放射性同位素示踪术radioisotope tracertechnique

通过观察放射性同位素示踪原子的行为研究物质运动和变化规律的技术。取代少量物质分子中的一个或多个原子的放射性或稳定性同位素原子称示踪原子，含有示踪原子的物质称为标记化合物或示踪剂(tracer)。同位素示踪是现代生物科学、医学和环境科学中十分有用的研究手段。放射性示踪法应用的决定因素是同一种元素的放射性同位素和稳定性同位素在化学性质上的同一性，同时放射性同位素即使很少量也很容易被检测。因而用少量的放射性同位素标记某种物质，就可借助于放射性探测来研究该物质的行为。
试验程序 放射性同位素示踪试验包括以下一些基本程序。
试验设计 只有在应用放射性示踪法能获得更可信，或其他方法不能得到的试验结果时，方采用此法。如采用放射性同位素追踪养分移动的位置、时间、沉积量，养分被试验目的物的吸收、转化等问题，能比一般试验方法更方便而且能获得更准确的结果。追踪不同源养分的吸收，养分的扩散，肥料养分的去向只有用放射性同位素示踪方能阐明。整个试验或试验的一部分确定采用同位素示踪法后，根据研究的目的进行试验设计，选择放射性核素，确定示踪剂量。
示踪剂准备 液体放射性制剂一般盛于密封的安培瓶、磨口玻璃瓶或青霉素瓶中，固态制剂盛于有胶塞的指形管或青霉素瓶内。在开瓶分装前，须详细查看说明书，弄清制剂的形态、放射化学纯度、含量、总量、比活度及放射性测量时间等。作好开瓶分装的一切准备，包括开瓶器具、辐射防护器材、分装容器、移液管等。一般制剂的比活度很高，按估算剂量需要将全部或一部分加以稀释。必要时还需将制剂经过适当转化或加入适量同种非放射性物质作为载体。如将金属态的65Zn转化为65ZnCl2溶液，将Ba14CO3转化为Na214CO3。肥料试验时还须将示踪剂制备成标记肥料（见肥料利用率示踪测定）。
供试材料准备 采集足量的试验土壤，播种材料或培育试验植物，进行正常管理。
示踪剂应用 根据试验类型和目的要求，可采用下列方法将示踪剂引入试验系统：❶根部引入。示踪剂加于土壤、砂培或水培等培养介质，植物通过根系吸收栽培介质中养分而使示踪剂进入其体内。示踪剂形态可以是固体或液体。土培试验中，示踪剂可与全部土壤拌匀，或局部埋入或配成溶液灌浇。
❷地上部引入。一般用液体，通过涂抹法、喷雾法、注射法、点滴法或滤纸粘附法等应用于叶片或特定部位。
❸气体引入。¹⁴CO₂和³⁵SO₂等通过密封系统引入。如光合作用研究中，在密封系统中标记碳酸盐与酸反应产生的¹⁴CO₂通入光合室，使置于其中的试验材料在光下同化¹⁴CO₂。
放射性样品采集 为使放射性测量获得可靠的结果，要求采集的样品有：❶代表性。采集的植物或土壤样本能代表试验各处理的群体；
❷均匀性。尽可能多采一些样品，充分混合均匀，最好匀浆或粉碎后取样；
❸一致性。采样和样品处理条件尽可能一致。对采集的植物样品依种类、试验目的和制样方法不同进行以下处理：❶鲜样。将样品剪碎、捣碎或匀浆，制成均匀样品；
❷干样。将样品杀青、烘干、粉碎，制成粉样；
❸灰化。干样或粉样于马福炉中高温灰化，制成灰样。采集的土样经风干、粉碎、过筛，供进一步制样用。
测样准备 （见放射性样品制备）放射性测量 （见放射性探测）
数据处理 （见放射性测量数据处理）。
结果分析及报告 将试验结果综合，整理和科学分析后，写出报告。
放射性废物处理 试验过程中产生的放射性废物按比活度，半衰期和形态不同采用适宜方法进行妥善处理以免污染环境，危害公众健康。
对气态废物可采用大气稀释法，如为¹⁴CO等可溶性气体，必须先使其通过化学试剂及吸收剂吸收后排放，而对放射性粉尘或气溶胶则先经过滤装置净化再排入大气。
液态废物有下列7种处理方法：❶放置法。含短半衰期放射性核素废水可在专用容器内放置7～10个半衰期，使衰变至可排放标准（或限值）;
❷稀释法。低放废水可直接排入流量大于10倍排放流量的普通下水道，但必须限制每月排放的总活度；
❸共沉淀法。对高放废水可用同一种稳定性物质或吸附能力强和比表面大的无定形沉淀为载体，使放射性物质形成共沉淀而除去；
❹过滤或凝胶沉淀法。含32P和89Sr等的废水可用砂子、活性炭和木炭等过滤或过滤前经Fe(OH)₃等凝胶剂或高岭土等吸附；
❺离子交换法。让放射性废水流经离子交换剂而除去放射性离子；
❻生物净化法。通过细菌、淤泥、悬浮在水中的生物及许多有机体的活动而达到净化的目的；
❼蒸发浓缩。低放废水可直接放入浓缩器中，煮沸浓缩至干或小体积，残渣或浓缩液放入金属桶内贮存或埋藏。而高放废水在蒸发前须经浓缩澄清、凝聚等预处理。
固体废物按比活度和半衰期用下列方法分别存放和处理：❶³²P、⁴²K等短半衰期废物，可在适当容器中放置10个半衰期至比活度小于370贝可/千克时，作一般垃圾处理；
❷长半衰期废物可直接埋于适宜场所的地下或先灰化再制成混凝土块或粘土块埋入地下或投入海洋；
❸有机废物可在焚烧炉内焚烧，再按上述方法处理；
❹埋入特制窖中，永久保藏。
示踪剂的选择 选择适宜的示踪核素及示踪剂是示踪试验获得成功的首要条件。选用的示踪剂必须保证示踪试验能达到预期的目的，正确地反映客观实际。要考虑示踪核素的半衰期、射线种类和能量。¹⁴C、³H等长半衰期核素，可不考虑试验期间的衰变，试验周期不受限制，然而放射性废物不易处理。短半衰期核素，必须保证在试验期间能准确进行放射性测定，不致由于衰变损失，使试验样品的活度很低甚至没有放射性。选用发射γ射线的核素，必须有固体闪烁仪和必要的防护设备。大多生物试验示踪核素为β发射体。高能β如³²P容易测量，半衰期短，但需防护外照射的损伤。低能β，操作安全，但必须有液体闪烁仪。在符合上述要求的基础上，尽可能选择价格低经济的示踪剂。
示踪核素必须牢固地附着或结合于目的物中。一般示踪核素为目的物的组成元素之一，化合物的适宜部位用示踪同位素标记。有的在实验室化学合成，如农药、激素或肥料；有的则依赖于生物合成，如氨基酸、葡萄糖等。一般情况下，物质分子中一特定元素的所有原子被标记，如所有部位具有相同的比活度，称为“均匀标记”，而在某些物质的合成、代谢研究中需要在分子特定部位标记的示踪物如¹⁴C-1-D葡萄糖，表示葡萄糖分子的1位碳原子被标记。如果追踪一个目的物的运动，如土壤粒子的移动，则可采用能牢固地附着于土壤粒子并发射一定穿透力的核辐射的某一种核素。引入的示踪剂必须有足够的比活度，所需核素产生的放射性占制剂总放射性（放射性纯度）和所需成分占该核素的总放射性（放射化学纯度）均要求达98%以上。
应用特点 首先放射性示踪法具有很高的灵敏度，所以能用极少量或痕量的示踪剂来研究量大得多的普通物质的行为。其灵敏度取决于示踪剂的比活度、仪器的探测效率及样品制备方法，在个别情况下，可检出10-14～10-18的物质。其二能区分示踪剂和系统中已经存在的或其他来源的同一种物质，从而可以很方便地研究植物—土壤—肥料系统中养分的吸收、转移、转化和各种复杂的生理生化过程，解决其他方法所不能解决的问题。其三是加入的示踪剂量很少，不会扰乱生理过程，可以在正常的生理条件下进行试验。其四放射性检测方便，不受其他物质干扰从而简化制样过程，甚至可以活体或鲜、干样测量。
示踪法的应用还有一定的局限性。为防止射线对操作人员产生辐射损伤或将试验人员接受的剂量限制在许可范围内，只有在具有防护设施的专门实验室内进行操作。示踪试验一般限于室内或盆栽条件下进行。标记量过大时，还会对试验生物造成辐射损伤。此外，进行放射性示踪试验，必须有适宜的同位素和标记化合物，有的元素(如氮、硼和氟等)没有适宜的放射性同位素，有的因为购不到标记化合物，示踪试验就无法进行。进行放射性示踪试验还必须有适宜的放射性探测仪器。高效的探测器往往价格昂贵。因而放射性示踪技术的应用还受到条件的限制，尽管如此，它已成为现代农业生物科学研究中必不可少的手段。