Метод авторадиографии. Меченых атомов метод. Количественная оценка радиоактивности

Метод радиоавтографии

Радиоавтография, определение, история.

Метод радиоавтографии основан на введении в исследуемый объект соединения, "меченого" радиоактивным атомом и выявлении места его включения путем фотографической регистрации излучения. Основой получения изображения является воздействие ионизирующих частиц, образующихся при распаде радиоактивного атома, на ядерную фотоэмульсию, содержащую кристаллы галоидного серебра.

Открытие метода радиоавтографии напрямую связано с открытием явления радиоактивности. В 1867 году было опубликовано первое наблюдение о влиянии солей урана на галогениды серебра (Niepce de St.Victor). В 1896 году Генри Беккерель наблюдал засвечивание фотопластинки солями урана без предварительной экспозиции на свету. Этот эксперимент считается моментом открытия явления радиоактивности. Радиоавтографию применительно к биологическому материалу впервые использовали Лакассань и Латтье (Lacassagne, Lattes 1924) в 20-х годах прошлого века; гистологический блок от различных органов животных после введения им изотопов прижимали плоской стороной к рентгеновской пластинке и экспонировали. Заранее получали гистологический срез и подвергали стандартной процедуре окраски. Полученный автограф изучали отдельно от среза. Этот метод позволяет оценить интенсивность включения изотопа в биологический образец. В сороковых годах Леблон использовал радиоавтографию для демонстрации распределения изотопа иода в срезах щитовидной железы (Leblond C.P. 1943).

Первые попытки сочетать радиоавтографию с электронной микроскопией были сделаны в 50-е годы (Liquir-Milward, 1956). Электронно-микроскопическая радиоавтография представляет собой частный случай обычной радиоавтографии, при котором также подсчитываются зерна серебра и учитывается их распределение. Особеннось метода состоит в применении очень тонкого слоя эмульсии. В настоящее время достигнуто разрешение около 50 нм, что в 10-20 раз выше в сравнении со световой микроскопией.

В настоящее время метод радиоавтографии дополнен возможностью автоматической оценки количества зерен серебра с помощью видеоанализаторов. Часто для усиления сигнала метки (как правило это изотопы с высокими энергиями) применяются различные виды сцинтиляторов, нанесенные на пластины (усиливающий экран с фосфорным покрытием), или импрегнированные в эмульсию (PPO) – в таком случае излучение фотонов засвечивает обычную фотопластину или фотопленку.

Фотографический принцип получения изображения, фотоэмульсии

В радиографическом исследовании роль детектора ядерных распадов выполняет фотоэмульсия, в которой при прохождении ионизирующей частицы остается скрытое изображение, выявляемое затем в процессе проявки, аналогично обработке обычной фотопленки.

Фотоэмульсия представлет из себя взвесь микрокристаллов галоидного серебра в желатине. Микрокристаллы имеют дефекты в структуре, называемые центрами чувствительности. Согласно модели Гэрни-Мотта эти нарушения ионной решетки кристалла способны захватывать электроны, высвободившиеся при прохождении альфа- или бета-частицы в зоне проводимости кристалла, в результате чего ион превращается в атом. Образовавшееся скрытое изображение может быть выявлено с помощью процедуры, в результате которой активированные кристаллы галоидного серебра превращаются в зерна металлического серебра (этот процесс называется химической проявкой). В качестве проявителя может быть использован любой агент с достаточной восстанавливающей активностью (типично в фотографии и авторадиографии используются метол, амидол или гидрохинон). После проявления экспонированных кристаллов остальные микрокристаллы галоидного серебра удаляют из эмульсии при помощи фиксатора (обычно - гипосульфит). Ядерные фотоэмульсии характеризуется разрешающей способностью (зернистостью) и чувствительностью. Первая определяется размером микрокристаллов соли серебра и обратно пропорциональна последней. Фотоэмульсия характеризуется пониженной чувствительностью к видимому свету, но работа с ней, тем не менее, должна производится в темноте, чтобы исключить появление артефактов.

Эмульсия может наносится на препарат в виде готовой пленки с подложкой или погружением препарата в разогретую жидкую эмульсию – таким образом получается тонкий равномерный слой, который проявляется обычным способом. Перед нанесением эмульсии для световой микроскопии препарат обычно окрашивают требуемой гистологической окраской, но более бледно, чем обычно, чтобы сделать возможным подсчет зерен серебра на всех участках. Определенное время препарат экспонируют, затем проявляют.

Изотопы, используемые в радиоавтографии.

В радиоавтографии в зависимости от целей исследования и доступных материалов возможно применение различных изотопов. Изображение, создаваемое ионизирующей частицей на ядерной фотоэмульсии зависит от энергии частицы и типа ее взаимодействия с веществом.

Альфа-частицы, испускаемые одинаковыми радиоактивными ядрами обладают одинаковой энергией (E ) и одинаковой длиной пробега (R ) , связанными следующим соотношением:

R = kE 3/2

Где k – константа, характеризующая среду, в которой распространяются частицы. Величина пробега частиц в серде определяется ее плотность и элементарным составом. Соотношение Брегга-Климена позволяет по величине пробега альфа-частиц в воздухе (R 0) оценить пробег в веществе с атомной массой A и плотностью d :

R= 0,0003 (R 0 / d) A 1/2

Поскольку ионизирующая способность альфа-частиц очень высока, это облегчает фотографическую регистрацию распределения изотопа, а так же позволяет использовать для регистрации неэмульсионные материалы. След альфа-частиц, испускаемых одним источником, на автографах выглядит как пучок прямолинейных отрезков, обычно длиной 15-50 мкм, исходящих из одной точки, что позволяет точно локализовать участок включения радиоактивной метки. Однако, альфа-частицы испускаются изотопами с большими атомными номерами, что ограничивает возможность их применения в качестве биологической метки.

Треки альфа-частиц часто наблюдаются в гистологических радиовтографах как артефакт – результат собственного излучения изотопов, находящихся в предметном стекле.

Прохождение бета-частиц и моноэнергетических электронов через вещество сопровождается двумя основными типами взаимодействия. При взаимодействии с орбитальным электроном частица может передать ему энергию, достаточную для ионизации атома (удаления электрона с орбиты). В редких случаях эта энергия настолько велика, что можно наблюдать трек освобожденного электрона. Из-за равенства масс частицы и электрона происходит отклонение от первоначального движения. Взаимодествие второго типа, с атомными ядрами, приводит к возникновению тормозного рентгеновского излучения. Хотя последнее и не регистрируется эмульсией, акт взаимодейтсвия частицы с ядром может быть обнаружен по резкому излому траектории.

Многократное взаимодействие с орбитальными электронами приводит к искривлению траектории, которая обычно выглядит как извилистая линия, особенно в конечной части, когда скорость частицы падает, а ионизирующая способность возрастает. Длина траектории заметно превышает расстояние от начальной до конечной точки трека – пробег. По этой причине даже для моноэнергетических электронов характерно наличие спектра пробегов, ограниченного сверху R max, харакерным для данного излучения. Из-за более низких ионизационных потерь бета частицы регистрируются с большими сложностями, чем альфа-частицы. Они не образуют сплошных треков (кроме самого мягкого излучения трития – однако в этом случае мала вероятность прохождения более чемп через один кристалл эмульсии), плотность и число проявленных кристаллов варьируют в различных пределах. Пробег бета-частицы в другом элементе может быть оценен по формуле:

R = R A1 (Z/A) A1 / (Z/A)

В широком диапазоне значений Emax максимальный пробег связан с максимальной энергией соотношением:

R m = 412 E max 1.265 – 0,0954 ln Emax

Различие в пробегах, ионизационной способности и плотности проявленных эмульсионных кристаллов у частиц с различной энергией может быть использовано для дискриминации распределения элементов, эсли их изотопы существенно отличаются по E max, как в случае с тритием и 14 С. Дискриминацию распределения двух изотопов осуществляют с помощью нанесения на образец двух эмульсионных слоев, первый слой регистрирует преимущественно мягкое излучение, второй – жесткое. Согласно некоторым работам различные изотопы могут быть надежно выделены по размеру проявленных эмульсионных кристаллов - кристаллы, затронутые бета-частицей трития, обладающей большей ионизационной способностью, имеют большие размеры.

Электроны внутренней конверсии образуются при поглощении гамма кванта с очень низкой энергией излучения и удалении электрона с внутренней оболочки атома. Эти электроны подобны мягким бета-частицам, но в отличие от последних являются моноэнергетическими. Наличие электронов внутренней конверсии позволяет использовать такие изотопы как 125 I.

В настоящее время чаще всего используются изотопы, излучающие бета-частицы. Как правило для метки в гистологических исследованиях используется тритий. Первые автографы с использование трития были изготовлены еще в 50-е годы (Fitzgerald et al. 1951), однако широкое его применение началось после того, как в Брукхэвенской лаборатории был получен меченый тритием тимидин. Поскольку водород входит в состав всех органических веществ, то, используя тритий, можно получать самые разные соединения, несущие радиоактивную метку. Чем меньше энергия испускаемой частицы, тем короче трек, оставляемый ей при движении в фотоэмульсии и тем точнее можно локализовать расположение меченого атома. Длина пробега бета-частиц трития около 1-2 мкм, наиболее вероятная энергия 0,005 МэВ, а трек состоит в большинстве случаев из одного зерна серебра, что позволяет локализовать источник излучения не только в относительно крупных клеточных структурах, таких как ядро, но и в отдельных хромосомах.

Введение "меченых" метаболитов в организм позволяет проследить включение изотопа в клетки тканей животного, что дает возможность исследовать самые разные биохимические процессы в живом организме.

Получение абсолютных данных – концентрации меченого вещества в изучаемом объекте редко бывает целью радиоавтографического исследования, для этого необходимо знание ряда условий, определение которых затруднено. Поэтому количественные радиоавтографические исследования обычно проводят путем сравнения концентрации зерен серебра над исследуемым объектом и контролем, при этом контрольные данные удобно принимать за единицу, или 100%.

Характеристики некоторых изотопов, используемых

в радиоавтографии биологических объектов

Бета-частицы радиоактивного фосфора способны пролетать в ядерной эмульсии расстояния до нескольких миллиметров, трек состоит из десятков редко расположенных частиц серебра – так, радиоактивный фосфор может быть использовани только для изучения распределения изотопа в тканях, локализацию в отдельных клеточных структурах установить невозможно.

Радиоактивные сера и углерод могут быть использованы для локализации изотопа в отдельных клетках, при условии того, что они крупные или расположены на достаточном расстоянии друг от друга, что может быть достигнуто в мазках крови или клеточных суспензиях.

Разрешающая способность и погрешности метода, ошибки метода.

Геометрическая ошибка – в связи с тем, что испускаемая частица может быть направлена под любым углом к поверхности фотослоя. Следовательно, зерно серебра в фотослое может быть расположено не точно над радиоактивным атомом, а более или менее смещено в зависимости от направления движения частицы и длины пробега (энергии).

Фотоошибка возникает в связи с тем, что зерно серебра, состоящее из тысяч атомов металла намного больше, чем радиоактивный атом. Таким образом, о локализации меньшего объекта приходится судить исходя из положения большего.

При использовании трития, характеризующегося малой энергией (пробегом) испускаемых частиц и ядерных фотоэмульсий с низкой зернистостью разрешающая способность метода радиоавтографии лежит в пределах разрешающей способности оптических систем – 1 мкм. Таким образом, эти ошибки не имеют существенного влияния на получаемый результат.

Для достижения лучшего разрешения необходимо уменьшать толщину среза, слоя эмульсии и расстояние между ними. Препарат следует немного недоэкспонировать.

Эффект автоабсорбции: Число зерен серебра зависит от степени поглощения излучения клеточными структурами, благодаря малому пробегу и малой энергии бета-частиц, их абсорбция в тканях достаточно велика, что может приводить к потере метки, поэтому важное значение приобретает вопрос о толщине срезов. Показано, что число зерен серебра пропорционально радиоактивности ткани только при толщине среза не более 5 мк.

Относительное число бета-частиц, прошедших сквозь слой поглотителя толщиной х может быть оценено по закону Бэра –

N x /N 0 = e - m x

Где m - коэффициент поглощения (величина, обратная толщине слоя, при прохождении которого число частиц уменьшается в e раз. Величину коэффициента поглощения можно приближенно оценить по величине Rm (максимальный пробег), известной для всех изотопов, с помощью соотношения m Rm = 10, справедливого для не слишком жестких излучений.

Если в слое единичной толщины в единицу времени возникает n частиц, движущихся к поверхности, то в образце толщиной х поверхности достигнет N частиц:

Фон и артефакты: Ошибку в измерения могут вносить так же механические воздействия – царапины, трещины эмульсии, ведущие к образованию скрытого изображения и фоновое излучение, которое необходимо учитывать при обработке радиоавтографов. Фон учитывают подсчетом числа зерен серебра на пустом участке препарата. Ошибки так же вносятся в результате гистологической обработки срезов – проводки по спиртам (дегидратации), заключения в парафин, окраски. Эти процедуры могут влиять на размеры и соотношения клеточных структур.

Радиационный эффект меченых метаболитов: Благодаря малой энергии излучения тритий вызывает в клетке значительную ионизацию, намного превышающую радиационный эффект бета-частиц углерода. Вследствие этого при продолжительном действии меченого соединения например 3 H-тимидина происходит разрушение и гибель клеток, приводящие к остановке роста тканей. В первую очередь нарушается сперматогенез. Имеются данные о мутагенном и канцерогенном действии меченых метаболитов. Наблюдаемые цитологические изменения заключаются в нарушении прохождения клетками митотического цикла, изменении плоидности клеток и появлении хромосомных аберраций. Но, по-видимому, повреждающее действие изотопа на клетки мождет заметным образом сказываться на результатах исследования лишь в условиях длительного эксперимента.

Количественная оценка радиоактивности

Как правило, в эксперименте определяют не абсолютное, а относительное количество включившегося изотопа. Степень включения метки можно оценить двумя способами – денситометрически – что более применимо к макроавтографам и прямым подсчетом зерен серебра над объектами. Эта трудоемкая процедура в настоящее время может быть выполнена с помощью компьютера. Цифровой снимок гистологического препарата обрабатывается специальным програмным обеспечением, с целью автоматически выделить на нем клетки и клеточные структуры и подсчитать косличество зерен серебра. Если встает вопрос о количественной оценке – необходимо привлекать понятие эффективности. Чаще всего под эффективностью понимают число зерен серебра, образующихся при регистрации одного радиоактивного распада. На эффективность метода влияют многие факторы, в первую очередь толщина объекта и эмульсии.

В исследованиях с помощью сцинтиляционного счетчика была найдена высокая корреляция между средним числом распадов в минуту и количсетвом зерен серебра. По данным Ханта (Hunt, Foote, 1967) образование одного зерна в применявшейся в эксперименте эмульсии соответствует 5.8 радиоактивных распадов, т.е эффективность метода составляет 17.8%.

Для количественной оценки трития в макроскопических препаратах могут быть использованы образцы со стандартной активностью, которые монтируются на том же автографе.

Точна оценка радиоактивности сравниваемых биологических объектов очень сложна.

Классический пример радиоавтографического исследования – это работа по изучению накопления 32 P в ДНК клеток корня конского боба (Howard, Pelc, 1953). В этом эксперименте было впервые показано деление митотического цикла на четыре периода (митоз - M, G 1 - пресинтетический период, S – синтез ДНК, премитотический период G 2), что период синтеза ДНК занимает ограниченную часть интерфазы, будучи отделен во времени от начала и окончания митоза. Данные Говард и Пелка позднее нашли подтверждение в более точных экспериментах с применением спецефического предшественника ДНК – 3 H-тимидина.

Методы оценки синтеза белка. Наиболее распространенными предшественниками для оценки общего белкового синтеза в радиоавтографических исследованиях служат 3 H-лейцин, 3 H-метионин, 3 H-фенилаланин. Например, с использованием лейциновой метки изучался синтез общего белка в головном мозге крыс первых недель постнатального развития (Pavlik, Jakoubek, 1976). Для изучения синтеза гистонов и их влияния на регуляцию транскрипции используют основные аминокислоты 3 H-лизин и 3 H-аргинин, для изучения синтеза кислых белков - 3 H-триптофан. Плотность включения аминокислотной метки соответствует интенсивности синтеза белка, а следовательно отражает функциональную активность нейрона. Радиоавтографический метод позволяет сравнивать особенности синтеза белка в различных тканях животных при экспериментальном воздействии, позволяет проследить динамику изменений на уровне отдельных типов клеток и клеточных структур (ядро, тело клетки, отростки нейрона – аксональный транспорт).

В настоящее время радиоавтографический метод часто используется для изучения мозга в работах с использованием радиолигандов к определенным рецепторам. Таким образом построены карты распределения различных рецепторов в структурах мозга животных и человека.

Радиоавтографический метод также используется для визуализации гелей в биохимии и в сочетании с иммунологическими методами (РИА).

Использованная литература:

1.Епифанова О.И. и др. Радиоавтография М., «Высш.школа», 1977

2.Саркисов Д.С. Перов Ю.Л. Микроскопическая техника М.: «Медицина», 1996

3.Rogers A.W. Practical autoradiography, Amersham UK, 1982

4.Бокштейн С.З. Гинзбург С.С. и др. Электронно-микроскопическая авторадиография в металловедении М., «Металлургия»

1.1. Объекты исследования и способы применения авторадиографических методов в геохимии.

1.4. Детекторы излучения, используемые в авторадиографии.

Глава 2. МЕТОДОЛОГИЯ.

3.1. Выбор радиоизотопа и расчет его количества.

3.2. Приготовление препаратов, проведение эксперимента.

3.3. Выбор оптимальных размеров препаратов.

4.1. Экспериментальные исследования с использованием метода радиоактивных индикаторов с авторадиографическим окончанием.

4.1.1. Распределение и механизм вхождения Ir в гидротермально синтезированные сульфиды Fe, Се, ZnuPb.

4.1.2. Экспериментальное исследование перераспределения золота в процессе ударно-волновой нагрузки пирит-кварцевой смеси (с использованием

4.2.2. Изучение пространственного распределения золота в джаспероидах Юзикского золоторудного месторождения (Кузнецкий Алатау).

4.2.3. Применение комплекса методов на основе (пф)-, (n,j)~ авторадиографии для изучения распределения элементов в донных осадках озер Байкал (Академический хребет) и Иссык-Куль.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Применение авторадиографического метода в геохимических исследованиях»

Авторадиография - разновидность ядерно-физических методов исследования распределения химических элементов в материалах, в основу которого положена регистрация радиоактивного излучения с помощью детектора, в качестве которого используются твердотельные трековые детекторы или ядерные фотоэмульсии. В зависимости от вида регистрируемых частиц выделяется а-, Р-, f-, и у-авторадиография. Радиоактивный изотоп вводят в исследуемый образец (систему) либо переводят стабильный элемент в радиоактивное состояние путем активации (нейтронной, ионной и др.). Достаточно детально теория и техника авторадиографии описана в монографиях Б.И. Брука (1966), Э. Роджерса (1972), Г.И. Флерова, И.Г. Берзиной (1979), Ю.Ф. Бабиковой и др. (1985).

Авторадиография как метод был разработан и нашел широкое распространение при исследовании закономерностей распределения естественных радиоактивных элементов в горных породах и рудах (Баранов и Кречмер, 1935; Igoda, 1949). И. Жолио-Кюри изучала возможность применения эмульсий ядерного типа для изучения радиоактивности горных пород. Впервые авторадиография использовалась для изучения локализации Ra и U в гранитах и осадочных породах. В последующем метод совершенствовался и достиг в настоящее время высокой разрешающей способности и чувствительности благодаря применению специальных твердотельных трековых детекторов, эмульсий и оптической электронной микроскопии.

После освоения способов получения искусственных радиоизотопов авторадиографический метод нашел широкое распространение в таких областях науки и техники как биология, медицина, металлургия, электроника и др. В геологических исследованиях основное внимание было сосредоточено на авторадиографии естественных радиоэлементов, и только в последние годы стал развиваться метод радиоизотопных индикаторов или "меченых атомов" в сочетании с авторадиографическим способом детектирования (Mysen, 1976; Mysen et al., 1976; Миронов и др., 1981), особенно при экспериментальном моделировании процессов и механизмов переноса и концентрирования элементов. Основные достижения в области биологических наук были получены благодаря применению метода «меченых атомов» с авторадиографическим окончанием.

В настоящее время в геологии (главным образом, в геохимии) существует несколько направлений, связанных с разработкой и применением авторадиографического метода: 1 - изучение распределения и форм нахождения естественных радионуклидов (Ra, U, Th, Pu); 2 - выявление пространственного распределения и форм нахождения нерадиоактивных элементов на основе перевода их в радионуклиды, получаемых при облучении в реакторах или на ускорителях препаратов горных пород; 3 - применение искусственных радиоизотопов, введенных в систему при моделировании геологических процессов, так называемый, метод радиоизотопных индикаторов или «меченых атомов». Перечисленные методы авторадиографии будут рассмотрены в данной работе.

Актуальность работы Классические, широко используемые в настоящее время методы элементного анализа обычно позволяют определять средние значения концентраций элементов в объекте. К этим методам относятся такие классические методы как химический, люминесцентный, спектральный, масс-спектрометрический, рентгено-радиометрический, атомно-адсорбционный, нейтронно-активационный и многие другие. Однако перечисленные методы не всегда удовлетворяют постоянно растущим и разнообразным требованиям, предъявляемым к аналитическим исследованиям. В последнее время проявляется повышенный интерес к выявлению процессов, связанных с поведением микроколичеств различных химических элементов, т.е. к выявлению поведения ничтожно малых количеств вещества в более сложной матрице исследуемого объекта.

Для решения актуальных проблем в различных областях геологии, геохимии, физики, химии, медицины, биологии и других кроме данных о среднем содержании анализируемых элементов необходимо располагать сведениями об их пространственном распределении и локальной концентрации (Flitsiyan, 1997). Такие сведения важно иметь, например, при анализе объектов на элементы, содержащиеся в весьма малых количествах, но существенно влияющие на физические, физико-химические и механические свойства изучаемого объекта.

В геологии использование локальных методов исследования необходимо для изучения пространственного распределения примесных элементов в тонко вкрапленных рудах и горных породах, определения состава мельчайших минеральных включений и установления геохимических закономерностей распределения элементов-примесей в минералах. В геохимии использование таких методов необходимо для изучения распределения элементов, находящихся в дисперсном и ультрадисперсном (нанометровом) или изоморфном состоянии. В качестве примера можно привести проблему так называемого «невидимого» золота, которое не удается обнаружить многими современными методами анализа.

До последнего времени в технологических и научных исследованиях отсутствовал метод выявления пространственного распределения золота в рудах. Имеется в виду метод, который бы позволял визуализировать нахождение золота разной степени дисперсности на поверхности рудного образца площадью до десятков см2. При использовании минераграфического метода всегда имеется вероятность пропуска в срезе рудного образца золотин прежде всего микронных размеров и значительная сложность восстановления распределения золота по всей плоскости среза рудного тела. Как указывал И.Н. Масленицкий (1944), "минераграфический метод имеет один существенный недостаток - случайность констатированных включений, вследствие физической невозможности просмотра надлежащего весьма большого числа шлифов. Поэтому минерограф может впасть в ошибку, приписывая найденной случайной форме общее распространение".

В настоящее время активно развиваются методы локального анализа, такие как микрозондовой анализ, ионный зонд, сканирующая электронная микроскопия, MS-ICP-LA (лазерная абляция). Однако их применение имеет существенное ограничение, которое заключается в практической невозможности изучать значительные площади объекта. Чаще всего сканирующая площадь ограничивается микронами, в лучшем случае -первыми мм2.

Метод авторадиографии позволяет изучать формы распределения элементов в исследуемых объектах, определять наличие элементов в ничтожно малых количествах и, к тому же, обладает рядом преимуществ перед другими методами: простота измерений, наглядность результатов, возможность исследования низкорадиоактивных образцов за счет интегральной регистрации событий, большие площади исследований и возможность работать с различными концентрациями элементов и, самое главное, метод позволяет устанавливать локальный (пространственный) характер распределения радиоизотопов в различных геологических объектах. Все это говорит об актуальности и своевременности исследований по разработке новых подходов по использованию метода авторадиографии для изучения микронеоднородностей в различных объектах и о важности практического использования этих методик (Fleisher, 1997).

Метод авторадиографии обладает уникальным сочетанием, которое заключается в возможности измерения очень низких концентраций элементов (низким пределом обнаружения) на больших площадях исследуемого объекта (п-см2).

Основная цель работы заключается в разработке методических подходов и их применении в геохимических исследованиях для комплексного изучения пространственного распределения и форм нахождения элементов в осадках, породах и рудах на основе метода авторадиографии.

Задачами исследований являются: 1. Разработка методики, позволяющей применить комплекс авторадиографических методов (п,Р) и (n,f) для изучения пространственного распределения урана, золота, фосфора и других элементов, в осадках, горных породах и рудах.

2. Разработка подхода, позволяющего использовать данные авторадиографии для последующего комплексного изучения методами локального анализа (сканирующая электронная микроскопия, микрозонд).

3. Разработка методов цифровой обработки для анализа авторадиограмм.

4. Применение комплекса методов авторадиографии и цифровой обработки данных авторадиографического анализа в минералого-геохимических исследованиях природных объектов на примере донных осадков озера Байкал и месторождений золота с тонкодисперсным золотом, а также в экспериментальных моделях.

Научная новизна и личный вклад Разработана методика интерпретации авторадиографических данных методом цифровой обработки полученных авторадиограмм. Используя авторадиографический метод, исследованы образцы с различных месторождений, установлены элементы, для анализа которых применим метод авторадиографии, отработана методика выявления пространственного распределения в исследуемых образцах отдельных элементов.

Автором впервые применена цифровая обработка p-авторадиограмм с использованием современных компьютерных технологий и специализированного программного обеспечения. Применение цифровой обработки авторадиограмм позволило проанализировать результаты серии экспериментальных работ с использованием метода радиоизотопных индикаторов, в частности, показать пространственное распределение и рассмотреть механизмы вхождения иридия в сульфиды Fe, Се, Zn и РЬ, полученные в результате гидротермального синтеза.

С использованием метода активационной Р-авторадиографии выявлено пространственное распределение и минералы-концентраторы золота в рудах нетрадиционных типов месторождений Каменное (Северное Забайкалье) и Юзикское (Кузнецкий Алатау) с ультрадисперсной формой нахождения золота.

Байкал, впервые были обнаружены слои аутогенных урансодержащих фосфатов, а также появилась возможность проводить количественное определение урана в колонке осадков с шагом около 10 микрон. Такой подход может быть использован для проведения короткопериодных палеоклиматических реконструкций и изучения перераспределения элементов в процессе диагенеза осадков.

Личный вклад автора также заключался в цифровой обработке полученных авторадиограмм, составлении рядов авторадиограмм различных экспозиций, анализ полученных изображений с помощью специализированного программного обеспечения, анализа авторадиограмм и функций распределения элементов по данным авторадиографии, интерпретация полученных данных.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Применение методов цифровой обработки авторадиограмм позволяет выделять «полезный сигнал» изображение, отражающее пространственное распределение интересующего элемента в срезе горной породы или руды, а также проводить количественный анализ.

2. Использование методов цифровой обработки авторадиограмм, полученных при экспериментальном моделировании геологических процессов с использованием метода радиоизотопных индикаторов, позволяет оценивать механизмы и масштабы перераспределения элементов.

3. Комплексное применение методов нейтронно-осколочной (n,f) и бета-авторадиографии (п,р) при изучении современных осадков (на примере осадков озер Байкал и Иссык-Куль) позволяет выявлять на больших площадях локальные минералого-геохимические особенности донных отложений и дает возможность использования полученных данных для палеоклиматических реконструкций.

Практическая значимость работы По результатам проведенных исследований установлено, что метод нейтронно-активационной авторадиографии можно применять для установления форм нахождения различных элементов в осадках, горных породах и рудах в комплексе с современными локальными методами анализа (микрозонд, электронная микроскопия).

Показано, что авторадиографическое изучение может быть с успехом использовано для выявления условий концентрирования золота и форм его нахождения, что способствует выявлению условий рудообразования и необходимо как для прогнозной оценки месторождений, так и для разработки технологических схем обогащения и извлечения металла. Метод позволяет выявлять «невидимое» золото, в то время как другими методами анализа не удается установить формы его нахождения.

Апробация работы Результаты, полученные в процессе выполнения работы, докладывались на Ежегодном семинаре по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (Москва, 2001); на 9-м Международном платиновом симпозиуме (Биллингс, штат Монтана, США, 2002); Всероссийской научной конференции, посвященной 10-летию РФФИ (Иркутск, 2002); Первой Сибирской Международной Конференции молодых ученых по Наукам о Земле (Новосибирск, 2002); 21-ой Международной конференции по использованию ядерных треков в твердотельных материалах (Нью Дели, Индия, 2002); Международной Конференции по использованию синхротронного излучения "СИ-2002" (Новосибирск, 2002); Объединенном собрании Европейского Геофизического Сообщества (EGS), Американского Геофизического Союза (AGU) и Европейского союза Геонаук (EUG) (Ницца, Франция, 2003); Конференции по шоковому сжатию конденсированного вещества (Портленд, США, 2003); IAGOD конференции (Владивосток, 2003); Плаксинских чтениях-2004 (Иркутск, 2004); Третьем Всероссийском симпозиуме с Международным участием (Улан-Удэ, 2004); Третьем Всероссийском Симпозиуме с Международным участием «Золото Сибири и Дальнего Востока» (Улан-Удэ, 2004); 11-ом Международном Симпозиуме по взаимодействию вода-порода (Саратога Спрингс, штат Нью-Йорк, США, 2004); 22-ой Международной конференции по использованию ядерных треков в твердотельных материалах (Барселона, Испания, 2004).

Результаты, представленные в диссертации, получены при выполнении заданий НИР на 2001-2003; 2004-2006 гг.; при поддержке РФФИ: гранты № 03-05-64563, 03-05-65162, 05-05-65226; а также ведущей научной школы (НШ-03-01) и Президиума СО РАН (ИП: 6.4.1., 65, 121, 161, 170).

Структура и объем работы Диссертация изложена на 112 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, включающих 9 таблиц, 46 рисунков, и заключения. Список литературы содержит 117 наименований работ.

Заключение диссертации по теме «Геохимия, геохимические методы поисков полезных ископаемых», Верховцева, Наталья Валерьевна

Выводы по всей главе. По результатам проведенных экспериментов по гидротермальному синтезу иридийсодержащих сульфидов установлено, что метод нейтронно-активационной авторадиографии можно применять для установления форм нахождения различных элементов в осадках, горных породах и рудах в комплексе с современными локальными методами анализа (микрозонд, электронная микроскопия).

По результатам проведенных исследований установлено, что авторадиографическое изучение может быть с успехом использовано для выявления форм нахождения золота, данные о которых необходимы для технологических схем обогащения и извлечения. Такая работа была проведена для руд с рассеянной формой нахождения Аи месторождения Каменное (Северное Забайкалье) и Юзик (Кузнецкий Алатау).

Применение методов авторадиографии при исследовании распределения элементов в донных отложениях озера Байкал сделали возможным выявлять короткопериодические колебания, которые могут быть использованы в палеоклиматических реконструкциях. Совместное использование авторадиографии с данными, полученными другими методами (сканирующая электронная микроскопия, электронный микроскоп) позволяют устанавливать аномальные концентрации элементов в осадках.

Полученные результаты при анализе данных эксперимента по ударно-волновой нагрузке Au-содержащей пирит-кварцевой смеси позволяют объяснить геохимические аномалии золота в импактных структурах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

До настоящего времени данные авторадиографии оценивались либо визуально, либо фотометрированием отдельных точек и профилей на авторадиограммах. В данной работе впервые использованы данные цифровой обработки изображений (авторадиограмм) для выделения из изображения создаваемого несколькими радионуклидами, изображение, сформированное одним радиоизотопом. Для этого были применены оригинальные подходы, основанные на получении серии авторадиограмм в различные периоды времени после облучения препарата. Дальнейшая обработка авторадиограмм может осуществляться либо методом вычитания изображений (авторадиограмм) с введением поправки на количество распавшихся радионуклидов, либо методом построения кривых изменения плотности почернения ядерной эмульсии авторадиограмм и их корреляции кривыми радиоактивного распада радиоактивных изотопов. Предварительно состав и соотношения радионуклидов в препарате определяются методом гамма-спектрометрии. Уже на этом этапе полученные данные обработки авторадиограмм могут быть с успехом использованы для комплексного изучения препарата горной породы, руды или осадка электронно-микроскопическим и микрозондовым методами. Для количественной оценки данных авторадиографии был апробирован оригинальный метод внутреннего стандарта - когда для построения калибровочной кривой использовались данные микрозондового анализа либо метод внешнего эталона. В качестве эталонов использовались природные стекла (обсидиан и MORB) с известным равномерным распределением элемента в объеме эталона. Цифровая обработка авторадиограмм позволила получить новые данные о распределении иридия и золота в экспериментах по гидротермальному синтезу иридийсодержащих сульфидов Fe, Си, Pb, Zn, а также в результатах стрессовой высокобарической и температурной нагрузки на золотосодержащую пирит-кварцевую смесь. Новые данные были также получены при исследовании распределения золота в сульфидно-карбонатных и карбонатных рудах месторождений Каменное (Муйский район, Бурятия) и

Юзик (Кузнецкий Алатау), относимого к типу «невидимого» (invisible) и упорного золота.

Не менее интересные результаты, несомненно, требующие продолжения исследований, были получены при изучении донных отложений озера Байкал. Впервые было использовано комплексирование методов бета-авторадиографии (для выявления пространственного распределения фосфора), нейтронно-осколочной радиографии (для урана), сканирующей электронной микроскопии и микрозондового анализа. В результате выявлены формы нахождения фосфора и урана в байкальских осадках Академического хребта и слои с аномально высокими концентрациями этих элементов.

В результате проведенных работ установлено, что метод авторадиографии может быть успешно применен для решения различных задач геохимии: для изучения поведения элементов в различных геологических процессах и в экспериментальных исследованиях, моделирующих механизмы перераспределения и концентрирования элементов. Данные авторадиографии могут быть с успехом использованы для установления форм нахождения элементов в различных породах, рудах и осадках, а также для визуализации распределения элементов, находящих в микро- и нано-размерном состоянии.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Верховцева, Наталья Валерьевна, 2006 год

1. Алексеев А.С., Бадюков Д.Д., Назаров М.А. Граница мела и палеогена и некоторые события на этом рубеже // Импактные кратеры на рубеже мезозоя и кайнозоя. Л.: Наука, 1990. С. 8-24.

3. Бабикова Ю.Ф., Минаев В.М. Активационная авторадиография. Учебное пособие. Ч. 1. М.: Изд. МИФИ, 1978. - 84 с.

4. Бадьин В.Н. Расчет пробегов тяжелых частиц в сложном веществе // Приборы и техн. Эксперим. 1969. - № 3. - С. 18-25.

5. Баранов В.И., Кречмер С.И. Применение фотопластинок с толстым эмульсионным слоем к изучению распределения радиоактивных элементов в природных объектах // Докл. АН СССР. 1935. Т. 1, N 7/8. С. 543-546.

6. Березина ИГ., Берман И.Б., Гурвич Ю.Ю. Определение концентрации урана и его пространственное распределение в минералах и породах // Атом. Энергия. 1967. Т.23, N 6. С.121-126.

7. Бокштейн С.З., Кишкин С.Т., Мороз Л.М. Исследование строения металлов методом радиоактивных изотопов. М.: Изд-во оборонной промышленности, 1959. - 218 с.

8. Бондаренко П.М. Моделирование тектонических полей напряжений элементарных деформационных структур // Экспериментальная тектоника: методы, результаты, перспективы. М.: Наука, 1989. С.126-162.

10. Волынский И.С. К методике измерения оптических постоянных рудных минералов. Труды ИМГРЭ, 1959, вып. 3.

11. Галимов Э.М., Миронов А.Г., Жмодик С.М. Природа углеродизации высоко углеродизированных пород Восточного Саяна // Геохимия. 2000. - №1. - С.73-77.

12. Девис Дж. Статистика и анализ геологических данных. Изд-во «Мир», Москва, 1977. - 572 с.

13. Дерибас А.А., Добрецов H.JL, Кудинов В.М, Зюзин Н.И. Ударное сжатие порошков Si02 // Докл. АН СССР. 1966. - Т. 168. - № 3. - С. 665-668.

14. Дриц М.Е., Свидерная З.А., Каданер Э.С. Авторадиография в металловедении. М.: Металлургиздат, 1961. С.

15. Жмодик С.М., Золотов Б.Н., Шестель С.Т. Анализ активационных авторадиограмм Аи методом цифровой обработки изображения на ЭВМ // Авторадиографический метод в научных исследованиях. М.: Наука, 1990. С.121-126.

16. Жмодик С.М., Золотов Б.Н., Шестель С.Т. Применение системы «Pericqlor» для интерпретации активационных авторадиограмм руд золота // Геология и геофизика. 1989. - №5. - С.132-136.

17. Жмодик С.М., Теплов С.Н. Использование активационных авторадиограмм при рентгеноспектральном микроанализе тонкодисперсного самородного золота // Тез. докл. XVI Междунар. Симпозиума по авторадиографии. 1988. С.58-59.

18. Жмодик С.М., Шведенков Г.Ю., Верховцева Н.В. Экспериментальное исследование распределения иридия в гидротермально синтезированных сульфидах Fe, Си, Zn, Pb с использованием радионуклида Ir-192 // Тезисы ЕСЭМПГ-2002. М.: ГЕОХИ РАН, 2002.

19. Зуев Л.Б., Баранникова С.А., Зариковская Н.В., Зыков И.Ю. Феноменология волновых процессов локализованного пластического течения // Физика твердого тела 2001. - 43. - № 8. - С. 423-1427.

20. Игода Т. Радиоактивные измерения при помощи ядерных эмульсий //Радиография. -М.: ИЛ, 1952. С. 5-71.

21. Импактиты / Под ред. А.А.Маракушева. М.: Изд-во МГУ, 1981. 240 с.

22. Карпов И.К., Зубков B.C., Бычинский В.А., Артименко М.В. и др. Детонация в мантийных потоках тяжелых углеводородов // Геология и геофизика. 1998. - № 6. - С. 754-763.

23. Комаров А.Н., Сковородин А.В. Исследование содержания и распределения урана в ультраосновных и основных породах методом регистрации треков осколков индуцированного деления урана // Геохимия. 1969. - N 2. - С. 170-176.

24. Комаров А.Н., Сковородкин Н.В., Карапетян С.Г. Определение возраста природных стекол по трекам осколков деления урана // Геохимия. 1972. - № 6. -С.693-698.

25. Кортуков Е.В., Меркулов М.Ф. Электронно-микроскопическая авторадиография: -М.: Энергоиздат, 1982. 152 с.

26. Крайтор С.Н., Кузнецова Т.В. // Метрология нейтронного излучения на реакторах и ускорителях. Т. 1. М., ЦНИИатоминформ, 1974. С. 146-149.

27. Крегер Ф. Химия несовершенных кристаллов. М.: Мир, 1969. - 655 с.

28. Летников Ф.А. Образование алмазов в глубинных тектонических зонах // Докл. АН СССР. 1983. - Т. 271. - № 2. - С.433^135.

29. Маракушев А.А., Богатырев О.С., Феногенов А.Д. и др. Импактогенез и вулканизм // Петрология. 1993. - Т. 1. - № 6. - С.571-596.

30. Масайтис В.Л. Масс-концентрационный тренд в импактных стеклах и тектитах // Космохимия и сравнительная планетология. М.: Наука, 1989. С.142-149.

31. Миллер Р.Л., Канн Дж.С. Статистический анализ в геологических науках. -М.: Мир, 1965.-482 с.

33. Миронов А.Г., Жмодик С.М. Осаждение золота на сульфидах по данным авторадиографии радиоизотопа 195Аи // Геохимия. 1980. - № 7. - С.985-991.

34. Миронов А.Г., Иванов В.В., Сапин В.В. Исследование распределения тонкодисперсного золота с помощью авторадиаграфии // Докл. АН СССР. 1981. - Т. 259. - N 5. - С.1220-1224.

35. Мухин К.Н. Экспериментальная ядерная физика. 4-е изд., т.1. М.: Энергоиздат, 1983. 584 с.

36. Назаров М.А. Геохимические свидетельства крупных ударных событий в геологической истории Земли: Дис. доктора геол.-мин. наук. М.:ГЕОХИ, 1995, - 48 с.

37. Немец О.Ф., Гофман Ю.В. Справочник по ядерной физике. - Киев: Наукова думка, 1975.-416 с.

38. Нестеренко В.Ф. Возможности ударно-волновых методов получения и компактирования быстрозакаленных материалов // Физика горения и взрыва. 1985. - № 6. - С. 85-98.

39. Овчинников JI.H. Прикладная геохимия М.: Недра, 1990 - 248 с.

40. Петровская Н.В. Самородное золото.- М.: Наука, 1973. 347 с.

41. Радиоизотопные методы исследования в инженерной геологии и гидрогеолгии.- М.: Атомиздат, 1957.- 303 с.

43. Руссов В.Д., Бабикова Ю.Ф., Ягола А.Г. Восстановление изображений в электронно-микроскопической авторадиографии поверхности. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 216 с.

44. Саттаров Г., Баскаков М.П., Кист А.А. и др. Исследование локализации золота и других элементов в рудных минералах методом нейтронно-активационной авторадиографии // Изв. АН УзССР. Сер. физ.-мат., 1980, №1, с. 66-69.

45. Старик И.Е. Основы радиохимии. М., 1959. 460 с.

46. Таусон B.JL, Пастушкова Т.М., Бессарабова О.И. О пределе и форме вхождения золота в гидротермальный пирит // Геология и геофизика. 1998. - Т. 39. -№ 7. - С.924-933.

47. Титаева Н.А. Ядерная геохимия: Учебник. М.: Изд-во МГУ, 2000. 336 с.

48. Третьяков В.А. Твердофазные реакции. М.: Химия, 1978. 360 с.

49. Фельдман В.И. Петрология импактитов. М.: Изд-во МГУ, 1990. 299 с.

50. Флейшер P.JL, Прайс П.Б., Уокер P.M., Треки заряженных частиц в твердых телах. Принципы и приложения. В 3-х ч.: Пер. с англ./ Под общ. Ред. Ю.А. Шуколюкова. М.: Энергоиздат, 1981. Ч. 1 - 152 е., ч. 2 - 160 е., ч. 3 - 152 с.

51. Флеров Г.Н., Берзина И.Г. Радиография минералов горных пород и руд. М.: Атомиздат, 1979.-221 с.

52. Флициян Е.С. Активационно-радиографические методы многоэлементного локального анализа: Автореф. дис. д. физ.-мат. наук. - Дубна, 1995. 83 с.

53. Чернов А.А. Теория неравновесного захвата примесей во время роста кристаллов // ДАН, 1960, Т. 132. № 4. С. 818-821.

54. Чиков Б.М. Сдвиговая стресс-структурирование в литосфере: разновидности, механизмы, условия //Геология и геофизика. 1992. - №9. - С.3-39.

55. Чиков Б.М., Пятин С.А., Соловьев А.Н. Импульсное компактирование гранитного катаклазита // Препринт (рус. и англ.), Новосибирск: ОИГГиМ Со РАН, 1991.-9с.

56. Широких И.Н., Акимцев В.А., Васьков А.С., Боровиков А.А., Козаченко И.В. // Второй Межд. Симп. «Золото Сибири»: Тез. докл. Красноярск: КНИИГиМС, 2001. С. 44-46.

57. Штерцер А.А. О передаче давления в пористые среды при взрывном нагружении // Физика горения и взрыва. 1988. - №5. - С.113-119.

58. Экспериментальное исследование геохимии золота с помощью метода радиоизотопных индикаторов / Миронов А. Г., Альмухамедов А. И., Гелетий В. Ф. и др. Новосибирск: Наука, 1989. - 281 с.

59. Alvarez J.M. Extraterrestrial cause for the Cretaceous tertiary extinction // Science. - 1980. - V. 208. - № 4. - P.44-48.

60. Alvarez L.W., Alvarez W., Asaro F., Michel H.V. Extraterrestrial cause for the Cretaceous-Tertiary extinction// Science. 1980. - V. 208. - P. 1095-1108.

61. Arnold R. G. Equilibrium relations between pyrrhotite and pyrite from 325° to 743°C // Economic Geology. 1962. - V. 57. - № 1. - P.521-529.

62. Berger B.R., Bagby W.C. // Gold Metallogeny and Exploration. / Ed. R.P.Foster. Blackie and Son. Ltd. Glasgow, Scotland, 1991. P.210-248.

63. Bleecken S. Die abbildungseigenschaften autoradiographischer systeme //Z. Naturforschg. 1968. - Bd. 23b. - N 10. S. 1339-1359.

64. Cartwright B.G., Shirk E.K., Price P.B. A nuclear-track-recording polymer of unique sensitivity and resolution // Nuclear Instruments and Methods. 1978. - N 153. P. 457.

65. Erdtmann G. Neutron activation tables. Weinheim-New York: Verlag Chemie, 1976.- 146 p.

66. Evans D.W., Alberts J.J., Clare R.A. Refevrisble ion-exchange fixation of 137Cs leading to mobilization from reservoir sediments // Geochim. Et Cosmochim. Acta. 1983. -V. 47, - N 6. - P.1041-1049.

67. Fleischer R.L., Price P.B., Walker R.M.: Nuclear Tracks in Solids: Principles and Applications. University of California Press, Berkeley, 1975. 605 p.

68. Fleisher R. Tracks to innovation interplay between science and technology // Radiation Measurements. - 1997. - v. 28. - N 1-6. - P.763-772.

69. Flitsiyan E.S. Application of activation radiography in experimental investigation // Radiation Measurements. 1995. - v. 25. -N 1-4. - P.367-372.

70. Flitsiyan E.S. Use of Neutron-activation techniques for studying elemental distributions: applications in geochemistry, ecology and technology // Radiation Measurements. 1997. - v. 28. - N 1-6. - P.369-378.

71. Flitsiyan E. Use of neutron-activation techniques for studying elemental distributions. Application to geochemistry // Journal of Alloys and Compounds. 1998. -N275-277.-P. 918-923.

72. Garnish I.D., Hughes I.D.H. Quantitative analisys of boron in solids by autoradiography. //J. Mater. Sci. -1972. v. 7. - N 1. - P.7-13.

73. Goodman C. Geological application of nuclear physics // J. Appl. Phys. 1942. - V. 13,N 5. - P.276-289.

74. Goodman C., Thompson G.A. Autoradiography of minerals // Am. Miner. 1943. -V. 28.-P. 456.

75. Mironov A.G., Zhmodik S.M., Ochirov I.C. Determination of gold and uranium mineralization in black schists and sulfide ores using radiography complex // Radiation Measurements. 1995. - v. 25. - N 1-6. - P.495-498.

76. Mycroft J.R., Bancroft G.M., Mclntyre, Lorimer J.W. Spontaneous deposition of gold on pyrite from solutions containing Au (III) and Au (I) chlorides. Part I: A surface study//Geochim. Cosmochim. Acta. 1995. - V. 59. - P.3351-3365.

77. Mysen B.O. Partitioning of samarium and nickel between olivine, orthopyroxene and liquid: Preliminary data at 20 kbar and 1025 °C. //Earth and Planetary Science Letters. -1976. V31,-N 1 -P.7.

78. Mysen, B.O., Eggler, D.H., Seitz, M.G., and Holloway, J.R. Carbon dioxide solubilities in silicate melts and crystals. Part I. Solubility measurements // American Journal of Science. 1976. - N 276, - P. 455-479.

79. Nageldinger G., Flowers A., Schwerdt C., Kelz R. Autoradiographic film evaluated with desktop scanner // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 1998. - N 416.-P.516-524.

80. Nesterenko V.F. Dynamics of heterogeneous materials. New-York: Springer-Verlag, 2001.-510 p.

81. Ponomarenko V.A., Matvienko V.I., Gabdullin G.G., Molnar J. An automatic image analysis system for dielectric track detectors // Radiation Measurement. 1995. - v. 25.-N 1-4.-P. 769-770.

82. Potts Ph.J. Neutron activation induced Beta autoradiography as a technique for locating minor phases in thin section application to rare earth element and platinum-group element mineral analysis // Econ. Geol. 1984. - V. 79. N 4. - P.738-747.

83. Scaini M.J., Bancroft G.M., Knipe S.W. Au XPS, AES, and SEM study of the interactions of gold and silver chloride species with PbS and FeS2: comparison to natural samples // Geochim. Cosmochim. Acta. 1997. - V. 61. - P.1223-1231.

84. Silk E.C.H., Barnes R.S. Examination of fission fragment tracks with an electron microscope // Philos. Mag. 1959. - V.4. - N 44. - P. 970-977.

85. Steinnes E. Epithermal neutron activation analysis of geological materials // In: Brunfelt A.O. and Steinnes E., eds., Activation analysis in geochemistry and cosmochemistry: Oslo, Universitetsforlaget. 1971. - P. 113-128.

86. Tauson V.L. Gold solubility in the common gold-bearing minerals. Experimental evalution and application to pyrite // Europ. J. Mineral. 1999. - V. 11.- P.937-947.

87. Verkhovtseva N.V., Zhmodik S.M., Chikov B.M., Airijants E.V., Nemirovskaya N.A. Experimental study of gold redistribution during the process of shock-wave stress // Abstracts of EGS-AGU-EUG Joint Assembly, Nice, France, 2003.

88. Yokota R, Nakajima S., Muto Y. // Nucl. Instrum. And Meth. 1968. - V. 61. - N 1. P. 119-120.

89. Zhmodik S.M., Airiyants E.V. Experimental study of low-temperature interaction of sulfides and precious metal solutions of Au, Ag, Ir // Water-Rock Interaction. Balkema: Rotterdam. 1995. - P.841-844.

90. Zhmodik S.M., Shvedenkov G.Y., Verkhovtseva N.V. Distribution of Iridium in Hydro thermal Synthesized Sulphides Fe, Cu, Zn, Pb using Radioisotope Ir-192 // Canadian Mineralogist. 2004. - v. 42. - p 2. - P.405-410.

91. Zhmodik S.M., Shvedenkov G.Y., Verkhovtseva N.V. Distribution of Iridium in Hydrothermal Synthesized Sulphides Fe, Cu, Zn, Pb using Radioisotope Ir-192 // 9th International Platinum Symposium: Book of abstr., 2002. P.493-496.

92. Zhmodik S.M., Verkhovtseva N.V., Chikov B.M., Nemirovskaya N.A., Ayriyants E.V., Nesterenko V.F. Shock induced gold redistribution in quartz-pyrite mixture // Bulletin of the American Physical Society. 2003. - v. 48. - N 4. - P. 75.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.

Радиоавтография – сравнительно новый метод, безмерно расширивший возможности как световой, так и электронной микроскопии. Это в высшей степени современный метод, обязанный своим возникновением развитию ядерной физики, которое сделало возможным получение радиоактивных изотопов различных элементов. Для радиоавтографии необходимы, в частности, изотопы тех элементов, которые используются клеткой или могут связываться с веществами, используемыми клеткой, и которые можно вводить животным или добавлять к культурам в количествах, не нарушающих нормального клеточного метаболизма. Поскольку радиоактивный изотоп (или помеченное им вещество) участвует в биохимических реакциях так же, как его нерадиоактивный аналог, и в то же время испускает излучение, путь изотопов в организме можно проследить с помощью различных методов обнаружения радиоактивности. Один из способов обнаружения радиоактивности основан на ее способности действовать на фотопленку подобно свету; но радиоактивное излучение проникает сквозь черную бумагу, используемую для того, чтобы защитить фотопленку от света, и оказывает на пленку такое же действие, как свет.

Чтобы на препаратах, предназначенных для изучения с помощью светового или электронного микроскопов, можно было обнаружить излучение, испускаемое радиоактивными изотопами, препараты покрывают в темном помещении особой фотоэмульсией, после чего оставляют на некоторое время в темноте. Затем препараты проявляют (тоже в темноте) и фиксируют. Участки препарата, содержащие радиоактивные изотопы, воздействуют на лежащую над ними эмульсию, в которой под действием испускаемого излучения возникают темные «зерна». Таким образом, получают радиоавтографы (от греч. радио – лучевидный, аутос – сам и графо – писать).

Вначале гистологи располагали лишь несколькими радиоактивными изотопами; так, например, во многих ранних исследованиях с применением радиоавтографии использовался радиоактивный фосфор. Позднее стали использовать значительно больше таких изотопов; особенно широкое применение нашел радиоактивный изотоп водорода – тритий.

Радиоавтография имела и имеет до сих пор очень широкое применение для изучения того, где и как в организме протекают те или иные биохимические реакции.

Химические соединения, меченые радиоактивными изотопами, которые используются для исследования биологических процессов, называют предшественниками. Предшественники – это обычно вещества, подобные тем, которые организм получает из пищи; они служат строительными блоками для построения тканей и включаются в сложные компоненты клеток и тканей таким же образом, как в них включаются немеченые строительные блоки. Компонент ткани, в который включается меченый предшественник и который испускает излучение, называется продуктом.

Клетки, выращиваемые в культуре, хотя и принадлежат к одному и тому же типу, в любой данный момент времени будут находиться на разных стадиях клеточного цикла, если не принять специальных мер для синхронизации их циклов. Тем не менее, путем введения в клетки тритий-тимидина и последующего изготовления радиоавтографов можно определить продолжительность различных стадий цикла. Время наступления одной стадии – митоза – можно определить и без меченого тимидина. Для этого выборку клеток из культуры держат под наблюдением в фазово-контрастном микроскопе, который дает возможность непосредственно следить за течением митоза и устанавливать его сроки. Продолжительность митоза обычно равна 1 ч, хотя в клетках некоторых типов он занимает до 1.5 ч.

Меченые атомы широко применяются в цитологии для изучения разнообразных химических процессов, протекающих в клетке, например: для изучения синтеза белков и нуклеиновых кислот, проницаемости клеточной оболочки, локализации веществ в клетке и т. д.

Для этих целей применяются соединения, в которые введена радиоактивная метка.

В молекуле меченого вещества, например аминокислоты или углевода, один из атомов замещен атомом того же вещества, но обладающим радиоактивностью, т. е. радиоактивным изотопом. Известно, что изотопы одного и того же элемента не отличаются друг от друга по своим химическим свойствам, и, попав в организм животного или растения, они ведут себя во всех процессах так же, как и обычные вещества. Однако благодаря тому, что эти изотопы обладают радиоактивным излучением, их можно легко обнаружить, применяя фотографический метод.

В цитологических исследованиях наиболее широкое распространение получили искусственные радиоактивные изотопы, обладающие мягким излучением, в процессе распада которых образуются электроны с небольшой энергией. К числу таких изотопов относятся: изотоп водорода -- тритий 3Н, изотоп углерода 14С, фосфора 32Р, серы 35S, йода 1311 и других элементов, входящих в состав органических соединений.

Меченые соединения вводятся непосредственно в организм животного или растения, в изолированные из организма клетки, находящиеся в культуре тканей, в клетки простейших и бактерий. Пути введения их в организм различны: многоклеточным животным они вводятся путем инъекции или с пищей, в случае культур клеток и тканей, простейших и бактерии, а также очень мелких многоклеточных организмов меченые соединения вводятся в культуральную среду.

Введенные в организм радиоактивные изотопы активно включаются в обмен веществ. Доза вводимого в организм меченого соединения устанавливается опытным путем и не должна быть слишком большой, чтобы не нарушить нормального обмена веществ вследствие значительного радиоактивного излучения.

Через различные промежутки времени после введения меченых соединений фиксируются кусочки тканей и органов, клетки простейших и бактерий. Наилучшие результаты дает фиксация смесью Карнуа или спиртово-уксусной смесью (3:1). Из фиксированного материала приготовляются обычные парафиновые срезы, на поверхность которых (после удаления парафина) наносится тонкий слой чувствительной фотографической эмульсии. Эта так называемая ядерная эмульсия характеризуется очень мелким размером зерен (0,2-0,3 ж/с), их однородностью и значительно большим насыщением желатины AgBr, чем обычная фотографическая эмульсия.

Препараты с нанесенной на них фотоэмульсией экспонируются в темноте, при относительно низкой температуре (около 4°С), а затем проявляются и закрепляются так же, как при получении обычных фотографий. За время экспонирования препаратов излучение радиоактивных изотопов, включившихся в те или иные структуры клетки, оставляет след от пробега р-частиц в слое фотоэмульсии.

В процессе проявления зерна AgBr, оказавшиеся в местах пробега бетта-частиц, восстанавливаются проявителем до металлического серебра. Последние обладают черным цветом и обнаруживаются после проявления препаратов в виде зерен, находящихся в слое фотоэмульсии над теми клетками и их структурами, в которые оказался включенным радиоактивный изотоп. Такие препараты носят название радиоавтографов.

После процессов проявления и закрепления радиоавтографы тщательно промываются в воде, а затем окрашиваются одним из красителей, выявляющих то вещество в клетке, в которое должен включиться радиоактивный изотоп. Только некоторые виды окраски, например реакция Фельгена, производятся до нанесения эмульсии на радиоавтографы, так как гидролиз в кислоте и при высокой температуре обязательно повредит слой эмульсии. Готовые радиоавтографы заключаются в канадский бальзам и изучаются под микроскопом.

Включение радиоактивных изотопов осуществляется лишь в те участки клеток и их структуры, где происходят активные процессы, например процессы синтеза белков, углеводов, нуклеиновых кислот.

Для исследования синтеза белков используются разнообразные меченые аминокислоты. О синтезе нуклеиновых кислот можно судить по включению в их молекулы меченых нуклеозидов: тимидина, цитидина, уридина. Тимидин, меченный по тритию, т.е. 3Н-тимидин включается исключительно в молекулы ДНК, и с помощью именно этого радиоактивного предшественника в последние годы было выяснено много важных закономерностей синтеза ДНК, удалось проследить редупликацию хромосом. 3Н-цитидин и 3Н-уридин (или эти же соединения, меченные по углероду) включаются как в молекулы ДНК, так и в молекулы РНК. О синтезе полисахаридов в клетке можно судить по включению в них меченых глюкозы и Na2so4.

В последние годы разработан метод получения радиоавтографов для исследования их с помощью электронного микроскопа (электронная авторадиография), что дает возможность изучать биохимические процессы в ультраструктурах клетки, т. е. получать точные данные о локализации химических веществ и их превращений в клетках разных органоидов.

К числу количественных методов относятся прежде всего многочисленные биохимические методы, с помощью которых можно определить количество содержащихся в клетке неорганических и органических веществ.

Ценность этих методов, широко используемых в цитологии, состоит в том, что они позволяют получить данные об изменениях в количестве разнообразных веществ в разные периоды жизнедеятельности клетки, в разные периоды ее развития, при воздействии факторов внешней среды, при патологических процессах и т. д.

Количественные методы дают также возможность получить цифровые данные о веществах, потребляемых и выделяемых клеткой в процессе ее жизнедеятельности. Так, используя специальную аппаратуру (респирометры Варбурга, Крога и др.). можно очень точно учесть количество потребляемого тканями или отдельными клетками кислорода, а также те изменения интенсивности, процессов дыхания, которые происходят при разном температурном режиме и других условиях.

Один из важных количественных методов, дающих возможность определить сухой вес клетки, основан на применении интерференционного микроскопа. Сущность этого метода заключается в том, что в интерференционном микроскопе свет, прошедший через объект, испытывает сдвиг фазы по сравнению с «контрольным лучом», не прошедшим через объект. Величина фазового сдвига выражается в изменении яркости и зависит от плотности объекта, а плотность, в свою очередь, зависит от количества сухого вещества, содержащегося в данном объекте. Сухой вес клеток или их отдельных структур выражается в граммах, и для вычисления его нужно измерить размер клетки (или отдельной её структуры), а также величину фазового сдвига.

Метод определения сухого веса с помощью интерференционного микроскопа применим не только для фиксированных, но и для живых клеток.

Еще один важный и широко используемый метод количественного анализа химического состава клетки -- это цитофотометрия. Основу метода цитофотометрии составляет определение количества химических веществ по поглощению ими ультрафиолетового, видимого или инфракрасного света определенной длины волны.

Количественный анализ можно проводить как на основе собственных спектров поглощения химических веществ (т. е. на неокрашенных препаратах), так и на основе спектров поглощения красителя, которым окрашены структуры клетки. Примером может служить определение количества ДНК на препаратах, окрашенных по Фельгену, и количества РНК после окраски пиронином.

6. Цитофотометрия .

Поглощение света разнообразными клеточными структурами зависит от концентрации в них тех или иных химических веществ, и эта зависимость подчинена закону Ламберта-Бера: интенсивность поглощения лучей пропорциональна концентрации вещества при одной и той же толщине объекта. Различия в интенсивности поглощения света химическими веществами, локализованными в разнообразных клеточных структурах, выражаются количественными показателями, которыми часто служат относительные единицы, микрограммы и другие единицы измерения.

Приборы, служащие для целей спектрального анализа химического состава клеток, носят название цитофотометров. Цитофотометр включает источник света, фильтр, микроскоп и фотометр с фотоумножителем. На фотоумножитель проецируется изображение клетки.

При помощи цитофотометра определяется интенсивность прохождения света через клетку или же величина, обратная ей, т. е. оптическая плотность. Полученные величины сравниваются с такими же величинами, известными для других клеток, или же со стандартными образцами, Цитофотометры различных систем позволяют определять количество вещества до 10-12-14 г, т.е. характеризуются большой точностью измерений.

Метод цитофотометрии получил особенно широкое распространение в последние годы. Большое значение имеет то обстоятельство, что его можно сочетать с другими методами исследования, например с ультрафиолетовой микроскопией.

Авторадиогра"фия, ауторадиография, радиоавтография, метод изучения распределения радиоактивных веществ в исследуемом объекте наложением на объект чувствительной к радиоактивным излучениям фотоэмульсии. Содержащиеся в объекте радиоактивные вещества как бы сами себя фотографируют (отсюда и название). Методом А. широко пользуются в физике и технике, в биологии и медицине - всюду, где применяются изотопные индикаторы.

После проявления и фиксации фотоэмульсии на ней получается изображение, отображающее исследуемое распределение. Существует несколько способов прикладывания фотоэмульсии к объекту. Фотопластинку можно прямо наложить на отшлифованную поверхность образца или же можно наносить на образец тёплую жидкую эмульсию, которая при застывании образует плотно прилегающий к образцу слой и после экспозиции и фотообработки исследуется. Распределение радиоактивных веществ изучают, сравнивая плотность почернения фотоплёнки от исследуемого и эталонного образца (т.н. макрорадиография). Второй метод состоит в подсчёте следов, образуемых ионизующими частицами в фотоэмульсии, с помощью оптического или электронного микроскопа (микрорадиография). Этот метод значительно чувствительнее первого. Для получения макроавтографов применяются диапозитивные и рентгеновские эмульсии, для микроавтографов - специальные мелкозернистые эмульсии.

Фотографическое изображение распределения радиоактивных веществ в исследуемом объекте, полученное методом А., называется авторадиограммой, или радиоавтографом.

На рис. 1, 2 и 3 приведены примеры авторадиограмм. Методом А. можно обнаруживать присутствие радиоактивных элементов в различных рудах, распределение природных радиоактивных элементов в тканях растительных и животных организмов и т. д.

Введение в организм соединений, меченных радиоизотопами, и дальнейшее исследование тканей и клеток методом А. позволяет получить точные данные о том, в каких именно клетках или клеточных структурах происходят те или иные процессы, локализуются те или иные вещества, установить временные параметры ряда процессов. Так, например, применение радиоактивного фосфора и А. дали возможность обнаружить присутствие интенсивного обмена веществ в растущей кости; применение радиоиода и А. позволили уточнить закономерности деятельности щитовидной железы; введение меченых соединений - предшественников белка и нуклеиновых кислот, и А. помогли уяснить роль в обмене этих жизненно важных соединений определённых клеточных структур. Метод А. позволяет определить не только локализацию радиоизотопа в биологическом объекте, но и его количество, поскольку число восстановленных зёрен серебра эмульсии пропорционально количеству воздействующих на неё частиц. Количественный анализ макроавтографов проводят обычными приёмами фотометрии, а микроавтографов - подсчётом под микроскопом зёрен серебра или следов-треков, возникших в эмульсии под действием ионизующих частиц. А. начинают успешно сочетать с электронной микроскопией. См. также Радиография.

Лит.: Бойд Д. А. Авторадиография в биологии и медицине, пер. с англ., М., 1957; Жинкин Л. Н., Применение радиоактивных изотопов в гистологии, в кн.: Радиоактивные индикаторы в гистологии, Л., 1959, с. 5-33; Perry R., Quantitative autoradiography, «Methods in Cell Physiology», 1964, v. I, ch. 15, p. 305-26.

Н. Г. Хрущов.

Рис. 2. Авторадиограмма (отпечаток), показывающая распределение фосфора (32 Р) в листьях помидора. Растение помещалось предварительно в раствор, содержащий радиоактивный фосфор. Светлые участки соответствуют повышенным концентрациям радиоактивного изотопа; можно видеть, что фосфор сконцентрировался у стебля и в сосудистых частях листьев.

Рис. 1. Микрорадиограмма образца никеля. Исследуется диффузия олова, меченного радиоактивным изотопом 113 Sn, в никеле. Распределение радиоактивного олова показывает, что диффузия в основном происходит по границам зёрен никеля.

Рис. 3. Включение в ядра соединительнотканых клеток меченного тритием тимидина, идущего на построение нуклеиновых кислот. Увеличено в 600 раз.

Помощь по Теле2, тарифы, вопросы