Samenvatting
onderzoeksmethoden
Thema 2 - Kleine moleculen, elektrolyten en sporenelementen
Biomedische Wetenschappen
2020-2021
Door Nicole (studente BMW)
,Inhoudsopgave
Ioniserende straling................................................................................................................................3
Typen verval.......................................................................................................................................3
Alfa-verval (geel).............................................................................................................................4
Spontane splijting (groen)...............................................................................................................6
Bèta(-)verval (blauw)......................................................................................................................7
Bèta(+)verval (roze)........................................................................................................................8
Gamma-verval (γ)...........................................................................................................................8
Annihilatiestraling...........................................................................................................................9
Activiteit.............................................................................................................................................9
Halveringstijd..................................................................................................................................9
Interactie..........................................................................................................................................10
Alfastraling....................................................................................................................................10
Protonen.......................................................................................................................................11
Elektronen....................................................................................................................................13
Bèta(-)straling...............................................................................................................................14
Positronen....................................................................................................................................15
Fotonstraling (gamma, röntgen en annihilatie)............................................................................15
Röntgendiffractie..............................................................................................................................18
Single crystal diffractometer.........................................................................................................19
Biologische effecten.........................................................................................................................21
Uitwendige bestraling...................................................................................................................21
Inwendige besmetting..................................................................................................................21
Schade..........................................................................................................................................22
Schadelijke weefselreacties..............................................................................................................26
Deterministische effecten.............................................................................................................27
Stochastische effecten..................................................................................................................27
Dosis en effectieve dosis...............................................................................................................28
Risicogetal (LNT)...........................................................................................................................28
Dosimetrie....................................................................................................................................29
Wetgeving........................................................................................................................................30
Vergunningen...............................................................................................................................31
Uitgangspunten............................................................................................................................31
Achtergrondstraling..........................................................................................................................33
Kosmische straling........................................................................................................................33
1
, Terrestrische straling....................................................................................................................34
Beroepsmatige blootstelling.............................................................................................................35
Toepassingen van radio-isotopen.....................................................................................................36
Dual Energy X-Ray Absorptiometry (DEXA)...................................................................................36
Pulse-chase...................................................................................................................................36
Holmium microsferen...................................................................................................................36
Werken met radio-isotopen.........................................................................................................37
Medische blootstelling.....................................................................................................................37
Blootstelling aan röntgenstraling..................................................................................................38
CT-scan.........................................................................................................................................38
Nucleaire geneeskunde................................................................................................................39
Productie radionucliden...................................................................................................................39
Kleine moleculen, elektrolyten en sporenelementen...........................................................................40
Kleine moleculen..............................................................................................................................40
Elektrolyten......................................................................................................................................40
Spoorelementen...............................................................................................................................40
Spectroscopie.......................................................................................................................................41
Werking staafjes in oog....................................................................................................................42
Crosslinks door UV-licht....................................................................................................................42
Chromofoor......................................................................................................................................42
Röntgenstraling (X-Ray)....................................................................................................................43
Wet van Lambert-Beer.....................................................................................................................43
Atoom absorptie spectrometrie (AAS)..............................................................................................44
UV/VIS spectrofotometrie................................................................................................................46
Emissie spectroscopie.......................................................................................................................47
Infrarood spectroscopie.......................................................................................................................48
Opstelling..........................................................................................................................................48
Vibratie.............................................................................................................................................49
Infrarood spectrum...........................................................................................................................49
Aflezen van spectra.......................................................................................................................50
Interpreteren van spectra.............................................................................................................50
Nuclear Magnetic Resonance...............................................................................................................56
Toepassingen....................................................................................................................................56
Resonantie........................................................................................................................................56
NMR spectrum..................................................................................................................................59
Eigenschappen..............................................................................................................................60
2
,Ioniserende straling
Typen verval
Moleculen (materie) bestaan uit atomen (nucliden), die uit een kern omgeven door een
elektronenwolk bestaan. De kern bevat twee soorten deeltjes, namelijk:
Protonen
Neutronen
Protonen en neutronen zijn geen elementaire deeltjes, ze bestaan namelijk uit nog kleinere deeltjes,
namelijk quarks. Dit zijn elementaire deeltjes, subatomaire deeltjes die de bouwstenen vormen van
hadronen. Er zijn twee categorieën hadronen:
Baryonen (zoals protonen en neutronen) Bestaan uit drie quarks, hebben een halftallige
spin en zijn dus fermionen.
Mesonen (zoals pionen en kaonen) Bestaan uit een quark en een antiquark, hebben een
heeltallige spin en zijn dus bosonen.
Deze quarks worden door onderlinge uitwisseling van gluonen bijeen gehouden. De elektronen
cirkelen om clusters van kernen en zorgen voor een zekere mate van stabiliteit.
Figuur 1 Schematische weergave van de opbouw van een atoom.
Protonen en neutronen lijken enigszins op elkaar, zo hebben ze dezelfde massa. Qua lading zijn ze
echter niet hetzelfde, zo hebben neutronen geen lading en protonen een positieve lading.
Tabel 1 Overzicht van de eigenschappen van de deeltjes waaruit atomen zijn opgebouwd.
Naam Afkorting Massa Lading
Neutronen n 1u Geen lading
Protonen p+ 1u Positieve lading (+1)
Elektronen e- 0 Negatieve lading (-1)
3
,Grote atomen hebben veel deeltjes in de kern, een voorbeeld hiervan is Uranium-238. Hierbij is het
getal 238 het massagetal (aantal protonen + neutronen) en heeft dit de eenheid u. Deze eenheid u, is
de atomaire massa-eenheid en komt overeen met 1,6605389 x 10 −27 kg. Daarnaast is het een atoom
en heeft het een neutrale lading, dit wil zeggen dat het aantal protonen en elektronen gelijk zijn. Om
te bepalen hoeveel neutronen (massagetal – atoomnummer) een atoom heeft, kan het
atoomnummer opgezocht worden in het periodiek systeem. Het atoomnummer geeft namelijk aan
hoeveel protonen een atoom bevat. Voor uranium is het atoomnummer 92.
Figuur 2 Voorbeeld van het aantal neutronen, protonen en elektronen bij Uranium-238.
De
algemene notatie van een nuclide luidt als volgt:
A
Z X
Hierbij geldt:
A = massagetal = aantal protonen + aantal neutronen
Z = atoomnummer = aantal protonen
X = symbool element
Isotopen zijn atomen van hetzelfde chemische element, dus met hetzelfde aantal protonen, maar
waarin de aantallen neutronen in de atoomkern verschillend zijn. Ze vertonen chemisch en biologisch
geen verschillen, maar alleen een fysisch verschil. De kern is namelijk iets anders opgebouwd.
Voorbeelden van uraniumisotopen zijn: 234U, 235U, 238U en 239U.
Alfa-verval (geel)
Uranium-238 of 238U is niet stabiel, dit komt doordat de kern een te veel aan deeltjes heeft
(instabiele kern). Daarnaast is de kern niet statisch en zijn de deeltjes constant in beweging,
waardoor het soms voorkomt dat er een cluster “uit de bocht vliegt”. Zo’n cluster bestaat uit vier
deeltjes (2 protonen + 2 neutronen) die samen ook wel een alfadeeltje genoemd worden. In het
geval van Uranium-238 verandert dit dus in Thorium-234, er zijn namelijk vier deeltjes weg, waarvan
2 protonen en 2 neutronen. De reactievergelijking die hierbij hoort is als volgt:
238 234 4
92 U → 90Th + 2α
4
, Het verval van
een atoom kan op heel veel verschillende manieren plaatsvinden. Hierdoor kunnen er andere stoffen
uit een atoom gevormd worden. Dit is weergegeven op een nuclidenkaart, dit lijkt op het periodiek
systeem, maar bevat daarnaast ook alle instabiele elementen. Hierbij staan op de horizontale as (n)
het aantal neutronen en op de verticale as (z) het aantal protonen. Lichte elementen zullen zich dus
linksonder bevinden, terwijl zware elementen zich rechtsboven bevinden. Daarnaast is te zien dat er
over het algemeen vaker sprake is van een neutronenoverschot (β-) dan van een protonenoverschot
(β+). Met zwart zijn de stabiele kernen weergegeven en met kleuren de instabiele kernen.
Uiteindelijk streeft elke instabiele kern naar stabiliteit.
5
onderzoeksmethoden
Thema 2 - Kleine moleculen, elektrolyten en sporenelementen
Biomedische Wetenschappen
2020-2021
Door Nicole (studente BMW)
,Inhoudsopgave
Ioniserende straling................................................................................................................................3
Typen verval.......................................................................................................................................3
Alfa-verval (geel).............................................................................................................................4
Spontane splijting (groen)...............................................................................................................6
Bèta(-)verval (blauw)......................................................................................................................7
Bèta(+)verval (roze)........................................................................................................................8
Gamma-verval (γ)...........................................................................................................................8
Annihilatiestraling...........................................................................................................................9
Activiteit.............................................................................................................................................9
Halveringstijd..................................................................................................................................9
Interactie..........................................................................................................................................10
Alfastraling....................................................................................................................................10
Protonen.......................................................................................................................................11
Elektronen....................................................................................................................................13
Bèta(-)straling...............................................................................................................................14
Positronen....................................................................................................................................15
Fotonstraling (gamma, röntgen en annihilatie)............................................................................15
Röntgendiffractie..............................................................................................................................18
Single crystal diffractometer.........................................................................................................19
Biologische effecten.........................................................................................................................21
Uitwendige bestraling...................................................................................................................21
Inwendige besmetting..................................................................................................................21
Schade..........................................................................................................................................22
Schadelijke weefselreacties..............................................................................................................26
Deterministische effecten.............................................................................................................27
Stochastische effecten..................................................................................................................27
Dosis en effectieve dosis...............................................................................................................28
Risicogetal (LNT)...........................................................................................................................28
Dosimetrie....................................................................................................................................29
Wetgeving........................................................................................................................................30
Vergunningen...............................................................................................................................31
Uitgangspunten............................................................................................................................31
Achtergrondstraling..........................................................................................................................33
Kosmische straling........................................................................................................................33
1
, Terrestrische straling....................................................................................................................34
Beroepsmatige blootstelling.............................................................................................................35
Toepassingen van radio-isotopen.....................................................................................................36
Dual Energy X-Ray Absorptiometry (DEXA)...................................................................................36
Pulse-chase...................................................................................................................................36
Holmium microsferen...................................................................................................................36
Werken met radio-isotopen.........................................................................................................37
Medische blootstelling.....................................................................................................................37
Blootstelling aan röntgenstraling..................................................................................................38
CT-scan.........................................................................................................................................38
Nucleaire geneeskunde................................................................................................................39
Productie radionucliden...................................................................................................................39
Kleine moleculen, elektrolyten en sporenelementen...........................................................................40
Kleine moleculen..............................................................................................................................40
Elektrolyten......................................................................................................................................40
Spoorelementen...............................................................................................................................40
Spectroscopie.......................................................................................................................................41
Werking staafjes in oog....................................................................................................................42
Crosslinks door UV-licht....................................................................................................................42
Chromofoor......................................................................................................................................42
Röntgenstraling (X-Ray)....................................................................................................................43
Wet van Lambert-Beer.....................................................................................................................43
Atoom absorptie spectrometrie (AAS)..............................................................................................44
UV/VIS spectrofotometrie................................................................................................................46
Emissie spectroscopie.......................................................................................................................47
Infrarood spectroscopie.......................................................................................................................48
Opstelling..........................................................................................................................................48
Vibratie.............................................................................................................................................49
Infrarood spectrum...........................................................................................................................49
Aflezen van spectra.......................................................................................................................50
Interpreteren van spectra.............................................................................................................50
Nuclear Magnetic Resonance...............................................................................................................56
Toepassingen....................................................................................................................................56
Resonantie........................................................................................................................................56
NMR spectrum..................................................................................................................................59
Eigenschappen..............................................................................................................................60
2
,Ioniserende straling
Typen verval
Moleculen (materie) bestaan uit atomen (nucliden), die uit een kern omgeven door een
elektronenwolk bestaan. De kern bevat twee soorten deeltjes, namelijk:
Protonen
Neutronen
Protonen en neutronen zijn geen elementaire deeltjes, ze bestaan namelijk uit nog kleinere deeltjes,
namelijk quarks. Dit zijn elementaire deeltjes, subatomaire deeltjes die de bouwstenen vormen van
hadronen. Er zijn twee categorieën hadronen:
Baryonen (zoals protonen en neutronen) Bestaan uit drie quarks, hebben een halftallige
spin en zijn dus fermionen.
Mesonen (zoals pionen en kaonen) Bestaan uit een quark en een antiquark, hebben een
heeltallige spin en zijn dus bosonen.
Deze quarks worden door onderlinge uitwisseling van gluonen bijeen gehouden. De elektronen
cirkelen om clusters van kernen en zorgen voor een zekere mate van stabiliteit.
Figuur 1 Schematische weergave van de opbouw van een atoom.
Protonen en neutronen lijken enigszins op elkaar, zo hebben ze dezelfde massa. Qua lading zijn ze
echter niet hetzelfde, zo hebben neutronen geen lading en protonen een positieve lading.
Tabel 1 Overzicht van de eigenschappen van de deeltjes waaruit atomen zijn opgebouwd.
Naam Afkorting Massa Lading
Neutronen n 1u Geen lading
Protonen p+ 1u Positieve lading (+1)
Elektronen e- 0 Negatieve lading (-1)
3
,Grote atomen hebben veel deeltjes in de kern, een voorbeeld hiervan is Uranium-238. Hierbij is het
getal 238 het massagetal (aantal protonen + neutronen) en heeft dit de eenheid u. Deze eenheid u, is
de atomaire massa-eenheid en komt overeen met 1,6605389 x 10 −27 kg. Daarnaast is het een atoom
en heeft het een neutrale lading, dit wil zeggen dat het aantal protonen en elektronen gelijk zijn. Om
te bepalen hoeveel neutronen (massagetal – atoomnummer) een atoom heeft, kan het
atoomnummer opgezocht worden in het periodiek systeem. Het atoomnummer geeft namelijk aan
hoeveel protonen een atoom bevat. Voor uranium is het atoomnummer 92.
Figuur 2 Voorbeeld van het aantal neutronen, protonen en elektronen bij Uranium-238.
De
algemene notatie van een nuclide luidt als volgt:
A
Z X
Hierbij geldt:
A = massagetal = aantal protonen + aantal neutronen
Z = atoomnummer = aantal protonen
X = symbool element
Isotopen zijn atomen van hetzelfde chemische element, dus met hetzelfde aantal protonen, maar
waarin de aantallen neutronen in de atoomkern verschillend zijn. Ze vertonen chemisch en biologisch
geen verschillen, maar alleen een fysisch verschil. De kern is namelijk iets anders opgebouwd.
Voorbeelden van uraniumisotopen zijn: 234U, 235U, 238U en 239U.
Alfa-verval (geel)
Uranium-238 of 238U is niet stabiel, dit komt doordat de kern een te veel aan deeltjes heeft
(instabiele kern). Daarnaast is de kern niet statisch en zijn de deeltjes constant in beweging,
waardoor het soms voorkomt dat er een cluster “uit de bocht vliegt”. Zo’n cluster bestaat uit vier
deeltjes (2 protonen + 2 neutronen) die samen ook wel een alfadeeltje genoemd worden. In het
geval van Uranium-238 verandert dit dus in Thorium-234, er zijn namelijk vier deeltjes weg, waarvan
2 protonen en 2 neutronen. De reactievergelijking die hierbij hoort is als volgt:
238 234 4
92 U → 90Th + 2α
4
, Het verval van
een atoom kan op heel veel verschillende manieren plaatsvinden. Hierdoor kunnen er andere stoffen
uit een atoom gevormd worden. Dit is weergegeven op een nuclidenkaart, dit lijkt op het periodiek
systeem, maar bevat daarnaast ook alle instabiele elementen. Hierbij staan op de horizontale as (n)
het aantal neutronen en op de verticale as (z) het aantal protonen. Lichte elementen zullen zich dus
linksonder bevinden, terwijl zware elementen zich rechtsboven bevinden. Daarnaast is te zien dat er
over het algemeen vaker sprake is van een neutronenoverschot (β-) dan van een protonenoverschot
(β+). Met zwart zijn de stabiele kernen weergegeven en met kleuren de instabiele kernen.
Uiteindelijk streeft elke instabiele kern naar stabiliteit.
5
