液体闪烁测量技术

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四节 液体闪烁测量技术,Liquid Scintillation Counting,3,H（,-,0.0186 MeV),14,C (,-,0.156 MeV),的射线,由于能量很低, 称为软,射线. 一般的,GM,计数器和正比计数器无法探 测.只能用4,型,GM,计数器测量。,GM,管,3,H,、,14,C,样品,NaI（Tl）,固体闪烁计数器,钟罩型,GM,管,出气,进气,4,连续气流式计数器,是否可以使射线与闪烁体直接接触？,一. 液闪测量的基本原理,PM,管,溶剂分子,放射性核素,第一闪烁剂,第二闪烁剂,特点：1. 探测软,射线效率高,3,H,探测效率,可,达60%,14,C,探测效率,可,达90%,2. 分辨时间短( 510,9,S ),不作死时间校正,3. 可进行能谱测量,影响液闪测量的主要问题是什么？,淬灭,（,Quenching）,广义淬灭：,h,溶剂分子,放射性核素,第一闪烁剂,第二闪烁剂,1化学淬灭：（杂质淬灭、浓度淬灭、分子内淬灭）,Impurity,热能,淬灭杂质：,RSH, R NO,2, R CO R, R CHO,R X(Cl,Br,I ),CCl,4, CHCl,3, CH,2,Cl,2,发生在产生光子之前,3、,颜色淬灭:,h,A,A,*,Q(,热能),闪烁杯壁,空气等,发生在产生光子之后,A:,闪烁液中颜色物质 (红和黄色),2、自吸收：又称相淬灭, 发生在非均相测量中.,样品本身被如乳状液的微小水珠, 样品所依附的支持 物(滤纸,微孔滤膜)所吸收,发生在射线把能量传递给闪烁液之前,淬灭引起的效应: 1.计数率,下降,测量效率降低,2.,能谱,左,移,3,H,能量(,keV),18.6,keV,Cpm,淬灭对计数率及,谱的影响,Cpm,156,keV,14,C,能量(,keV),碱性物质,或,氧化剂,等在闪烁液内发生化学反应导致化学发光,闪烁液受到光照后产生的发光现象,化学发光,:,磷光,:,消除化学发光和磷光最有效的手段是采用,符合电路,，因化学发光，磷光是,单光子现象,，可通过仪器的,符合电路,消除,。,影响液闪测量的另一因素：,化学发光和磷光,减弱化学发光的方法：,1）加入还原剂或1抗坏血 酸,2）把,pH,调到,小于或等于7,3) 加温加速化学反应 或放置样品以衰减化学发光,4)使用能抑制化学发光的闪烁液,如,Dimulume,PM,管,PM,管,符合电路,符合门,放大器,定标器,定标器,定标器,脉冲分析器,脉冲分析器,脉冲分析器,第二节,闪 烁 液,闪烁液组成：,溶剂,（99%）和,闪烁剂,（1%）,部分添加剂,溶剂,要求: 把激发能传递给闪烁剂的,能量转换效率,要高。,对闪烁剂和其他成分的,溶解度,要高,蒸气压低,（或沸点高）,便宜,有效溶剂： 芳香族化合物，苯，甲苯，二甲苯等,一般溶剂： 醚类化合物，二氧六环，二甲氧基乙烷等。,测量效率为有效溶剂的15 50%,低效溶剂： 醇类 ，酯类，酮类，,二.,第一闪烁剂: 吸收受激溶剂分子的能量致激，,退激时 发射光子,名称,荧光峰值,（,nm,）,甲苯中最,佳浓度,发光,效率,淬,灭,耐受性,相对价格,TP,342,5,g/L,0.90,最,差,1,PPO,375,3,7,1.00,略优于,TP,4,PBD,375,8,10,1.28,最,好,12,b-PBD,385,12,1.23,略低于,PBD,4,BBOT,446,7,0.71,优于,TP,低于,P,第一闪烁剂要求,：发光效率高,淬灭耐受性好,较大的溶解度,光谱匹配,第二闪烁剂： 用量为第一闪烁剂的1/101/50,第二闪烁剂,使用浓度,g /L,平均波长,nm,化 学 结 构,POPOP,M,2,-POPOP,bis-MSB,-NPO,0.050.2,0.050.2,0.1,0.5,1.5,415,400,425,427,第二闪烁剂的作用:,波长转移,抗淬灭,二氧六环,PPO,POPOP,萘,含水样品,溶,剂,第一闪烁剂,第二闪烁剂,添加物,样品类型,二氧六环,PBD,POPOP,萘,含水样品,对二甲苯,bu,-,PBD,POPOP,乙醇,含水样品,甲,苯,bu,-,PBD,POPOP,乙二醇甲醚,萘,含少量水,样品,甲,苯,TP,POPOP,脂溶样品,甲,苯,PBD,POPOP,萘,脂溶样品,甲,苯,PPO,POPOP,萘,脂溶样品,萘的作用：提高探测效率和抗淬灭,能有效地将溶剂退激出的能量传递给第一闪烁剂,100%,60%,60%,PPO,PBD,b-PBD,相对效率,二氧六环+10%萘,PPO,PBD,TP,甲苯+10%萘,PPO,PBD,TP,34%,10%,无毒闪烁液：,Triton X100,作为溶剂，,C,H,C,H,C,H,C,H,C,H,C,C,O,O,O,H,2,3,2,2,3,3,3,(,),),),(,(,2,（乙二醇聚氧乙烯异辛基酚醚）,特点：1. 无毒，无味，不挥发，与水混合。,2.,3,H,测量效率为17 %,14,C,测量效率70 %,第三节 样 品 制 备,液闪测量可分为：,均相测量,和,非均相测量,一.,均相测量,: 即以真溶液的形式进行测量。,1.,直接溶解,2.,采用増溶(,Solubilization),技术,消化法,:,借助酸碱试剂使难溶的生物组织或排泄物等及许多生物大分子化合物经过某些化学变化，成为溶于闪烁液的分子进行测量,1.,酸消化,:,HNO,3,甲酸, 过氯酸等。,湿组织 80 100,mg,60%,HClO,4,0.2ml,(70 80,） 30 60,分钟,30%,H,2,O,2,4.0ml,2. 碱消化:,NaOH, KOH,海胺。,1.5,M,海胺 2,ml,湿组织 450,mg,60, 3,hr,Packard,公司,:Soluene100,甚至能消化指甲,皮,毛发。,O,C,H,N,O,H,3,2,2,2,2,2,3,3,C,H,C,H,C,H,C,H,C,H,C,H,C,H,8,1,7,O,C,H,+,Hyamine 10：,Chicago,公司,: NCS，Digestin， Backman,公司的,BTS 450,等都是季胺碱化合物。,1. 固相法: 非脂溶性样品吸附在滤纸或其他固体支持物上,干燥后浸入闪 烁液中进行测量。,普通滤纸,玻璃纤维滤纸,醋酸纤维素酯膜,非均相测量,: 测量样品放在非均相体系，如固液或不混溶,的液液相中的任一相进行测量。,乳浊液测量,: 乳浊液是由极小的水滴或胶态分子团均匀分布在有机,溶剂中组成。放射性样品在水相，闪烁剂在有机相。,为了得到稳定的乳浊液，须使用大量的表面活性剂,bPBD 8 g,BBS3 160ml,二甲苯 840,ml,PPO 8 g,TritonX100 330ml,二甲苯 670,ml,TritonX100,m,2,n,+,1,2,(,),2,O,H,O,O,C,H,C,H,C,H,n,BBS3,PCS,3,. 悬浮液测量,: 悬浮液指样品以非常细小的颗粒悬浮在,闪烁液中。,燃烧技术: 将样品彻底氧化。放射性核素转化成,14,CO,2,，,3,H,2,O，,35,SO,2,等。,考虑因素：1. 样品在闪烁液中难溶,即使用消化剂,也不能解决,2.有严重的化学淬灭或颜色淬灭的样品,3.有严重的化学发光和磷光的样品,4. 某些双标记样品,NaI（Tl）,样品,固体闪烁计数器,液体闪烁计数器,E,n,A,A,n,E,样,样,标,标,=,=,四 淬 灭 校 正 方 法,(,Quench Correction ),淬灭校正的,目的,:求样品的放射性活度。（即把仪器测量得到的样品的脉冲计数率,Cpm,转化成样品的放射性活度,Dpm,或,Bq,）,什么是淬灭校正: 淬灭校正是采用适当的方法求得每一样品的测量效率， 从而求出样品的放射性活度,样品放射性活度（,Bq）=,样品计数率（,Cpm）,测量效率（,E）,已知标准品放射性活度（,Bq）,标准品计数率（,Cpm）,测量效率（,E）=,内标准法：,(,Internal standard method),标准源(活度已知） 被测样品 测量效率 样品的活度,1. 未知样品 编号 1 2 3 ,X,2.测未知样品(,Cpm) n,1,n,2,n,3, n,X,3. 加入放射性标准品(,3,H) d d d d,E,1,=,N,1, n,1,d,5. 测量效率(,E),计算:,E,1,E,2,E,3,E,X,D,1,D,2,D,3, D,X,4. 测标准+未知样品计数,(,Cpm),E,1,n,1, n,b,D,1,=,6.未知样品的活度计算:,(,Bq),N,1,N,2,N,3, N,X,特点: 1.如加样误差小, 测量结果准确可靠。,2.操作麻烦，费时，不易自动化测量。,3.样品无法重复测量,常用的标准品,3,H-,正十六烷，,14,C-,正十六烷,注意事项：1）标准源和被测样品原则上应该是同一种核素,2）标准源应无淬灭作用,3）加标准源后引起被测样品体积的改变极小,样品道比法,:,(,Sample Channel Ratio Method,SCR ),淬灭不仅使计数效率降低， 而且使谱左移，淬灭越严,重，左移也越甚,C,道,A,道,B,道,粒子能量,计 数 率,道比值,A、B、C,分别代表,A、B、C,道的计数率,C,A,or,B,A,R,=,A/B,A/C,B/C,或,B/A,测 量 效 率(,E),20,40,60,0.2,0.4,0.6,0.8,道比值(,R),外标准道比法:,（,External Standard Channel Ratio , ESCR）,Compton,子,液体闪烁计数器,外标准原,137,Cs,226,Ra,原理,：,射线产生的康普顿谱与,谱相似，康普顿电子遇到淬灭时，同样会使得测量效率下 降， 康普顿谱左移。,计 数 率,C,道,3,H,14,C,能 量(,MeV),28,Mg,Compton,能谱,137,Cs,A,道,B,道,0.66,MeV,0.47,MeV,标准品测量杯: 1 2 3 10,2.加入放射性标准品(,d,) 0.1ml 0.1ml 0.1ml 0.1ml,1.加入闪烁液(,ml ) 10ml 10ml 10ml 10ml,3.加入淬灭剂,CCl,4,10,l,20,l,30,l ,100,l,7.测,Conpton A,道计数(,Cpm) A,1,A,2,A,3,A,10,8.测,Conpton B,道计数(,Cpm) B,1,B,2,B,3,B,10,4.测,C,道计数(,Cpm) C,1,C,2,C,3,C,10,9.计算道比值,(,R) R,1,R,2,R,3,R,10,6.将外标准源放在闪烁杯旁进行照射,闪烁杯中产生,Compton,电子。,E,1,=,C,1,d,5.测量效率,(,E),计算:,E,1,E,2,E,3,E,10,10.绘制淬灭校正曲线,20,40,60,测 量 效 率(,E),0.2,0.4,0.6,0.8,道比值(,R = B/A),14,C,3,H,E = a,3,R,3,+ a,2,R,2,+ a,1,R + a,0,11.测量未知样品,C,道(,Cpm) C,1,C,2,C,3,C,X,12.计算未知样品道比值(,R) R,1,R,2,R,3,R,X,12.将外标准原放在闪烁杯旁进行照射,闪烁杯中产生,Compton,电子。,A,1,A,2,A,3,A,X,B,1,B,2,B,3,B,X,E,1,E,2,E,3,E,X,13.测量未知样品,Compton,A,道(,Cpm),14.测量未知样品,Compton,B,道(,Cpm),13.根据淬灭校正曲线查,出效率,E,14.计算未知样品放射性活度,H,(,Bq),H,1,=,C,1, n,b,E,1,H,1,H,1,H,1,H,1,三.,H,数法: 以康普顿谱前沿拐点的移动作为淬灭指示参数,H = 781 649,649,外标准源,Compton,能谱,计 数 率,781,无淬灭剂曲线,标准品测量杯: 1 2 3 10,2.加入放射性标准品(,d ) 0.1ml 0.1ml 0.1ml 0.1ml,1.加入闪烁液(,ml ) 10ml 10ml 10ml 10ml,3.加入淬灭剂,CCl,4,10,l,20,l,30,l ,100,l,7.测,Compton,能谱,H,数,H,1,H,2,H,3,H,10,4.测,C,道计数(,Cpm) C,1,C,2,C,3,C,10,6.将外标准源放在闪烁杯旁进行照射,闪烁杯中产生,Compton,电子。,E,1,=,C,1,d,5.测量效率,(,E),计算:,E,1,E,2,E,3,E,10,测 量 效 率(,E),20,40,60,50,100,150,200,H,数,8. 淬灭校正曲线,H,数法特点: 动态范围广, 对严重淬灭的样品也能测量。,对非均相样品的测量误差小于样品道比法和外标准道比法。,不受样品体积变化的影响,15,ml,10,ml,7,ml,5,ml,计 数 率,外标准源,Compton,能谱,样品杯所用材料对,H,数淬灭曲线的影响小，适用于塑料闪烁杯。,计 数 率,外标准源,Compton,能谱,12,hr,24,hr,48,hr,H,数法是,Beckman,公司专利，需要多道液体闪烁计数器（4096道）和微机处理,其它淬灭校正法：谱指数法,内标准法,SCR,ESCR,H,数法,准确可靠，操作麻烦,淬灭校正曲线可长期使用,需在样品中加入内标准源,不需在样品中加入内标准源,不适用于自动化操作,适用于自动化操作,计数率低时， 测量误差大,外标准道有 很大的计数率,适与其他校正方法的对照,闪烁液体积要求相等,闪烁液体积要求相等,闪烁液体积可不等，且适用于塑料闪烁杯,表示与左邻相同,第五节 契伦柯夫计数,(,Cerenkov Counting ),高能电子,通过,折射率较大,的,透明介质,时,若其,速度,大于光在该介质中的速度,在粒子经过之处,将沿,一定方向,发射出接近紫外波长范围的可见光。,契伦科夫辐射(,Cerenkov Radiation ),核素,透明液体,介质,=,cos,c, v,c,真空光速,介质折射率,v,带电 粒子速度,契伦柯夫计数用于测量,高能,射线,辐射体,折射率,n,介质光速,/,真空光速,空气,1.003,0.9970,高压空气,1.10,0.9091,水,1.33,0.7519,糖水,1.42,0.7042,有机玻璃,1.50,0.6667,CS,2,1.64,0.6098,铅玻璃,1.76,0.5682,电子能量（,Mev),电子速度,/,光速,10,2,0.10,0.05,0.50,0.70,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,10.0,20.0,50.0,0.1950,0.4127,0.5483,0.8629,0.9068,0.9411,0.9791,0.9893,0.9934,0.9957,0.9988,0.9997,0.9999,契伦科夫阈能:,产生契伦科夫射线所需要的最小带电粒子能量,契伦科夫辐射产生条件：,c,/,即带电 粒子速度大于介质中光速,影响契伦柯夫计数效率的因素:,一.,射线能量,一些核素在水中的切伦科夫计数效率：,核素,-,最大能量,(,Mev),及强度,(%),计数效率,(%),核数,-,最大能量,(,Mev),及强度,(%),计数效,率,(%),204,TL,0.77 (98),1.31.9,90,Sr,1.40 (100),22,189,W,0.43 (100),2.1,32,P,1.71 (100),2048,137,Cs,178,Au,0.,51 (92.0),1.17 (8),0.96 (99),2.1,5.11,128,I,2.12 (77),1.67 (15),1.13 (1.9,),4050,170,Tm,0.97 (77),5.6,90,Y,2.28 (97.7),50,201,Bi,1.16 (100),6.8,144,Ce,2.98 (100),5462,47,Ca,0.66 (83),1.97 (17),7.5,42,K,3.6 (80),2.0 (18),60,40,K,24,Na,1.32 (89),1.39 (100),14,18,106,Ru,3.6 (70),3.1 (12),2.4 (12),2.0 (3),6270,二.介质折射率,:,水,85%蔗糖,95%甘油,75%丙二醇,75%甘油,1.3,1.4,1.5,1.6,折射率,200,300,400,阈 能,KeV,1.559,可测量,14,C ( Emax = 0.156MeV ),溴化萘,=1.658,三 淬灭,2.契伦柯夫辐射有方向性,契伦柯夫计数效率较低的原因 (除了阈能因素外):,1.契伦柯夫辐射波长范围 250 350,nm,而光电倍增管响应在 350 430,nm,核素,核素,波长转移剂,常用波长转移剂:,萘酚, 1萘胺, 甲基伞形酮,Triton X 100,等。,一般浓度在 0.1 0.2,g / L,波长转移剂 2-萘胺-6.8-二磺酸对计数效率的影响：,核素,切伦科夫计,数效率,%,水溶性样品,加波长转移剂,204,Tl(0.77Mev),1.3,2.6,36,Cl,2.3,4.7,198,Au,5.4,10.6,47,Ca,7.5,14.8,40,K,14,31,24,Na,18,40,86,Rb,23,46,32,P,25,50,144,Ce,54,75,42,K,60,85,106,Ru(3.6Mev),62,85,100%,+,波长转移剂对低能,核素的计数效率增长尤其明显。,