La résonance paramagnétique électronique (RPE) trouve des applications dans le domaine de la détermination de la dose pour l'irradiation - Tests d'irradiation des aliments et prévention des maladies professionnelles

November 29, 2024

Avec l’utilisation généralisée des rayons gamma dans les industries, l’agriculture, la médecine et l’alimentation, une mesure précise de la dose de rayonnement est devenue de plus en plus importante. EPR Le spectromètre est actuellement la seule méthode directe pour détecter les électrons non appariés dans un échantillon, permettant la mesure précise de la dose de rayonnement en détectant les radicaux libres générés dans le matériau irradié.

La dose de rayonnement peut être classée en dose faible (moins de 1 kGy), dose moyenne (1-10 kGy) et dose élevée (supérieure à 10 kGy), et ses effets peuvent aller de l'absence de symptômes cliniques à des symptômes graves. , des symptômes cliniques mortels précoces et une mort précoce.

Après des décennies de recherche, diverses méthodes chimiques, physiques et biologiques ont été développées pour mesurer la dose de rayonnement, notamment des produits multimodaux dotés d'indicateurs photoacoustiques. Avec le développement de la biologie moléculaire, il a été reconnu que certaines molécules biologiques, comme les chromosomes, sont sensibles aux rayonnements et peuvent être utilisées pour mesurer la dose de rayonnement. Cependant, à des doses de rayonnement élevées, l'inactivation des molécules biologiques peut gêner le processus de détection, et les dosimètres biologiques basés sur ce principe nécessitent des temps de traitement et d'analyse des échantillons plus longs.

Lorsqu'un matériau est irradié par divers rayonnements ou neutrons, il génère des radicaux libres. Par conséquent, l’utilisation de la spectroscopie par résonance paramagnétique électronique (RPE) pour détecter les radicaux libres générés dans le matériau irradié est une méthode directe et pratique. Les dosimètres conçus à cet effet sur la base de l'EPR sont appelés dosimètres EPR, qui présentent des avantages uniques par rapport aux autres dosimètres :

Haute sensibilité pour détecter des niveaux de dose cliniquement significatifs
Fournit des données hautement spécifiques et fiables avec une précision suffisante
Large gamme de couverture adaptée à une détection rapide
Peut fonctionner dans divers environnements
Non invasif et non destructeur de l'échantillon
Instruments spécialisés faciles à utiliser

Cas 1 : Tests d'irradiation des aliments

L'irradiation des aliments est le processus consistant à utiliser des rayonnements pour retarder certains processus physiologiques (tels que la germination et la maturation) des aliments frais ou pour traiter les aliments à des fins telles que le contrôle des insectes, la désinfection, la stérilisation et la prévention des moisissures, prolongeant ainsi leur durée de conservation. et stabiliser et améliorer sa qualité.

Divers aliments, notamment les viandes, les os, les fruits, les fruits secs et les aliments, produisent des signaux RPE détectables de radicaux libres lorsqu'ils sont irradiés. L’intensité du signal des radicaux libres est liée à la nature des différents matériaux et méthodes de traitement, notamment à la dose de rayonnement. La technologie EPR est la méthode la plus directe pour détecter les radicaux libres.

Figure 1montre les spectres EPR d'une certaine marque de lait en poudre avant et après irradiation, avec des doses de rayonnement de 0 kGy, 2,0 kGy, 4,0 kGy, 6,0 kGy et 8,0 kGy. On peut observer sur la figure qu'il n'y a presque aucun signal EPR détectable avant l'irradiation, mais après l'irradiation, un signal clair de radicaux libres avec une valeur g proche de 2,0 apparaît et son intensité augmente linéairement avec la dose. .

Figure 1 : Spectres RPE du lait en poudre à des doses d'irradiation de 0 kGy, 2 kGy, 4 kGy, 6 kGy et 8 kGy

Cas 2 : Prévention et traitement des maladies professionnelles

La prévention et le traitement des maladies professionnelles revêtent une grande importance dans l'évaluation de l'état de santé du personnel travaillant à proximité des installations nucléaires. Au début des années 1980, l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) a sélectionné l’alanine comme dosimètre pour l’irradiation à haute dose et a standardisé le système de mesure alanine-EPR.

L'alanine peut former des radicaux libres stables après une irradiation ionisante, et son spectre EPRmontre un pic à cinq lignes avec une valeur centrale g d'environ 2. L'intensité du signal EPR peut être représentée par l'amplitude du signal ou l'aire sous la deuxième courbe intégrale. Techniquement, la poudre de réactif d'alanine peut être conditionnée dans de petits sacs ou des capsules pour fabriquer des dosimètres en poudre, ou un mélange d'alanine, de liants et de lubrifiants peut être transformé en dosimètres d'alanine solide en utilisant des procédés tels que la compression, le moulage ou l'extrusion. Ces dosimètres peuvent être emportés sur le terrain avec le personnel et, après avoir quitté le terrain, les échantillons peuvent être testés dans un spectromètre EPR. La dose de rayonnement reçue par le personnel peut être analysée en comparant l'intensité du signal EPR détecté avec une courbe d'étalonnage.

Figure 2 : Spectre RPE du dosimètre alanine irradié à une dose absorbée de 33,7 kGy (à gauche) ;

Courbe d'étalonnage dose-réponse de l'alanine(à droite)

Cas 3 : Reconstruction de la dose de rayonnement

La reconstruction de la dose de rayonnement est essentielle en cas d'exposition accidentelle aux rayonnements ionisants due à une guerre nucléaire ou à des accidents nucléaires, car elle permet de déterminer le niveau de rayonnement nucléaire, d'élaborer des plans de traitement d'urgence et de mener des enquêtes ultérieures sur les accidents.

La technologie EPR joue un rôle important dans la reconstruction de la dose de rayonnement, en particulier dans l'évaluation de la dose de rayonnement reçue par les individus à la suite d'une exposition aux rayonnements. EPR peut être utilisé pour analyser les radicaux libres induits par les radiations dans des échantillons de tissus biologiques tels que l'émail des dents, les ongles et les cheveux. Ces radicaux libres se forment dans les tissus biologiques après un rayonnement ionisant et leur concentration est proportionnelle à la dose de rayonnement reçue. Ainsi, en mesurant la concentration de ces radicaux libres, il est possible d’estimer rétrospectivement la dose de rayonnement reçue par un individu.