Transcript Radioquimica

Radioquímica
Radioactividad  proceso de transformación nuclear
Nucleido  X está definido por 3 parámetros:
1- A número de masa  suma de protones (p+) y neutrones (n)
2- Z número atómico  protones
3- Contenido Energético  estado de mínima E  estable
 otros estados E  metaestables o excitados
AXZ
Ejemplos : 62Co7 ; 238U92
Isótopos  igual Z; diferente A  131I53 ; 127I53 ;
125I53
Propiedades químicas iguales
Isóbaros  igual A; diferente Z 
130Xe54
Isómeros  igual A y Z; diferente E 
; 130Cs55
99mTc43
;
99Tc43
Nucleídos estables :
n/p+  1 para átomos ligeros
n/p+  1,56 para átomos de alto Z
Nucleídos Inestables  desintegraciones espontáneas
Corpusculares : α; Β; captura e-; neutrones
Desintegraciones
electromagnéticas : γ
Los procesos ocurren en forma
simultánea y/o consecutiva siempre en
igual %; igual forma de desintegración e
igual contenido E siendo característicos
de cada Isótopo.
ISOTOPOS
PROTONES
NEUTRONES
ESTABILIDAD
C-11
6
5
ARTIFICIAL
C-12
6
6
ESTABLE
98,9
C-13
6
7
ESTABLE
1,1
C-14
6
8
RADIOACTIVO
TRAZAS
Nucleido
Uranio-238
Cobalto-60
Fosforo-32
Tritio (Hidrogeno-3)
Carbono-14
Yodo-131
Vida Media
4.510.000.000 años
5 años
14 días
12,26 años
5.600 años
8 días
%
Radiación
Alfa
Beta, Gamma
Beta
Beta
Beta
Beta, Gamma
a) Desintegración alfa (α); monoenergética, capturan 2 e- (al
atravesar el medio) :
AX Z
 (A-4) Y (Z-2) +
Ejemplo
4α 2
238U92  234Th90
+ 4He2
b) Desintegración Beta (β) ; espectro continuo de energía característico :
β- :
A
XZ 
A Y (Z+1)
+ β- + ζ (anti neutrino)
Proceso nuclear : n  p+ + e- + ζ Ej.
β+ :
A
XZ
A Y (Z-1)
14 C 6
 14 N 7 + β- + ζ
+ β+ + ζ (neutrino)
Proceso nuclear : p+  n+ β+ + ζ Ej.
22 Na 11  22
Ne 10 + β+ + ζ
Proceso Beta (β) generalmente acompañado de captura electrónica :
Captura electrónica :
p+ + e -  n + ζ
A
XZ
A Y (Z-1)
+ ζ + Rayos X
Ejemplo : 51 Cr 24 + e-  51 V 23 + ζ + Rayos X
Rayos X  origen
orbital
c) Desintegración por neutrones : 235 U
d) Desintegración γ (origen nuclear)
Fotones Monoenergéticos, espectro
característico de cada nucleido
92
 138 Cs 55 + 95 Zr 40 + 2 n
transición isomérica
conversión interna
Transición Isomérica: 99m Tc 43  99
Tc 43
Conversión Interna:
γ
emitida excita e- interno
expulsandolo y otro e- externo ocupa
γ
e- C.I.
su orbita liberando Rx
Esquema de desintegración
Rx
E
Nucleído madre
Estados excitados
γ
γ
α
Β+ c.e.
-2
-1
γ
γ
Nucleidos hijos
ΒZ
1
Vida Media 15,0 h
Ejemplos :
24 Na 11
Β- 1,39 MeV; 99,997 %
Β- 4,17 MeV; 0,003 %
γ 2,75 MeV
γ 1,36 MeV
Vida Media 6,0 h
99m
Tc 43
γ 0,142 MeV
γ 0,140 MeV
99
Tc 43 Vida Media 2,12 x 105 años
Β- 0,292 MeV
99 Ru 44
Radioactividad  fenómeno nuclear cuya velocidad es una
constante independiente de las condiciones físico químicas
λ : constante de desintegración característica de cada nucleído
nº de átomos que se desintegran por unidad de tiempo
-dn/dt = -λ . N  -dn/N = -λ . dt
Para t = 0 
N = N0 
integrando ln N = -λ t + cte
cte = ln N0
Por lo tanto ln N/N0 = -λ t  N/N0 = e
–λt
N = N0 . e-λt
proceso de desintegración sigue una ley exponencial negativa
Período de semidesintegración (T) :
es el tiempo necesario para que se desintegren la mitad de los átomos
existentes al estado inicial : t = T  N = ½ N0
T = ln 2/λ
Unidad es el Becquerelio (Bq) = una desintegración/segundo
Tambien se acostumbra a expresar la actividades en otra unidad, el
INTERACCION CON LA MATERIA
Choques elásticos y/o ineslásticos con los núcleos y/o ea – Detección (medir)
α
b – Aplicación
β
c – Seguridad
γ
+
α  La interacción más importante inelástica con ea) Ionización
b) Excitación la energía de la partícula excita el eluego regresa a su estado basal
liberando energía electromágnética
Radiación
electromágnetica
β  a) Interacción inelástica con e1) ioniza, menos que α por menor contenido energético
2) excitación
b) Choque inelástico con núcleos  β es frenado cerca
del núcleo, por efectos electrostáticos, la energía se
disipa  radiación de frenamiento (electromagnética)
c) Choque elástico con el núcleo  partícula β se desvía
de su trayectoria sin perder energía (retrodispersión)
d) β+  produce aniquilamiento del positrón
Al llegar al reposo β+ + e- (del medio)  2 fotones
Ejemplo de conversión de masa en energía
Fotón 511 Kev
(electromagnética
β+
2 m C2
e-
Fotón 511 Kev
γ
 Puede interaccionar de 3 maneras :
a) Efecto Fotoeléctrico
γ
Interacción con e- interno
Foton se
dispersa
Puede generar Rx
Foto e-
b) Efecto Compton
Interacción e-
γ
e- compton
externo
c) Producción de pares fotón incidente E > 1,02 Mev,
interacciona con campo eléctrico del núcleo dando un positrón
y un electrón energía se transforma
en materia
γ
Βe+-
Penetración de los distintos tipos de radiación
Radiación al atravesar el medio cede
energía (E) hasta detenerse  la E es
absorbida  material absorbente
α  penetra 5-7 cm en el aire
Β  dispersión, alcance lineal > que α
γ  mayor penetración que todas ( 1
cm de Pb reduce al ½ la intensidad
La radiación a la que estamos expuestos de manera natural es
aproximadamente 100 mrem por año.
Rem es la unidad que integra la cantidad de dosis y sus efectos
biológicos  1 Rem = 1 Rep x 1RBE
Rep es el equivalente físico de un roetgen, la dosis
correspondiente a la absorción de 93 erg g-1 de tejido blando
REB es la unidad de efectividad biológica relativa
Esta condición puede variar de acuerdo a diferentes factores
(altitud, condiciones del suelo, estación del año, etc.
El impacto de las radiaciones en la salud se estiman por:
a) El tiempo de exposición
b) Intensidad de la exposición
c) Organo o tejido expuesto
a) Exposición crónica:
Efectos genéticos, puede producir cáncer, lesiones precancerosas,
tumores benignos, cataratas, cambios en la piel y defectos
congénitos.
b) Exposición aguda :
Genera lesiones en la piel, desórdenes gastrointestinales,
condiciona infecciones bacterianas, hemorragias, anemia, pérdida
de fluidos corporales, esterilidad temporal, cáncer y efectos
genéticos. La muerte en unos cuantos días puede ser una de sus
consecuencias
Detección y medición de la Radiación
Instrumentos de detección se basan en los fenómenos de interacción de la
radiación con la materia :
1- Detectores
de Ionización :
a) Sin campo eléctrico
b) Con campo eléctrico  cámara de ionización, contadores proporcionales
y los detectores Geiger Muller
Cámara de Ionización
(-)
Ionización
total
Iones se
recombinan
Iones 2º guardan
proporcionalidad con los 1º
Los detectores de ionización tienen buen rendimiento para α y β
pero poca para γ (aproximadamente 1 %)
Detector de centelleo fotomultiplicador
Cristal NaI
activado
con Tl
Cristal de centelleo  al incidir una radiación emite un fotón (UV ó
Visible) que termina en un impulso eléctrico
Sustancias luminiscentes hay gran variedad, orgánicas,
inorgánicas, sólidas, líquidas, etc.
Los detectores de centelleo se utilizan fundamentalmente para γ
CONTADOR DE CENTELLEO LÍQUIDO
Espectro Rayos γ de una fuente monoenergetica
A- Pico principal es el fotopico
B- Borde Compton  corresponde a la maxima E de los e- en una
colisión frontal con los fotones incidentes
C- Pico de back scattering  corresponde a la E de los fotones que son
retrodispersados en el medio circundante y reingresan al detector
Espectro Emisión γ de 137Cs con el centellador
Voltaje aplicado
Detector de Centelleo Líquido
Medida de radiacion β ; Isótopos más utilizados Tritio, 14C, 32P, 45Ca 
Detector sólido de cristal antraceno antraceno
Muestras (dentro de un recipiente transparente) se colocan en un líquido
de centelleo que contiene un solvente aromático fluorescente,
compuesto por ejemplo de 2,5 -difenil oxazol (PPO), 1,4 -bis 2-5 fenil
oxazolil benceno (POPOP) y naftaleno disueltos en toxilol, dioxano, 2metoxictanol, 2-etoxie- etcétera
El centellador interactúa con la radiación y emite luz en la región cercana
al visible la que se transforma en la señal.
El fotón emitido incide sobre dos fotocátodos y 2 tubos
fotomultiplicadores de manera de disminuir el ruido porque sólo se
considera señal aquella que es detectada por ambos detectores
simultáneamente  Relación señal/ruido optimizada.
Aplicaciones
a) Análisis Radiométrico :
1- Titulación directa y/o indirecta
Ag (TSH) + Ac* (anticuerpo)  Ag-Ac* (orgánico)
*Ag+
+ Cl-  *AgCl (inorgánico)
b) Dilución Isotópica : sirve para determinar cuatitativamente un
componente de una mezcla, que es muy difícil de separar
Analito (An)
Trazador (Tz)
Act. esp. Tz / Act esp An
Actividad específica Tz : Act. Tz / Masa Tz
Actividad específica An : Act Tz / (Masa Tz + Masa An)
Despejo
Masa
Analito
c) Análisis con Radioligandos : utilizados para medios
complejos como los biológicos
Radioinmunoanálisis  Dosaje de hormonas, receptores, etc.
H + Ac  H-Ac
H
H* + Ac  H* -Ac
H*
d) Esterilización de equipamiento médico, alimentos, etc.
e) Tomografías y radioterapias.
f) Medicina Nuclear para realizar diagnóstico : in vivo 99m Tc , en
cámara gamma por ejemplo en la detección del cáncer de huesos
e in vitro en análisis de radioinmunoensayo