Traccianti radioattivi: impiego analitico

I traccianti radioattivi o marcatori radioattivi trovano largo e crescente impiego in molti campi analitici sia di tipo chimico sia in campo medico a fini diagnostici. Il pioniere degli studi dei traccianti radioattivi fu George Charles de Hevesy premio Nobel per la Chimica nel 1943.

Infatti, la facilità con cui può essere determinata la presenza di isotopi radioattivi e la precisione con cui può essere determinata la loro attività anche a bassissimi livelli, offrono metodologie analitiche molto versatili.

Un problema analitico è costituito dalla determinazione quantitativa di una sostanza contenuta in una miscela complessa, insieme ad altre di composizione molto simile come, ad esempio un idrocarburo nel petrolio, o un amminoacido in un idrolizzato proteico.

Infatti, anche quando è disponibile qualche metodo di separazione e di purificazione della sostanza da analizzare, le perdite del composto che si incontrano impediscono una determinazione quantitativa.

Metodo della diluizione isotopica diretta

In questi casi si applica il metodo della diluizione isotopica diretta   che consiste nell’aggiungere al miscuglio, contenente la quantità x della sostanza A da determinare, una quantità nota g della stessa sostanza marcata avente attività specifica a_o  essendo l’attività specifica l’attività per unità di massa e si esprime in unità quali le disintegrazioni al secondo per grammo, o per mole, in Curie per mole ecc.

A causa della presenza della sostanza inattiva in quantità x nel miscuglio, l’attività specifica di A, dopo completo mescolamento, decrescerà al valore a₁:

a₁ = a_o  g/g + x

si procede a questo punto alla separazione e purificazione di A senza preoccuparsi di perdite di composto. Infatti le perdite interessano nello stesso modo le molecole radioattive che quelle inattive per cui l’attività specifica rimane costante.

Misurando l’attività specifica a₁ del campione purificato, si può quindi risalire alla quantità x incognita di A nel miscuglio originario:

x = g ( a_o – a₁) / a₁ = g ( a_o/ a₁  – 1)

Tale metodo trova largo impiego in chimica organica e biologica. Esso consente di utilizzare al massimo il potere risolutivo delle tecniche analitiche adoperate, eliminando gli inconvenienti connessi alla perdita di sostanza che inevitabilmente si verificano.

L’equazione sopra illustrata mostra, però, che se il rapporto a_o/ a₁  tende all’unità, ciò che si verifica quando g ≥ x la precisione del metodo decresce.

Diluizione isotopica inversa

Si può allora utilizzare la diluizione isotopica inversa in cui la quantità sconosciuta y di una sostanza marcata B di cui sia nota l’attività specifica a_o , viene diluita nel miscuglio che la contiene con una quantità nota m della stessa sostanza B inattiva. Dopo completo mescolamento, la sostanza B viene isolata e purificata e ne viene mostrata l’attività specifica a₁. Si può così risalire alla quantità sconosciuta y:

y = m ( a₁/ a_o – a₁)

A prima vista il campo di applicazione della diluizione isotopica inversa sembra essere molto ristretto perché essa può individuare solo sostanze radioattive ad attività specifica nota. In realtà il campo di impiego è vastissimo perché esistono numerosi metodi per trasformare una sostanza inattiva in un derivato radioattivo ad attività nota. Ad esempio un campione contenente una miscela di amminoacidi (idrolizzato proteico) può essere fatto reagire con un eccesso del cloruro dell’acido p-¹³¹I-benzensolfonico, noto anche come cloruro di pipsile:

R-CH-NH₂-COOH + ¹³¹I-Ph-SO₂Cl →  R-CH-NH-SO₂-Ph-¹³¹-I –COOH + HCl

In tal modo ogni amminoacido si trasforma nella corrispondente solfonammide. Dall’attività specifica nota del reattivo si può calcolare quella del derivato che così potrà essere analizzato mediante diluizione isotopica inversa.

Applicazioni dei traccianti radioattivi

I taccianti radioattivo sono una parte essenziale delle procedure diagnostiche mediche. In combinazione con dispositivi di imaging che registrano i raggi gamma emessi dall’interno, possono essere utilizzati  per studiare i processi dinamici che si svolgono in varie parti del corpo.

Utilizzando i traccianti radioattivi per la diagnosi, al paziente viene somministrata una sostanza radioattiva e l’attività nell’organo può quindi essere studiata come immagine bidimensionale o, utilizzando la tomografia, come immagine tridimensionale. Le tecniche diagnostiche in medicina nucleare utilizzano traccianti radioattivi che emettono raggi gamma dall’interno del corpo. Questi traccianti sono generalmente isotopi di breve durata legati a composti chimici che consentono di esaminare specifici processi fisiologici. Possono essere somministrati per iniezione, inalazione o per via orale.

Un’altra applicazione dei traccianti radioattivi consiste nella determinazione del peso molecolare dei polimeri. Si consideri un polimero di peso molecolare M_x caratterizzato dalla presenza di gruppi terminali in numero noto n, per unità polimerica capaci di reagire con un composto marcato, ad esempio:

HOCH₂(OCH₂)_mOH + 2 ¹⁴CH₃I → ¹⁴CH₃OCH₂(OCH₂)_m¹⁴OCH₃

In tal caso il peso molecolare incognito è dato da:

M_x = M₁a₁/ na₂

Essendo M₁ il peso molecolare del reattivo iniziale marcato e a₁ la sua attività specifica, mentre a₂ è l’attività specifica del prodotto.

Il metodo trova applicazioni nello studio dei polimeri artificiali e dei biopolimeri e l’impiego di reattivi marcati con isotopi a vita breve ne rende la sensibilità e l’accuratezza di gran lunga superiori a quelle degli analoghi metodi che impiegano reattivi non marcati.