分子中含有一个或几个同位素原子,利用其示踪性而进行分析测定的化学试剂。用同位素置换后的试剂,除同位素效应外,其化学性质通常没有发生变化,可参与同类的化学反应。因此,广泛用作示踪剂来研究物质运动和变化的规律。同位素标记试剂分为放射性和稳定性两种。
放射性同位素标记试剂
常用的有:3H、14C、32P、35S、125(131)I、75Se等。
标准指标
主要有三个:
(1)放射性比度或比放射性:指单位质量(mg)中所含放射性的强度 (mCi)。
(2)放射性浓度:指单位体积(ml)中所含放射性的强度(mCi)。
(3)放化纯度:指特定化学结构的放射性强度所占总放射性强度的百分比。
放射性同位素标记试剂的定量测定,可使用各种射线测定器,对于放出γ射线等的物质,可进行非破坏性的连续测定。
制备
有化学合成法、生物合成法、同位素交换法等方法。
(1)化学合成法是运用普通的化学反应原理,用原料分子中含有的放射性同位素通过化学合成来制备所需的同位素试剂。例如,制备5-131I-碘尿嘧啶:
Na131I+ICl→131Cl+NaI
(2)生物合成法是利用动物、植物、酶或微生物的生理代谢过程,引入放射性同位素,制得所需要的放射性同位素试剂。例如γ-32P-腺嘌呤核苷三磷酸(γ-32P-ATD)的制备方法,是以32P-磷酸为原料与非标记的ATP混合,于26~30°C保温1小时,在酶的作用下,使ATPγ位上的磷酸与32P-磷酸盐之间进行交换,制得γ-32P-ATP。
(3)同位素交换法是利用两种不同分子之间同一元素的同位素互相替代,而直接引进放射性同位素,制得所需的同位素试剂。例如;利用放射性同位素131I(或125I)在一定条件下,能与化合物中的碘原子发生交换反应的原理,可以制得不少131I(或125I)放射性同位素试剂。例如,[131I]-6-甲基碘代胆固醇的制备方法:
生产特点
放射性同位素试剂的制备和普通试剂的合成有许多基本相同处,但又有不同于普通的有机合成之处,其特点主要有:
(1)制备用的原料14C、3H等放射性同位素与天然元素相比,是相当昂贵的物质,而且来源不易。因此在制备过程中必须力求提高产率。同时,由于对放射性同位素试剂的放射性比度有一定要求,就限制了批量生产的规模,常常只有几个毫摩尔。因此,在合成方法和分析分离方面均需采用微量或超微量技术。
(2)制备有机同位素试剂用的起始原料,通常是14C-碳酸钡,因此在选择路线上与普通有机合成有较大的区别,同时还须考虑未参加反应的14C的回收。
(3)制备时要注意放射性同位素放在分子中较稳定的位置或指定的位置上。
(4)在设计合成路线时,要求操作步骤少和时间短,还必须尽量使放射性物质最后引入反应步骤中。在正式制备之前,必须先做非放射性的模拟试验,以保证正式制备时顺利进行。
(5)制备时,要采取必要的放射性防护措施和安全措施,尽量避免高温、高压等剧烈反应。
(6)对于所制得的产品除了测定它的化学纯度外,还必须对其放射性比度和放化纯度进行测定。另外,在合成、贮存过程中还要考虑同位素效应及辐射自分解因素。
稳定性同位素标记试剂
指分子中的原子被稳定性同位素原子所置换。常用的稳定性同位素有:13C、2H、14N、17O、218O等。
稳定性同位素标记试剂的标准指标,除符合普通试剂的标准外,还要标出同位素原子的同位素丰度(某元素同位素的原子数占其元素总原子数的百分数)。
稳定性同位素标记试剂的定量测定,一般使用质谱分析法;对D和13C,可使用核磁共振分析法;对15N,可使用发射光谱分析法。
稳定性同位素标记试剂与放射性同位素标记试剂的制备方法基本相似(优点是不需放化专用设备,无放射性物质处理问题)。近年来,采用多标记技术(即一个产品分子上带有多个同种或不同种的标记原子)制备稳定性同位素标记试剂的方法已得到应用。
应用
近年来,稳定性同位素标记试剂作为一种无损伤性的示踪技术,在生命科学等方面得到了广泛的重视和推广。
在医学上,利用放射性同位素标记试剂对甲状腺、肝、肾、脑、心脏、胰腺、胃等脏器进行扫描,成为诊断肿瘤等疾病的重要检查和治疗手段。