A ressonância paramagnética eletrônica (EPR) encontra aplicações no campo da determinação de dose para irradiação - testes de irradiação de alimentos e prevenção de doenças ocupacionais

November 29, 2024

Com o uso generalizado de raios gama nas indústrias, agricultura, medicina e alimentos, a medição precisa da dose de radiação tornou-se cada vez mais importante. EPR Espectrômetro é atualmente o único método direto para detectar elétrons desemparelhados em uma amostra, permitindo a medição precisa da dose de radiação ao detectar os radicais livres gerados no material irradiado.

A dose de radiação pode ser categorizada em dose baixa (menos de 1 kGy), dose média (1-10 kGy) e dose alta (maior que 10 kGy), e seus efeitos podem variar de ausência de sintomas clínicos a sintomas graves. , sintomas clínicos fatais precoces e morte precoce.

Após décadas de pesquisa, vários métodos químicos, físicos e biológicos foram desenvolvidos para medição de doses de radiação, incluindo produtos multimodais com indicadores fotoacústicos. Com o desenvolvimento da biologia molecular, reconheceu-se que certas moléculas biológicas, como os cromossomas, são sensíveis à radiação e podem ser utilizadas para medir a dose de radiação. Porém, em altas doses de radiação, a inativação de moléculas biológicas pode dificultar o processo de detecção, e dosímetros biológicos baseados neste princípio requerem tempos mais longos de processamento e análise de amostras.

Quando um material é irradiado por várias radiações ou nêutrons, ele gera radicais livres. Portanto, usar a espectroscopia de Ressonância Paramagnética Eletrônica (EPR) para detectar os radicais livres gerados no material irradiado é um método direto e conveniente. Os medidores de dose projetados com base em EPR para esse fim são chamados de dosímetros EPR, que apresentam vantagens únicas em comparação com outros dosímetros:

Alta sensibilidade para detectar níveis de dose clinicamente significativos
Fornece dados altamente específicos e confiáveis com precisão suficiente
Ampla gama de cobertura adequada para detecção rápida
Pode funcionar em vários ambientes
Não invasivo e não destrutivo para a amostra
Instrumentos especializados e fáceis de operar

Caso 1: Teste de Irradiação de Alimentos

A irradiação de alimentos é o processo de utilização da radiação para retardar certos processos fisiológicos (como brotação e amadurecimento) em alimentos frescos ou para tratar alimentos para fins como controle de insetos, desinfecção, esterilização e prevenção de mofo, prolongando assim sua vida útil. e estabilizando e melhorando sua qualidade.

Vários alimentos, incluindo carnes, ossos, frutas, frutas secas e alimentos, produzem sinais EPR detectáveis de radicais livres quando irradiados. A intensidade do sinal do radical livre está relacionada com a natureza dos vários materiais e métodos de processamento, particularmente com a dose de radiação. A tecnologia EPR é o método mais direto para detectar radicais livres.

Figura 1mostra os espectros de EPR de uma determinada marca de leite em pó antes e depois da irradiação, com doses de radiação de 0 kGy, 2,0 kGy, 4,0 kGy, 6,0 kGy e 8,0 kGy. Pode-se observar na figura que quase não há sinal EPR detectável antes da irradiação, mas após a irradiação, aparece um sinal claro de radical livre com valor g próximo a 2,0, e sua intensidade aumenta linearmente com a dose .

Figura 1: Espectros EPR de leite em pó em doses de irradiação de 0 kGy, 2 kGy, 4 kGy, 6 kGy e 8 kGy

Caso 2: Prevenção e Tratamento de Doenças Ocupacionais

A prevenção e o tratamento de doenças ocupacionais são de grande importância na avaliação do estado de saúde do pessoal que trabalha em torno de instalações nucleares. No início da década de 1980, a Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA) selecionou a alanina como um dosímetro para irradiação de altas doses e padronizou o sistema de medição de alanina-EPR.

A alanina pode formar radicais livres estáveis após irradiação ionizante e seu espectro EPRmostra um pico de cinco linhas com um valor central g de aproximadamente 2. A intensidade do sinal EPR pode ser representada pela amplitude do sinal ou pela área sob a segunda curva integral. Tecnicamente, o pó reagente de alanina pode ser embalado em pequenos sacos ou cápsulas para fazer dosímetros de pó, ou uma mistura de alanina, aglutinantes e lubrificantes pode ser transformada em dosímetros de alanina sólida usando processos como compressão, fundição ou extrusão. Esses dosímetros podem ser levados ao campo junto com o pessoal e, após a saída do campo, as amostras podem ser testadas em um espectrômetro EPR. A dose de radiação recebida pelo pessoal pode ser analisada comparando a intensidade do sinal EPR detectada com uma curva de calibração.

Figura 2: Espectro EPR do dosímetro de alanina irradiado com uma dose absorvida de 33,7 kGy (esquerda);

Curva de calibração dose-resposta de alanina(direita)

Caso 3: Reconstrução da Dose de Radiação

A reconstrução da dose de radiação é essencial no caso de exposição acidental à radiação ionizante devido a guerra nuclear ou acidentes nucleares, pois ajuda a determinar o nível de radiação nuclear, desenvolver planos de tratamento de emergência e conduzir investigações de acidentes subsequentes.

A tecnologia EPR desempenha um papel significativo na reconstrução da dose de radiação, especialmente na avaliação da dose de radiação recebida pelos indivíduos como resultado da exposição à radiação. EPR pode ser usado para analisar radicais livres induzidos por radiação em amostras de tecidos biológicos, como esmalte dentário, unhas e cabelos. Esses radicais livres são formados nos tecidos biológicos após a radiação ionizante e sua concentração é proporcional à dose de radiação recebida. Portanto, medindo a concentração desses radicais livres, é possível estimar retrospectivamente a dose de radiação recebida por um indivíduo.