колоссальное количество других атомов и молекул, определять, как быстро они проникают в различные соединения, системы и живые организмы, то есть исследовать физические, химические, биологические и другие процессы, имеющие большое научное и практическое значение. Стабильные изотопы выявляются с помощью масс-спектрографии или по удельному весу их соединений меченые атомы начали использовать в начале 20 века, проводя единичные исследования, теперь же они широко применяются в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, науки и культуры для исследования процессов, происходящих в твердых, жидких и газообразных телах, в организмах людей, животных и растений.
Применение в технике
Так, диффузию в твердых телах исследуют с помощью меченых атомов, нанося радиоактивные атомы на поверхность этих тел и нагрев до высокой температуры, при которой диффузия происходит интенсивнее. Затем при комнатной температуре накладывают срезы тела на фотопластинку, на которой, после проявки в тех местах, куда проникли меченые атомы, оказывается почернение. Зная время диффузии и глубину проникновения меченых атомов, определяющие скорость диффузии меченых атомов применяют для исследования износа металлических деталей. Облучая металл нейтронами, можно создать радиоактивные атомы данного металла, часть которых под трении переходит в масло. Определенный счетчиком степень радиоактивности этого масла характеризует скорость срабатывания металлической детали.
Применение в химии
Эффективно применяют меченые атомы также в аналитической химии для определения содержания элементов в соединении. Для этого мощными пучками нейтронов облучают исследуемое вещество, вследствие чего образуются радиоактивные изотопы, по активности которых определяют содержание элементов в соединении (с точностью до 10 -11 г, а примеси некоторых элементов до 10 -20 г). Указанные и многие другие примеры применения меченых атомов распространены в научных учреждениях, учебных заведениях и народном хозяйстве Украины. В частности меченые атомы сурьмы используют для определения содержания сурьмы в различных веществах. По соотношению продуктов распада радиоактивных элементов, которые есть в породах, определяют возраст минералов и горных пород. В Инситуту физической химии АН Украины за последние годы разработан ряд методов изотопного анализа водорода и кислорода, которые теперь применяются у нас и в других странах.
Применение в биологии
Меченые атомы большую помощь подают в раскрытии тайн фотосинтеза. До последнего времени считали, что под воздействием света в растениях разлагается углекислота. Советский ученый А. П. Виноградов применил меченые атомы кислорода и показал, что в действительности разлагается вода. Меченые атомы большое значение имеют при изучении деятельности живых организмов и обмена веществ в них. При проведении таких исследований в пищу добавляют небольшое количество радиоактивных веществ. Перемещая вдоль тела счетчик, можно определить, в какие части организма и с какой скоростью попадает тот или иной элемент.
Меченые атомы широко применяются для изучения жизни растений. Например, с помощью меченого радиоактивного фосфора можно определить, как фосфор попадает в растение, как перемещается в ней и в каких местах сосредотачивается.
Применение в медицине
Свойство химических элементов концентрироваться в различных тканях и частях организма лежит в основе применения меченых атомов в биологии и особенно в медицине. Например, поглощение йода щитовидной железой установлено с помощью меченых атомов йода. Меченые атомы железа позволяют определить общий объем крови в организме. Для этого в вену животных вводят определенное количество крови с радиоактивным железом. Через некоторое время у этого животного берут такое же количество крови. Отношение интенсивности излучений радиоактивным железом в взятой и введенной крови равна отношению количества вводимой крови к ее общего количества. Меченые атомы помогают определить размещение злокачественных опухолей в организме, что значительно облегчает работу хирургов. Достигнуты первые успехи в борьбе с раком различных органов человеческого организма.
Научные и медицинские учреждения Украины широко используют меченые атомы для исследования обмена веществ в живых организмах и для лечения болезней. Так, например, уточнены данные о химическом составе головного мозга, изучены отдельные этапы обмена веществ в головном мозге и т.д. Производятся опыты над изучением условий плодородия почв. Исследован процесс фосфорного питания молодых древесных растений и установлено, что фосфор больше поглощается молодой листвой, а после осеннего листопада частично входит в грунт. Применение меченых атомов вообще позволило определить, как именно фосфор усваивается корневой системой и поверхностью листьев растений. Установлено, в какие периоды развития следует вносить подкормки для многих сельскохозяйственных культур.
Применение в археологии
Меченые атомы используют для определения времени с момента гибели животных и растений и для определения возраста древних поселений. В атмосфере под действием космических нейтронов образуется радиоактивный углерод 14 C (14 N + n -> 14 C + 1 H). Период полураспада 14 C составляет 5 700 лет. Соотношение между устойчивым 12 C и радиоактивным 14 C изотопами углерода в организме такое же, как и в атмосфере, т.е. 1 г углерода содержит около 5 • 10 10 радиоактивных атомов 14 C. В мертвом организме обмен углеродом между организмом и атмосферой прекращается. Поэтому вследствие распада радиоактивных атомов углерода относительное количество в погибшем организме со временем уменьшается. Соотношение между изотопами 14 C и 12 C и период полураспада 14 C дают определить время гибели животных и растений, а следовательно, и возраст древних поселений.
Меченые атомы дали возможность уточнить значительное количество химических реакций, в частности при извлечении синтетического бензина, решить вопрос о роли катализаторов, о процессах перегонки, кристаллизации, перемешивания и многие другие процессов, уточнить и открыть новые процессы, происходящие в живых организмах.
Область применения меченых атомов с каждым днем расширяется.