Фосфор-32 ( 32P ) — радиоактивный изотоп фосфора . Ядро фосфора-32 содержит 15 протонов и 17 нейтронов , на один нейтрон больше, чем у самого распространенного изотопа фосфора, фосфора-31. Фосфор-32 существует на Земле только в небольших количествах , поскольку имеет короткий период полураспада 14 дней и поэтому быстро распадается.
Фосфор содержится во многих органических молекулах , поэтому фосфор-32 находит широкое применение в медицине , биохимии и молекулярной биологии , где его можно использовать для отслеживания фосфорилированных молекул (например, для выяснения метаболических путей ) и радиоактивной маркировки ДНК и РНК .
Фосфор-32 имеет короткий период полураспада , составляющий 14,268 дней, и распадается на серу-32 посредством бета-распада [1], как показано в этом ядерном уравнении:
В результате этого распада выделяется 1,709 МэВ энергии. [2] Кинетическая энергия электрона варьируется в среднем приблизительно на 0,5 МэВ, а остальная часть энергии переносится почти необнаружимым электронным антинейтрино . По сравнению с другими нуклидами, испускающими бета-излучение, электрон умеренно энергичен. Он блокируется примерно 1 м воздуха или 5 мм акрилового стекла .
Образовавшееся ядро серы-32 находится в основном состоянии , поэтому дополнительного гамма- излучения не происходит .
Фосфор-32 имеет важное применение в медицине , биохимии и молекулярной биологии . Он существует на Земле в очень малых количествах, и его короткий период полураспада означает, что полезные количества должны быть получены синтетически. Фосфор-32 может быть получен синтетически путем облучения серы-32 умеренно быстрыми нейтронами, как показано в этом ядерном уравнении:
Ядро серы-32 захватывает нейтрон и испускает протон, уменьшая атомный номер на единицу, сохраняя при этом массовое число 32.
Эта реакция также использовалась для определения мощности ядерного оружия. [3] [4]
Фосфор широко распространен в биологических системах и, как радиоактивный изотоп, химически почти идентичен стабильным изотопам того же элемента. Фосфор-32 может использоваться для маркировки биологических молекул. Бета-излучение, испускаемое фосфором-32, достаточно проникающее, чтобы его можно было обнаружить вне организма или ткани, которые анализируются.
Метаболические пути организмов широко используют фосфор для генерации различных биомолекул внутри клетки. Фосфор-32 находит применение для анализа метаболических путей в экспериментах с импульсным преследованием , где культура клеток в течение короткого времени обрабатывается субстратом, содержащим фосфор-32. Последовательность химических изменений, которые происходят с субстратом, затем можно отследить, обнаружив, какие молекулы содержат фосфор-32 в нескольких временных точках после первоначальной обработки.
ДНК и РНК содержат большое количество фосфора в фосфодиэфирных связях между основаниями в олигонуклеотидной цепи. Поэтому ДНК и РНК можно отслеживать, заменяя фосфор на фосфор-32. Этот метод широко используется в Саузерн-блот-анализе и Нозерн-блот -анализе образцов ДНК и РНК соответственно. В обоих случаях ДНК-зонд, содержащий фосфор-32, гибридизуется со своей комплементарной последовательностью, где он появляется в геле. Затем его местоположение можно определить с помощью фотопленки.
Фосфор-32 используется в растениеводстве для отслеживания поглощения растениями удобрений от корней до листьев . Удобрение, меченое фосфором-32, вносится в растение гидропонным способом или через воду в почве, а использование фосфора можно отобразить по испускаемому бета-излучению. Информация, собранная путем картирования поглощения удобрений, показывает, как растение поглощает и использует фосфор из удобрения. [5]
Высокая энергия испускаемых бета-частиц и малый период полураспада фосфора-32 делают его потенциально опасным; его молярная активность составляет 338,61 ТБк/ммоль (9151,6 Ки/ммоль), а его удельная активность составляет 10,590 ЭБк/кг (286,22 кКи/г). Типичные меры предосторожности при работе с фосфором-32 включают ношение персонального дозиметра для контроля воздействия и акрилового или плексигласового радиационного экрана для защиты тела. Плотная защита, такая как свинец, менее эффективна из-за высокоэнергетического тормозного излучения, возникающего при взаимодействии бета-частицы и экрана. Поскольку бета-излучение фосфора-32 блокируется примерно 1 м воздуха, также целесообразно носить дозиметры на частях тела, например, на пальцах , которые вступают в тесный контакт с образцом, содержащим фосфор-32.