Химическая энциклопедия

ИЗОТОПНЫЕ ИНДИКАТОРЫ , в-ва, имеющие в своем составе хим. элемент с изотопным составом, отличающимся от природного. Часто И. и. называют сами изотопы-метки, добавляемые в в-во, содержащее прир. смесь изотопов данного элемента. Т.к. поведение изотопов одного элемента в физ.-хим. процессах практически идентично (за исключением легких элементов с атомными номерами Z [ 10-12, для к-рых относительно большую роль могут играть изотопные эффекты ), использование И. и. позволяет по регистрации изотопа-метки исследовать самодиффузию и миграцию меченого в-ва, определять ничтожно малые кол-ва в-ва, изучать механизмы хим. р-ций и биол. процессов (т. наз. метод изотопных индикаторов, ранее наз. методом меченых атомов). Различают стабильные и радиоактивные И. и. в зависимости от того, стабильный или радиоактивный изотоп добавляют в в-во в качестве метки. В стабильных И. и. в качестве метки м. б. использованы изотопы только тех элементов, к-рые в природе представлены смесями стабильных изотопов. У целого же ряда элементов (В, F, Na, Al, P, I) имеется только один стабильный нуклид, поэтому стабильных И. и., меченных по этим элементам, нет. Кроме того, для применения стабильного изотопа в качестве метки его относит. содержание в прир. смеси изотопов данного элемента должно быть невелико. Так, в случае кислорода, состоящего из стабильных изотопов ¹⁶О, ¹⁷О и ¹⁸О (содержание в прир. смеси 99,756%, 0,037% и 0,204% соотв.), роль стабильного изотопа-метки могут играть ¹⁷О и ¹⁸О (чаще ¹⁸О, т.к. его извлечение из прир. смеси намного дешевле). Регистрацию стабильного изотопа-метки в изучаемых процессах осуществляют по его содержанию в в-ве на разных этапах процесса. Для этого используют в осн. масс-спектрометрию; иногда, особенно в случае элементов с малыми Z, также ИК спектроскопию, ЯМР, вискозиметрию и др. методы. Радиоактивные И. и. более универсальны: радионуклиды, к-рые можно использовать как метки, имеются у подавляющего большинства элементов. При этом существует возможность выбора радионуклида-метки среди неск. радионуклидов, различающихся типом и энергией радиоактивного превращ. и периодом полураспада T_1/2. Присутствие радиоактивных И. и. в среде устанавливают с помощью радиометрич. аппаратуры, детектируя ионизирующее излучение, испускаемое радионуклидом. Разработка автоматич. аппаратуры для быстрой регистрации излучения радионуклида позволяет применять в качестве меток короткоживущие радионуклиды, напр. ²⁰F (T_1/2 ок. 11 с). Такие радионуклиды часто предпочтительнее долгоживущих, т. к. уже через небольшой промежуток времени (неск. мин) исследуемый материал совершенно свободен от радиоактивных атомов. Стабильные нуклиды для И. и. получают методами изотопов разделения . Важное преимущество их использования - отсутствие ионизирующих излучений; недостатки: высокая (в большинстве случаев) стоимость препаратов, сложная техника регистрации, низкая точность определения и сравнительно высокие пределы обнаружения (не ниже 10^-5-10^-17% по массе). В случае радиоактивных И. и. пределы обнаружения тем ниже, чем меньше T_1/2 радионуклида-метки, и могут достигать чрезвычайно низких значений (10^-16-10^-20% по массе). Это определяет широкое применение радиоактивных И. и. в химии, физике, биологии, медицине и др. областях. Большинство используемых радионуклидов - искусственные, получаемые при ядерных р-циях как продукты деления, при проведении активац. анализа, радиоактивном распаде долгоживущего "материнского" нуклида (см. Изотопные генераторы ). Для тяжелых элементов - Ра, Th, Bi, Pb, Тl - обычно используют их короткоживущие радионуклиды, входящие в состав прир. радиоактивных рядов . Так, в качестве метки для тория (прир. Th a-радиоактивeн, но имеет очень низкую уд. радиоактивность из-за большого значения Т_1/2 = 1,40.10¹⁰ лет) применяется, напр., член ряда урана-радия ²³⁴Тh с T_1/2 = 24,1 сут. Излучение радионуклида-метки может привести к появлению разл. артефактов из-за радиолиза, образования горячих атомов или др. эффектов. Однако при низких уд. радиоактивностях препаратов, достаточных для проведения подавляющего большинства исследований, артефакты несущественны; они начинают сказываться на результатах при уд. радиоактивностях препаратов выше 10²-10⁵ МБк/г; тогда для выявления артефактов проводят дополнит. исследования (используют разные радионуклиды-метки одного и того же элемента, варьируют уд. радиоактивность препаратов и т.п.). Ограниченность применения И. и. связана, во-первых, с уже упоминавшимися изотопными эффектами, во-вторых, с возможностью изотопного обмена (напр., атомов-меток в исследуемом растворенном в-ве с атомами того же элемента, входящими в состав молекул р-рителя). Поэтому в молекулу изучаемого хим. соед. изотоп-метку стараются вводить в определенную позицию, где скорость изотопного обмена невелика. Так, при использовании в качестве И. и. фенола его метят по бензольному кольцу, а не по атому Н фенольной группы. Подробнее о синтезе хим. соед., содержащих изотопы-метки в том или ином положении, и номенклатуре этих соед. см. в ст. Меченые соединения . Радиоактивные И. и. впервые применены для исследований Г. Хевеши и Ф. Пакетом в 1913. Лит.: Радиоактивные индикаторы в химии. Проведение эксперимента и обработка результатов, М., 1977; Радиоактивные индикаторы в химии. Основы метода, под ред. В. Б. Лукьянова, 3 изд., М., 1985; Остерман Л. А.. Исследование биологических макромолекул электрофокусированием. иммуноэлектрофорезом и радиоизотопными методами. М., 1983, С. С. Бердоносов.