第四节液体闪烁测量技术课件

1、2019/12/30 第四节第四节 液体闪烁测量技术液体闪烁测量技术 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 管 3 H、14C 样品 NaI （Tl） 固体闪烁计数器 2019/12/30 出 气 进 气 4 连续气流式计数器 是否可以使射线是否可以使射线 与闪烁体直接接与闪烁体直接接 触？触？ 2019/12/30 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

2、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 2019/12/30 2019/12/30 影响液闪测量的主影响液闪测量的主 要问题是什么？要问题是什么？ 淬灭淬灭 （Quenching） 2019/12/30 广义淬灭：广义淬灭： h 溶剂分子放射性核素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） 化学淬灭：（杂质淬灭、浓度淬灭、分子内淬灭） Impurity 热能热能 淬灭杂质：淬灭杂质：RSH, R NO 2 ,

3、R CO R, R CHO, R X(Cl,Br,I ) CCl4CHCl3CH2Cl2 发生在产生光子之前 2019/12/30 3 H 能量(keV) 18.6keV Cpm 淬灭对计数率及? 谱的影响 2019/12/30 Cpm 156keV 14 C 能量(keV) 2019/12/30 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

4、 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 2019/12/30 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 2019/12/30 第二节 闪 烁 液 闪烁液组成：溶剂（99%）和闪烁剂（1%） 部分添加剂 一. 溶剂 二.要求: 把激发能传递给闪烁剂的能量转换效率要高。 三.对闪烁剂和其他成分的溶解度要高 四.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

5、的15 50% 低效溶剂： 醇类 ，酯类，酮类， 2019/12/30 溶溶 剂剂 3 3 H H相对效率相对效率 沸点 相对价格 甲甲 苯苯 1.00 111 1 苯苯 0.85 80 0.8 对对 - -二甲苯二甲苯 1.06 138 8 1,2,4- 三甲苯三甲苯 1.12 170 33 异丙基二联苯异丙基二联苯 1.14 180 40 二氧六环 0.34 101 15 环己烷 0.20 81 7 2019/12/30 二二. 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 2019/12/30 名称名称荧光峰值荧光峰值 （nmnm） 甲苯中最甲苯中最 佳浓度佳浓度 发光

6、效率 淬淬 灭灭 耐受性 相对价格相对价格 TPTP3423425 g/L5 g/L 0.90 最最 差差 1 PPOPPO3753753 37 7 1.00 略优于略优于 TP4 PBDPBD3753758 81010 1.28 最最 好好 12 b-PBDb-PBD3853851212 1.23 略低于略低于 PBD4 BBOTBBOT4464467 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 2019/12/30 三三. .第二闪烁剂：第二闪烁剂： 用量为第一闪烁剂的用量为第一闪烁剂的1/10 1/50 N OO N O NN O

7、 Me Me CH CHCH CH MeMe O N 第二闪烁剂 使用浓度 g /L 平均波长 nm 化 学 结 构 POPOP M2 2-POPOP bis-MSB -NPO 0.05 0.2 0.05 0.2 0.10.5 1.5 415 400 425 427 第二闪烁剂的作用: 波长转移 抗淬灭 2019/12/30 二氧六环PPOPOPOP萘萘含水样品 溶溶剂剂 第一闪烁剂第二闪烁剂 添加物样品类型 二氧六环PBDPOPOP萘萘含水样品 对二甲苯bu-PBDPOPOP乙醇乙醇含水样品 甲甲 苯苯bu-PBDPOPOP乙二醇甲醚 萘萘 含少量水 样品 甲甲 苯苯TPPOPOP脂溶样品

8、甲甲 苯苯PBDPOPOP萘萘脂溶样品 甲甲 苯苯PPOPOPOP萘萘脂溶样品 2019/12/30 萘的作用：提高探测效率和抗淬灭萘的作用：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%萘甲苯+10%萘 PPO PBDTP 34% 10% 2019/12/30 无毒闪烁液：Triton X100作为溶剂， CHCHCHCHCHCCOOO H 2322333 ()( 2 （乙二醇聚氧乙烯异辛基酚醚）（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。 2.3H测量效率为

9、17 %, 14 C测量效率70 % 2019/12/30 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 2019/12/30 消化法消化法: 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 O24.0ml 2019/12/30 2. 碱消化: N

10、aOH, KOH, 海胺。 1.5M 海胺 2ml 湿组织 450mg 60 3hr 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 HC HCH 817 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。 2019/12/30 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 二.非均相测量: 测量样品放

11、在非均相体系，如固液或不混溶 三.的液液相中的任一相进行测量。 2019/12/30 2. 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 3. 溶剂中组成。放射性样品在水相，闪烁剂在有机相。 4. 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 840ml PPO 8 g TritonX 100 330ml 二甲苯 670ml TritonX 100 m2n+1 2 () 2O H OOCH CHC 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。 2019/12/30 三. 燃烧技术:

12、 将样品彻底氧化。放射性核素转化成 四. 14 CO2，3H2O，35SO 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 2019/12/30 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 = = 2019/12/30 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

13、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 2019/12/30 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（测量效率（E）= 2019/12/30 一.内标准法：(Internal standard method) 二.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 E1= N 1 n 1 d 5. 测量效率(E)计算: E1 E2

14、 E3 EX D1D2D3 D X 4. 测标准+未知样品计数 (Cpm) E1 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 2019/12/30 特点特点: 1.如加样误差小, 测量结果准确可靠。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3H-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 2019/12/30 二二. .样品道比法样品道比法: (Sample Channel Ratio

15、 Method,SCR ) 三三. .淬灭不仅使计数效率降低， 而且使谱左移，淬灭 越严越严 四四. .重，左移也越甚 C道 道 A道 道 B道 道 粒子能量 计计 数数 率率 道比值 A、B、C分别代表A、B、C道的计数率 C A or B A R= 2019/12/30 A/B A/C B/C 或B/A 测 量 效 率 (E) 20 40 60 0.20.40.6 0.8 道比值(R) 2019/12/30 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 226Ra 原理：射线产生

16、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。 2019/12/30 计 数 率 C道 3H 14 C 能量(MeV) 28 Mg Compton 能谱 137 Cs A道B道 0.66MeV0.47MeV 2019/12/30 标准品测量杯标准品测量杯: 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CCl410 l 20 l 30 l 100 l 7.测Conpton A 道计数(Cpm) A 1 A2 A3 A 10

17、8.测Conpton B 道计数(Cpm) B 1 B2 B3 B10 4.测C 道计数(Cpm) C 1 C2 C3 C10 9.计算道比值(R) R 1 R2 R3 R10 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。 E1= C1 d 5.测量效率(E)计算: E1 E2 E3 E10 2019/12/30 10. 绘制淬灭校正曲线 20 40 60 测 量 效 率 (E) 0.20.40.60.8 道比值(R = B/A) 14 C 3 H E = a 3 R3+ a 2 R2+ a 1 R + a 0 2019/12/30 11. 测量未知样品C道(Cpm)

18、 C 1 C2 C3 CX 12. 计算未知样品道比值(R) R 1 R2 R3 RX 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。 A1 A2 A 3 AX B1 B2 B3 BX E1 E2 E3 EX 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) H1= C1n b E1 H1 H1 H1 H1 2019/12/30 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Com

19、pton能谱 计 数 率 781 无淬灭剂曲线 2019/12/30 标准品测量杯标准品测量杯: 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CCl410 l 20 l 30 l 100 l 7.测Compton 能谱H数 H1 H2 H3 H10 4.测C 道计数(Cpm) C 1 C2 C3 C10 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。 E1= C1 d 5.测量效率(E)计算: E1 E2 E3 E10 2019/12/3

20、0 测 量 效 率 (E) 20 40 60 50100150 200 H数 8. 淬灭校正曲线 2019/12/30 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 15ml 10ml 7ml 5ml 计 数 率 外标准源Compton能谱 2019/12/30 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 20

21、19/12/30 2019/12/30 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 2019/12/30 辐射体折射率 n 介质光速/真空光速 空气 1.0030.9970 高压空气 1.100.9091 水 1.330.7519 糖水 1.420.7042 有机玻璃 1.

22、500.6667 CS21.640.6098 铅玻璃 1.760.5682 2019/12/30 2019/12/30 ? ? ? ? ? ? ?= ? 1) 1 1 (511. 0 2/ 1 2 ? E 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 2019/12/30 影响契伦柯夫计数效率的因素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 TL0.77 (98)1.31.9 90 Sr1.40 (100)22 189 W0.43 (100)2.1 32 P1.71 (100)2048 137 Cs 178 Au 0.51 (92.0) 1.17 (8) 0.96 (99) 2.1 5.11 128 I2.12 (77) 1.67 (15) 1.13 (1.9) 4050 170 Tm 0.97 (77)5.6 9