巧用“原子侦探”

张晓天

1911年，瑞典放射化学家赫维西租住了一间公寓。那时的房东除了出租房子，还要提供一日三餐，但房东总是用吃剩下的食物再掺些别的东西，为赫维西做“剩菜杂烩”。赫维西对此早有觉察，只是一时还没有真凭实据。于是，在一次就餐时，赫维西往食物里滴了一滴溶液。等到下一餐时，房东又为赫维西端上来一碗“剩菜杂烩”，赫维西就从衣袋里掏出一件仪器靠近“剩菜杂烩”，仪器立刻发出报警声。开始，房东还不肯承认，赫维西便向她说出了事情的始末，并用仪器演示了一遍。在事实面前，房东只好低头认错。

那么，赫维西往食物里滴的是什么东西呢？原来，那是一滴含有弱放射性同位素的溶液。它不会与其他物质发生化学反应，而是吸附在该物质上，跟随其一起运动。这样，用放射线探测仪就可以检测出该物质的运动情况。

利用同位素進行观察实验的例子还有很多。植物通过光合作用可以释放出氧气，可是植物光合作用的原料有水和二氧化碳，但因为水和二氧化碳中都含有氧原子，那么植物通过光合作用释放出的氧气，究竟是来自水还是来自二氧化碳？这个问题在学界曾争论了几十年，一直未得到解决。1938年，美国加利福尼亚大学教授鲁宾和卡门用“原子示踪法”解决了这个问题。他们用氧的同位素做成含放射性氧的水，然后用这种水去浇灌植物，再用示踪原子检测器进行检测，结果发现被浇过的植物通过光合作用所释放出的氧是来自水，而不是二氧化碳。

再后来，到了1945年，科学家发现放射性同位素碳-14，于是又用碳-14做原子示踪剂，进一步揭开光合作用的秘密。1952年，美国加州大学化学教授卡尔文用放射性同位素碳-14做实验，揭示了光合作用过程中有机物质形成的来龙去脉。卡尔文往几个盛有绿色小球藻的玻璃器皿中分别通入含有碳-14的二氧化碳，然后每隔1分钟、30秒、10秒、1秒、0.2秒，分别将器皿里的小球藻杀死，最后测定其形成物。卡尔文和助手做了上千次实验，最后终于揭示了光合作用的循环的复杂过程。

放射性同位素是一种用途很广的原子示踪剂，俗称“原子侦探”。在医疗上，将放射性元素作为原子示踪剂，如果患者内服或少量注射，元素的射线就会通过患者身体的表皮组织，向体外的放射性射线指示器报告它所处的位置，医生就会发现患者的病灶所在。放射性元素不仅能用来治病，还可以用在生产上。利用原子示踪剂可以测定炼钢过程的时间、合金的结构，还可以检查出地下输油管线的漏油点：让含有放射性同位素碘-131的油流经需要检查的地下输油管道，在管道损坏的地方就会有油渗入土中，原子示踪检测仪就可以找到漏油的地方。用这种办法“查漏”，真是既准确又经济。把原子示踪剂滴到化肥中施到田里，可以检测出化肥被庄稼吸收了多少，流失了多少。用原子示踪剂也可以检测出某些文物出自什么年代。有意思的是，科学家用原子示踪剂发现了鸡蛋的蛋清和蛋黄是由一个月前所吃的食物形成的，蛋壳却是由前一天吃下的食物形成的。

放射性同位素这个“原子侦探”的本领远远不止上述这些，很多地方都留下它那神奇的“跟踪”足迹！