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TECNICHE RADIOISOTOPICHE - Coggle Diagram
TECNICHE RADIOISOTOPICHE
INTRODUZIONE
storia
- 1896 Antoine Henry Becquerel scopre composti uranio emettono radiazioni capaci di impressionare lastre fotografiche e attraversare materia: emissione raggi iranici
- Maria Curie nota il fenomeno anche per altri elementi, conia termine radioattività, riuscì ad isolare il polonio ed il radio, con potere radioattivi maggiori dell'uranio
- 1919 Rutherford dimostra che un elemento può essere trasformato in un altro
- 1929 primo acceleratore di particelle
isotopi
- atomi di uno stesso elemento con ≠ numero di massa
- differiscono per numero di neutroni
- ≠ numero di neutroni non influenza le caratteristiche chimiche del composto
- isotopi sono stabili quando rapporto tra neutroni e protoni
- isotopi instabili o radioisotopi vanno incontro a disintegrazioni nucleari spontanee a dare isotopi stabili, possono essere sia naturali che artificiali
radioisotopi
- sono isotopi instabili
- emettono particelle e/o radiazioni elettromagnetiche in seguito a variazioni della struttura del nucleo atomico per produrre un isotopo stabile
- formazione di isotopi stabili avviene con decadimento radioattivo
decadimento radioattivo
- nucleo instabile emette spontaneamente radiazioni per stabilizzarsi
- nuclei con stati quantici e nucleoni eccitati ad alte energia che riemettono in radioattivvità
- rappresentato con equazione nucleare, somma di numeri atomici e di numeri di massa che devono essere uguali in entrambi i membri di equazione
tipologie
- tecnica di analisi consisteva in una piccola dose di sostanza radioattiva di un blocco di piombo don un foro per avere pennello di emissione:
ponendo davanti foro uno schermo sensibile si constata che sotto azione di campo elettrico , una parte del fascino devia verso placca +, una verso placca -, una indeviata
- radiazioni emesse sono quindi
radiazioni alfa
radiazioni beta
radiazioni gamma
ionizzazione
- quando particella alfa o beta attraversa un altro atomo, provoca perdita di e-
- atomo ionizzato diventa +
- provoca diminuzione della particella e motivo per cui particelle beta end alfa non sono penetranti
decandimetno alfa
- si verifica quando un nucleo emette particella alfa
- riguarda nuclei pesanti Z>83
- a seguito del decadimento il numero di massa diminuisce di 4 unità e numero atomico di 2 unità
- velocità bassa
- atomo che subisce alfa si trasforma in atomo dell'elemento che lo precede di due posti in sistema periodico
- sono poco penetranti ma molto ionizzanti (perchè hanno grossa carica)
- energia considerevole (3-8 MeV)
decadimento beta
- puo provocare emissione di due tipi di particelle beta + e beta -
- la particella beta- corrisponde a un elettrone chiamato negatrone
- b+ corrisponde ad una particella con stessa massa di un elettrone ma carica +, chiamato positrone
- decadimento beta + è più frequente per elementi a basso numero atomico
beta -
- un elemento radioattivo che emette una particella si trasforma in un elemento che lo segue in un posto nel sistema periodico quindi A rimane uguale mentre Z aumenta di una unità
- si originano quando un neutrone si trasforma in protone:
neutrone->protone + negatrone + neutrino
- hanno carica parti a -1 e massa 1/12000esimo di protone
- veloci e mediamente penetranti e mediamente ionizzanti
- sono uno spettro
beta +
- elemento radioattivo che emette particella si trasforma in elemento che lo precede di un posto nel sistema periodico, A invariato e Z diminuisce di una unità
- emissione di ha quando protone viene trasformato in neutrone:
protone-> neutrone + positrone + neutrino
- rapporto N/Z aumenta, mentre A costante
- particelle beta + sono instabili e si trasformano facilmente in due raggi gamma
raggi gamma
. onde elettromagnetiche con gamma compresa fra 1 e 10^-3 amstrong
- accompagnano spesso sia decadimento alfa e beta
- portano via dal nucleo di energia residua di eccitazione senza modificare la struttura A e Z
- molto penetranti ma poco ionizzanti
energia di decadimento radioattivo e cinetica di decadiemento
vedi formulario
- decadimento radioattivo spontaneo è causale
- non posso predire istante in cui avviene ma pro che un certo # di atomi decaduto in un dato intervallo odi tempo sì
- decadimento avviene con velocità definita e caratteristica per ciascun radioisotopo
- velocità dipende da numero di atomi radioattivi in istante t
- legge di decadimento: partendo da N atomi, il numero N di atomi presenti in istante t, decresce esponenzialmente nel tempo
- tempo di dimezzamento costante (esempio carbonio 5730 anni per datare reperti)
SICUREZZA E RADIOISOTOPI
- radiazioni alfa non raggiungono strato germinativo cute quindi non pricolose
- negatori pericolosi se > 10 keV
- positroni occorre considerare emissione di raggi gamma da 0,5 keV
effetti su uomo
danni prodotti distinti in 3 classi:
a) danni somatici deterministici: superamento di dose soglia 70 Gy, provocano danni cutanei, sindrome acuta da irritazione
b) danni somatici stocastici: non dipendono da una dose soglie, sono leucemie e tumori solidi
c) danni genetici socratici: non sono dimostrativi, mutageni del DNA, quindi anche alla progenie
collegamento danno-dose da conoscenze su danni generati a radiazioni su uomo:
- studi su sopravvissuti a Hiroshima e nagasaki
- studi di popolazioni esposte a test nucleari
- conseguenze di terapie mediche
- conseguenze di incidenti nucleari
- esperimenti su animali
ICRP: international commission on radiation protection: organismo mondiale di controllo
principi di radioprotezione
- nessuna esposizione a radiazioni ionizzanti per quanto modesta è sicura
- tre principi fondamentali:
- giustificazione della pratica
- ottimizzazione di protezione
- limitazioni di dosi individuali
lavoratori classificati in:
- esposti: ulteriormente divisi in A(professionalmente esposti), sono esposti per più tempo e con più materiale, anche grezzo, B(occasionalmente esposti)
- tutti devono avere dosimetri individuali le cui letture vengono integrati con risultati di dosimetria ambientale. Devono essere sottoposti a controlli periodici per tutta la vita
ambiente
- la normativa prescrive al datore di lavoro di classificare e segnalare gli ambienti in cui è presente rischio ad esposizione di radiazioni ionizzanti e regolarne l'accesso
- zona controllata: zona controllata di ambiente di lavoro di lavoratori A
- zona sorvegliata: può essere superato in un anno solare uno dei limiti fissati per persone del pubblico che non è zona controllata
- rifiuti conservati in attesa di decadimento
- smaltiti secondo leggi Secondo normative europee vigenti
strumetni di rivelazione
- dosimetri ambientali
- // personali
- contatore di Geiger
- contatore a scintillazione
- dosimetri
emulsioni fotografiche
- un emulsione fotografica irradiata viene impressionata come nel caso della luce visibile ANNERISCE
- annerimento è proporzionale alla dose
- misura della dose integrale assorbita dalla pellicola durante periodo di esposizione
- dose assorbita è rapporto fra energia media da radiazioni ionizzanti alla materia in volume e massa di materia nel volome
- misura in gray Gy (vedi formulario)
- grado di rischio proporzionale a dose assorbita e a tipo di radiazione e radiosensibilità dei vari organi e tessuti irradiati
- fattore qualità di radiazione=Q: tiene conto del tipo di radiazione (vedi formulario), il suo equivalente sul tessuto è equivalente di dose
METODI DI MISURA
- metodi basati su ionizzazione di un gas: contatore Geiger Muller
- metodi basati su eccitazione: conteggio in scintillazione (liquida o solida)
- autoradiografia
-
contatore di geiger muller
- tubo con finestra di mica, contenente gas, al quale viene applicata ddp
- si misura una corrente la cui intensità dipende da:
- ddc applicata
- numero di particelle radioattive che entrano in camera
- la radiazione provoca ionizzazione del gas nella sonda, la quale è misurabile con la corrente e proporzionale alla radioattività
- applicando ddp sufficientemente elevata ottengo ionizzazioni secondarie
dipendenza dal segnale applicato (confronta grafico slides)
A. voltaggi bassi: non tutte le cariche raccolte, perchè piccolo campo elettrico, processo di ricombinazione delle coppie ione-e- notevole
B. regione di saturazione: effetti ricombinazione trascurabili e carica raccolta è tutta quella prodotta
C e D. campo elettrico dipende da voltaggio:campo elettrico inteso per ionizzazione secondaria
E. regione di Geriger-Muller: carica raccolta non proporzionale a ionizzazione primaria, uso di contatore
F. impulso in uscita non dipende più da radiazione incidente (scarica continua)
vantaggi e svantaggi
- non da misura quantitativa di radioattività
- tempo morto lungo, in quanto il gas ha numero finito di ioni, quindi se devo fare una seconda misura devo aspettare che tutti gli ioni si scarichino dagli elettrodi
- non misura radioattività di alfa emettitori e beta emettitori deboli (uso smear test), perchè no energia per attraversare mica
- biologia usato per verificare livello di contaminazione pre e post esperimento
scintillazione liquida
- isotopi radioattivi interagiscono con materia causando eccitazione di sostanze fluorescenti (solide o in soluzione) che emettono fotoni: scintillatori
- luce emessa raccolta da fotomoltiplicatore: impulso elettrico proporzionale a evento radioattivo primario
- campione in contenitore di plastica di ≠ misure con tappo a vite: VIALS
componenti
- solvente: emette fluorescenza a bassa lambda, quindi non rilevata da fotomoltiplicatori (quindi uso amplificatori), come toluene, p-xylene o dioxane
- scintillatole primario: assorbe luce emessa da solvente e riemette luce a lamda superiore, ma non ancora misurabile, come PPO, POPOP
- scintillatore secondario: assorbe luce di primo scintillatore e riemette a loda ancora maggiori misurabili
sono tutte sostanze tossiche ed inquinanti, quindi vendute in miscele già pronte
ß Counter
- macchinario per la conta
- può contenere fino a 96 pozzetti
- due tipologie di conte: rack per vials, ovvero vaschette per pesate; rack per stop
uso conteggio per campioni con due radioisotopi
- intensità dell' impulso prodotta da trasformazione nel fotomoltiplicatore direttamente correlata all'energia dell'evento radioattivo primario
- diversi emettitori di ß hanno spettri di ≠ energia, quindi posso determinare separatamente due isotopi contenuti in un singolo campione, purché spettri di energia sufficientemente ≠
- canali: posso rilevare + isotopi (2) a lamda diverse
determinazione efficienza di conteggio
presenza di queching rende necessario determinare efficienza contatore in uso (sottostima):
- standardizzazione interna: aggiungo standard con radioattività nota aggiunto al campione
- metodo rapporto fra canali
- standardizzazione esterna: si usa standard esterno emettitore di raggi gamma già posto nel contatore
standardizzazione interna
- conteggio campione e ottengo valore A di cpm
- conteggio campione con standard interno a valore noto di dlm B
- ottengo valore C con differenza e calcolo efficienza di conteggio %: 100x(C-A)/B
NON è ricalcolabile perchè standard nel campione
standardizzazione esterna
- ogni campione effettua conteggio esposto a raggi gamma esterni
- allestisco curva di calibrazione, ovvero conto ogni valore che passa davanti allo standard e lo inserisco nella curva
è ricalcolabile perchè campione non intaccato con lo standard
vantaggi e svantaggi
- veloce nel conteggio, perchè decadimento di fluorescenza veloce
- efficienza di conteggio maggiore
- ogni tipo di campione (liquido, solido, gassoso)
- contare separatamente ≠ isotopi nello stesso campione
- queching dovuto ad interferenza di energia di riassorbimento di fluorescenza (ottico, da calore, chimico)
- chemioluminescenza e fosfoluminescenza
scintillazione solida
- usata per gamma emettitori
- campione posto accanto a cristallo fluorescente (ioduro di Na)
- radioattività induce fluorescenza del cristallo misurabile
- essendo con gamma emettitori meno usato in biologia
conteggio Cerenkov
- sfrutta emissione di fotoni generati quando una particella carica attraversa un mezzo a velocità>della luce (in realtà prima particella scontra una seconda particella, nulla più veloce della luce)
- qualcunque ß emettitore con decadimento 0.5 MeV porta emissione da acqua di luce bianco-azzurra= luce di Cerenkov
- luce misurata direttamente dal contatore senza scintillatori
- applicazione con P32
- particella carica lungo la sua traiettoria induce momenti di dipolo temporaneo in atomi o molecole del mezzo ritornando a configurazione inutile creando luce di cerenkov
autoradiografia
- autoradiografia radioattività rivelata mediante una lastra fotografica
- pellicola è costituita da una base flessibile, sulla quale è stratificata un’emulsione fotosensibile, ricoperta da un rivestimento protettivo (gelatina fotosensibile)
- emulsione costituita da granuli di ioni Ag, bromuro e iodio disposti in un lattice cristallino
- emulsione esposta al movimento delle particelle subatomiche attira gli ioni Ag formando delle macchie
- sviluppo mediante idrossichinone riduce gli ioni Ag ad Ag metallico, lastra viene fissata con tiosolfato
- usata per evidenziare pp di dna una radioattivi dopo separazione du gel
- analisi densiometrica per valutazioni quantitative
applicazioni
- studio vie metaboliche
- determinazioni attività enzimatiche
- studi assorbimento e trasporto
- studi farmacologici
- dosaggio radioimmunologici RIA
- sequenziamento DNA (anche se oggi con fluorescenti)
- marcatura sonde DNA e RNA
- nel northen blot una trasferito su filtroo rivelato mediante marcatura