3 차시

4.화학분석

공업분석, 공해물질분석, 고고학적 시료 분석 등

유기화합물 혼합체 분석기(gaschromatography) 환경중 유해물질 분석(유기수은, 염소계 잔류 농약 등), 화학반응 생성물 연구, 시약과 약품 의 불순물 결정 - Ni-63에서 방출하는 베타 전리작용 이용

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방사화분석(放射化 分析) ※ 방사화 : 원자로 핵분열시 물질이 띄는 방사능 - 방사화된 시료의 감마선, 베타선 측정 - 이용분야: 대기, 하천수, 환경물질중의 미량 금속 원소 분석, 모발중의 수은 분석, 공업재료, 지질학적 시료, 고고학적 시료, 범죄수사 등 광범위함.

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5. 신약 개발 • 신약개발시 효능과 안전성에 관한 다각적인 조사 필요

• 추적자(H-3, C-14, P-32, S-35, I-125 등) 활용, 쥐 등 실험동

물에 RI를 투여한 후, 얇게 절편을 만들어 필름에 밀착하여 방사선 사진작용에 의한 감광시켜, 체내의 RI 분포상태 감지(autoradiography, 방사선자동사진법)

• 실험동물의 장기나 배설물 중에 포함되어 있는 방사능을 측정하여 RI의 축적비율, 배설속도 예측하여, 신약물질의 체내 작용, 약품효과 파악

• 농약의 개발이나 안전성 평가에서도 미생물이나 곤충, 동식물에 대하여도 실험 연구 진행 중

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6. 유전공학

• 방사선의 염색체 변이작용을 이용하여 DNA의 인위적 조작 • 이용분야 : 농작물, 가축의 우량 품종 개발, 난치

병 치료 등 생명공학분야 발전 기여

• H-3, P-32, S-35, I-125등으로 DNA염기서열 방사선 조사, 특정 DNA 염색체상 위치 결정

• 인슐린, 성장호르몬, 인터페론 등 의약품개발 등

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7. 수산업, 농업 분야 이용

어류의 回遊 어류의 먹이에 Eu를 섞으면, 어류의 耳石, 지느러미, 비늘에 집적됨. 어류내의 Eu를 방사화분석, 방류한 치어가 어떤 비율로 회귀하는 지 파악.

작물의 생리 생태연구 다수확, 우량작물 개발을 위해 RI 추적자로 작물의 생리 생태 작용 파악 예) 녹색식물의 광합성 작용을 연구한 결과 광합성 반응에서 방출되는 산 소는 CO2에서 유래된 것이 아니라 물로부터 유래됨을 밝힘. (O-18로 표지한 물을 사용하여 식물에 투여) - 식물체의 영양이 되는 원소를 추적자로 사용하면, 어느부위에 흡수되는 지, 영양 결핍되면 그 부위가 어떤 생장효과를 나타내는 지 알수 있음)

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※ 희토류 원소(稀土類元素, 영어: rare earth elements, rare earth metals) : 스칸듐(Sc)과 이트륨(Y), 란타넘(La)부터 루테튬(Lu)까지의 란타넘족 15개 원소 이들을 묶어 희토류로 통칭하는 이유는 서로 화학적 성질이 유사하고 광물 속에 그룹으로 함께 존재하기 때문

참고) 희토류 응용분야 La(란타늄) : 정유산업 촉매, 하이브리드자동차 배터리(니켈 수소전지) Ce(세륨) : 자동차용 및 정유산업 촉매, 반도체 Pr(프로세오디뮴) : 자성, 합금원소, 광전자 Nd(네오디뮴) : 그린카, 풍력, 전자산업(희토자석) Pm(프로메튬) : 핵배터리, 레이저 Sm(사마륨) : 영구자석, 스텔스, 레이저 Eu(유로퓸) : LED 인광물질 Gd(가돌리늄) : MRI, 합금원소 Tb(터븀) : 연료전지, 광자기, LED, 영구자석 Dy(디스프로슘) : 영구자석(Nd-자석), 레이저 Ho(홀뮴) : 레이저, 유리 Er(어븀) : 레이저(의학), 유리 Tm(툴륨) : 의학용 X선장치 Yb(이트류붐) : 레이저, 합금 Lu(류테늄) : 정유산업 촉매, PET Y(이트륨) : 전자통신(국방, 위성), 휴대전화, LED Sc(스칸듐) : 레이저, 합금(Al)

병충해 방제에 이용

- 해충에 X선을 조사, 생식기능을 억제시켜, 조사된 해충은 정상적인 암수 교미 기회를 잃게 하면, 결국 무정란만 낳게 되어 해충 멸종 예) 가축에 기생하는 나사벌레에 25-30Gy 방사선 조사후 방사하여 미국남부에서 완전 박멸, 과실에 피해를 주는 광대파리에 응용하여 완전 근절, 면화재배 목화해충 방제, 인도(모기구제), 아프리카(체체파리 박멸 등)

품종 개량

• 식물에 방사선을 쪼이면 돌연변이가 생기는 현상을 이용 하여 기본 품종의 우수한 특징은 보존하면서 특정형질을 개량하여 신종 유전자원을 개발함

• 벼, 보리, 콩, 참깨 등의 작물에서 밀양 10호, 방사 6호, 방사콩 등 신품종을 개량

농업 생명공학 분야

육종학적 이용 - 육종 : 동식물의 유전자 특징을 인위적으로 변화시켜 생산량을 증대시키고, 품질을 향상하여 경제성을 향상. - 감마선(Co-60)을 사용하면 비교적 안정되고 강력한 돌연변이 육종 - 적절한 돌연변이 선량은 반치사량(LD50)정도

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식품학적 이용 - 식품 보존: 생산 못지않게 보존, 가공도 중요 - 저장 중에 미생물, 해충, 효소 등으로 약 15% 손실발생 따라서 식품저장방법의 개발은 15% 이상의 간접 증산 효과 - 기존의 저장방법은 저온저장, 가스저장, 약제저장이 있으나 약제성분 잔류 - 식품에 방사선 조사시 살균, 살충, 발아·발근 억제 등 효과가 있으나, 조사 식품의 안전성, 소비자의 수용성 등의 문제점으로 실용화 지연

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< 농산물이나 식품의 저장 또는 가공에 대한 방사선의 효과 >

1. 식품의 보존기간 연장(방사선조사시 식품에 열이 발생하지 않아 고열로 인한 식품변성 없음)

2. 낮은 조사선량으로도 보존성을 일시적으로 연장 효과 3. 방사선처리로 기생충 등 해충 구제 4. 방사선조사에 의하여 과실의 숙성, 착색증진, 품질개선 5. 방사선 처리로 생장점에 장해를 유발시켜 야채류의 발아 억제 6. 포도주 숙성 등

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국가별 승인된 방사선 조사식품 목록(미국 과학건강협회) (’04년현재, 세계 52개국 230여종허가,국내 26개 식품 허가)

• 방사선 조사 식품 * KAERI에서 방사선조사로 한국우주식품 개발 - 김치, 라면, 수정과, 불고기, 전주비빔밥, 미역국, 짬뽕, 음료 등 * 미국에서는 1960년대부터 우주인용 식품 개발

토양비료 - 농작물 재배시 합리적인 시비관리법 연구 - RI표지 비료를 시비했을 때와 토양에 존재했던 것인지 비교 하여 시비 시기, 시비량, 시비 위치 파악

농업토목분야 - 지하수 개발 및 지하수 연령, 용수량 조사, 저수지 누수위치 파악, 관개수 이동과 속도 측정 등 - 종래 누수 탐지는 물감을 이용했으나, Na-24 등 반감기가 짧고, 흡착성이 적은 RI의 방사능 검출 ※ 반감기가 길고 세기가 강한 RI는 방사능 오염 우려 감안 임업 - 수목의 영양 생리, 임산물 목재 강도 강화, 목재 내부의 부패 정도의 비파괴 검사, 합판 접착제의 접착력을 방사선 조사 로 성능 향상

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8. 방사선 조사공업 화학공업 이용 - 전기 피복재료의 내열성 강화 - 방사선조사를 통한 형상 기억 효과 : 자동차 타이어 고무나 생고무 시트, 슬리퍼, 라이프 자켓, 냉장고 단열재, 전자부품 피복에 전자선 조사로 형상 기억효과 - 제품 착색시 시너, 가열 등 없이 전자선을 이용한 경화 도장

방사선 멸균 - 고 선량의 방사선(10만 Ci이상의 Co-60의 감마선) 조사하여 - 인공신장, 주사침, 수술용 칼등 의료용구, 검사용구, 실험동물 사료 등에 대한 멸균 또는 소독 ※ 감마선 멸균의 단점 : 설비 비용 고가, 피폭되는 재료의 방사선 손상, 재료 변질 ☞ 이의 보완을 위해 적정 수준의 조사선량 선정 : 25,000 Gy 15

9. 탄소(C-14) 연대 측정 • 원리 : 모든 생물 조직속에 특정 탄소 성분이 일정비율로 유지 ※ C-14는 불안정 핵종으로 쉽게 붕괴하지만 광합성이나 대기 로부터 지속적으로 공급받아 생물체에 C-14의 체내비율 유지됨, 생명이 끝난 것은 붕괴로 C-14(반감기 5730년) 농도 줄어듬

우주선의 고속중성자가 대기중 질소와 충돌, C-14 생성 𝑁𝑁14 + 중성자→ 𝐶𝐶14 + 양자 ☞ 고고학 연대 측정 대표기술로 유적, 패총, 지층에서 발견된 목탄, 곡물, 나무열매, 목재, 조개껍질 등 수백년에서 수만년까지 측정

• 암석이나 지층연대 특정을 위해 U, Th등 장반감기의 RI 이용하여, 수십억년된 시료의 연대 측정 가능

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10. 의료

X선에 의한 진단

- X선을 이용하여 피검체의 X선 상을 얻어 피검체의 형태 및 형상 추정, 질병 진단 - X선검사, - CT(전산화 단층활영)검사 : 뇌종양, 뇌출혈, 뇌 경색, 간, 신장 등 진단 - 방사선 조영검사: 밀도가 큰 바륨, 옥소 밀도가 작은 CO2등 의 조영제(contrast media)를 인체에 투여하여 위, 장, 신장, 심장, 혈관 진단.

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핵의학 검사 가. in-vivo 검사 RI를 표지한 의약품을 인체에 투여, 방출되는 방사선에 의해 진단 검사. 예) 인체 특정부위(간, 신장,폐, 담낭, 뼈 등)에 Tc-99m을 표지, 장기에 섭취된 RI에서 방출되는 감마선 검출(감마카메라) ※ 갑상샘(I-123, I-131), 심장(Tl-201), 폐(Xe-133), 악성종양 (Ga-67) : 대부분이 α, β방출 않고, 감마선만 방출하여 인체 영향 적고, 반감기가 짧고, 체내에서 급속히 감소 ※ 양전자 방출단층촬영(PETCT) : C-11, N-13, O-15, F-18등 양전자 방출 핵종의 소멸방사선을 체내 RI이동 분포를 단층 상 묘사

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나. in-vitro 검사

인체 시료(혈액, 뇨, 변 등)를 이용하여 시험관내에서 RI핵종 을 함유한 시약과 반응시켜 질병 진단. - 혈액중에 함유된 미량의 호르몬, 암 표지자에 대해 정상 수치와 비교 진단. 예) 갑상샘호르몬, 인슐린, 성장호르몬 등과 같은 호르몬 양 이나 간암에서 증가되는 αFP, CEA(대장암), PSA(전립선암) 등의 분비물 측정

다. 방사면역측정법(Radioimmunoassay, RIA)

- RI를 사용하여 내분비학 영역에서 인슐린, 성장호르몬 등

단백성호르몬 측정. - 혈청속에 존재하는 미량의 약제 측정, 바이러스 효소 측정등

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- 조사량 : 20~2000 Gy 염화비닐의 내충격강도 향상, 폴리에틸렌의 내열성 향상, 목재-플라스틱 접합체 제조

- 20~100 kGy : 강화 플라스틱 제조, 도장 - 0.3~1 mGy : 자동차 타이어의 강화

방사선조사 이용산업

- 전기 피복재료의 내열성 강화

- 방사선조사를 통한 형상 기억 효과 : 자동차 타이어 고무나 생고무 시트, 슬리퍼, 라이프 자켓, 냉장고 단열재, 전자부품 피복에 전자선 조사로 형상 기억

- 제품 착색시 시너, 가열등 없이 전자선을 이용한

경화 도장

방사선 멸균 - 고 선량의 10만 Ci 이상의 Co-60의 감마선 조사 - 인공신장, 주사침, 수술용 칼등 의료용구, 검사용구, 실험동물사료 등에 대한 멸균 또는 소독

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발아방지 - 감자, 양파 등에 10 kGy 미만의 감마선 조사 방사선 치료 - Co-60, Cs-137, Ir-192 등 감마선 이용, 악성종양의 원격조사 치료, 근접 조사 치료

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슬라이드 번호 14.화학분석슬라이드 번호 35. 신약 개발6. 유전공학7. 수산업, 농업 분야 이용슬라이드 번호 7슬라이드 번호 8슬라이드 번호 9슬라이드 번호 10슬라이드 번호 11슬라이드 번호 12슬라이드 번호 13슬라이드 번호 148. 방사선 조사공업9. 탄소(C-14) 연대 측정10. 의료슬라이드 번호 18슬라이드 번호 19슬라이드 번호 20슬라이드 번호 21슬라이드 번호 22슬라이드 번호 23