第二章液体闪烁测量技术.doc

第三章 液体闪烁测量技术第一节 液体闪烁计数的原理一、液体闪烁测量的特点液体闪烁（液闪）测量（liquid scintillating counting）是借助闪烁液作为射线能量传递的媒介来进行的一种放射性测量技术。它的技术特点是将待测样品完全溶解或均匀分散在液态闪烁体之中,或悬浮于闪烁液内,或将样品吸附在固体支持物上并浸没于闪烁液中，与闪烁液密切接触；因此射线在样品中的自吸收很少，也不存在探测器壁、窗和空气的吸收等问题，几何条件接近4。所以，液闪测量对低能量、射程短的射线具有较高的探测效率，尤其是对样品中的3H和14C探测效率显著提高。目前商品供应的液体闪烁计数仪对3H的计数效率可达50%60%，对14C及其他能量较高的-射线可高达90%以上。由于-射线的电离密度大、在闪烁液中的射程短，绝大部分-粒子的能量在闪烁液中被吸收，又因为闪烁过程中产生的光子数与-射线的能量成正比，因而液体闪烁法也可用于-谱测定。液闪技术还可用于探测射线、+射线、低能射线，液闪仪也可用于契伦科夫（Cerenkov）辐射、生物发光和化学发光等方面的测量。液闪测量技术在示踪研究领域中，特别在医学生物学领域已成为最常用的技术之一。二、液体闪烁测量的原理 液闪测量是对分散在闪烁液中的放射性样品进行直接计数，样品所发射的-粒子的能量绝大部分先被溶剂吸收，引起溶剂分子电离和激发。大部分受激发分子（约90）不参与闪烁过程，以热能的形式失去能量；其中部分激发的溶剂分子处于高能态，当其迅速地退激时，便将能量传递给周围的闪烁剂分子第一闪烁剂 （primary scintillator），使之受激发。受激发的高能态闪烁剂分子退激复原时，能量发生转移，在瞬间发射出光子。当光子的光谱与液体闪烁计数器的光电倍增管阴极的响应光谱相匹配时，便通过光收集系统到达光电倍增管的阴极，转换成光电子，在光电倍增管内部电场作用下，形成次级电子，并被逐级倍增放大，阳极收集这些次级电子后，便产生脉冲。再利用放大器、脉冲幅度分析器和定标器组成的电子线路，得到脉冲幅度谱，即-能谱，最后被记录下来（见图3-1）。整个闪烁过程发生在闪烁杯内，是通过射线、溶剂与闪烁剂作用完成的。闪烁液中溶剂分子占99以上，闪烁剂分子的浓度一般在1以下。由于各种第一闪烁剂分子固有的发光光谱各不相同，为了与光电倍增管的光电阴极响应光谱相匹配，通常需加入第二闪烁剂（secondary scintillator），以达到光谱匹配的目的。图3-1液体闪烁过程的机制示意图（S*：激发的溶剂分子；F*：激发的闪烁剂分子；A： 外分子；B：光电子；Q：热能；hn:荧光分子； 能量转换）三、常用液体闪烁计数器的类型(一) 单管液体闪烁计数器 这类液体闪烁计数器是由单个光电倍增管构成的，是最早应用的一类液体闪烁计数器。由于光电倍增管的热噪声及样品受光照射后发出的磷光等因素影响，使得其本底计数增高（103以上）。热噪声信号的堆积幅度可与实际测量的信号幅度接近，这时需冷却以降低热噪声。所以，在应用时受到一定限制。（二）双管液体闪烁计数器现代液体闪烁计数器多为双管符合型的装置。探测系统中有两个光电倍增管，只有在符合电路分辨时间内，同时接收到的信号才能被记录下来，从而使本底计数率大大降低。因仪器增加了分析系统（放大器、分析器和定标器），可同时测量样品中两种或两种以上的放射性核素，或对样品进行淬灭校正。特别是微机引入之后，除保留原有的仪器功能外，还向多用途、多功能方向发展。第二节 闪烁液 闪烁液是产生闪烁过程的基础和能量转换的场所，是由一种或多种溶剂、闪烁剂和添加剂等成分组合而成的混合液体。一、溶 剂溶剂是溶解闪烁剂和样品的介质，也是初始能量的吸收剂和转化剂，它能接受辐射能，初始激发发生在其分子中，并能有效地将辐射能转移给闪烁剂。按照溶剂的相对数量，和在闪烁过程中所起的作用，常分为第一溶剂和第二溶剂。(一)第一溶剂 第一溶剂（primary solvent）是初始能量的吸收剂和转化剂。在电离辐射作用下，其分子被激发转变为初始激发分子，退激发时，将能量传递给第二溶剂或闪烁剂分子。常用的第一溶剂为烷基苯, 如甲苯、二甲苯、对二甲苯、异丙基二联苯和1，2，4-三甲苯。后三种溶剂的效率比前两种高，但由于价格昂贵，其应用不如前两种广泛。烷基苯类的最大缺点是不能与水互溶，对多数生物样品的溶解能力差，但仍是目前最常用的溶剂之一。 常用的另一类第一溶剂是脂肪族醚类溶剂，它对极性化合物溶解力低，能量传递效率不高。对于含水量较多的生物样品， 1，4-二氧六环是首选，它能容纳大量的水，本身又是很多极性化合物的良好溶剂。其缺点是：有时含有氧化物等杂质，化学发光严重。 腈类化合物中的苯腈传递能量效率相当高，其淬灭耐受性较好，是一性质较好的第一溶剂，但毒性大，价格高，不宜常规使用。因对不少金属盐有较强的溶解能力，可在特殊实验中选用。绝大多数极性溶剂（如乙醇、乙二醇、二甲醛等）的能量传递效率低，不能作为闪烁液的主要溶剂，但对不少极性化合物有较强的溶解能力，并能促进水与二甲苯等非极性溶剂互溶。因此这类溶剂常被用作助溶剂。(二) 第二溶剂（secondary solvent） 为提高探测效率，有时在第一溶剂中加入第二溶剂，它的作用是吸收第一溶剂的能量，并将能量有效地传递给闪烁剂。如在效率低的溶剂或淬灭严重的样品中加入适量的萘，能显著地提高探测效率。一般认为萘是能量的中间传递者，所以称为第二溶剂。萘的使用浓度为60150gL，浓度过高时加入水溶性样品后会析出萘结晶，影响实验的稳定性和探测效率。各类溶剂性能不同（表3-1），选择溶剂时主要依据能量传递效率，其次要考虑对样品的溶解能力、溶剂的冰点、纯度以及对荧光的透明度。一般来说，人们把甲苯和二甲苯作为脂溶性或固相样品的溶剂，二氧六环作为水溶性样品的溶剂。表3-l 闪烁液常用的溶剂性能比较溶剂14C相对计数率3H相对计数率冰点（0C）甲苯1.001.0095对二甲苯1.12+12二甲苯0.971.00201，2，4-三甲苯1.0061苯甲醚1.00371，4-二氧六环0.700.34+12乙本醇二甲醚0.600.0471苯腈0.980.7613（三）溶剂的纯度及配伍 溶剂的纯度通常是很重要的，纯度越高，计数率越高。当有少量的某种化合物存在于溶剂时，几乎能使溶液的闪烁率下降到零。溶剂纯化的目的是将能产生淬灭作用的杂质去除，以提高计数效率；同时可以去除其中的化学发光物质，以提高计数的准确率。通常溶剂要求达到AR级或最少CP级。 闪烁液配制时要注意配伍禁忌。为了提高测量效率，第一溶剂常与助溶剂萘配伍使用。若配伍不当便出现相反结果。如萘与TP合用时溶于二甲苯中，则不但不提高计数效率，反而使计数率显著下降。萘和TP合用于二氧六环中虽能提高效率，但远不如与PPO合用效果好。过氯酸加入到含POPOP或bis-MSB的闪烁液中，会出现黄色，效率明显降低。 二、闪 烁 剂 闪烁剂（scintillator）为闪烁液中的发光物质，是闪烁液的重要组成成分，也是光子的有效来源。所以，对闪烁剂的要求，主要是探测效率高，淬灭耐受性好，在溶剂中有一定的溶解度，化学性质稳定，发射光谱与光电倍增管的响应光谱相匹配。具备上述特点的闪烁剂可以单独使用。常用的闪烁剂是由苯基、萘基、恶唑、联二苯基、苯恶唑和l，3，4-恶二唑等基本结构与一些辅助基团组成的。（一）第一闪烁剂（primary scintillator）第一闪烁剂的作用是吸收退激溶剂分子发出的能量，使自身被激发，并在退激时发射出光子。对它的要求是发光效率高，淬灭耐受性好，发光衰减时间短，发射光谱要与光电倍增管的光谱相匹配。常用的第一闪烁剂的性能见表3-2。表3-2 常用第一闪烁剂性能比较名称(略写)发射光谱值（nm）甲苯中的溶解度(g/L, 20 C)甲苯中的最佳浓度(无淬灭)相对发光效率淬灭耐受性TP3508.67.31.30最差PPO376414481.00略优于TPPBD386218101.28最好b-PBD3801196121.23略低于PBDBBOT44658.870.71低于PPO 因为第一闪烁剂主要是从与其相接触的退激溶剂分子那里获得能量，它的浓度能影响探测效率，从图3-2可以看出，当其浓度增加到一定值时，计数率不会再增加，曲线变得平坦，此段浓度称为最佳浓度段。当浓度继续增加时，发生自淬灭而导致计数效率下降。不同的闪烁剂应该有其最佳使用浓度。大多数闪烁剂在最佳的浓度范围（710 gL）内，能量传递效率接近100。但是在使用时闪烁剂的浓度必须通过预实验具体选定，因为溶剂不同或有淬灭剂存在时，最佳浓度会发生变化。图3-2 探测效率与闪烁剂浓度的关系 在选择第一闪烁剂的浓度时应注意以下几点：（1）第一闪烁剂的溶解度；（2）闪烁剂分子间的相互作用；（3）闪烁剂的自吸收作用；（4）闪烁剂与淬灭物争夺能量的本领，或者各种闪烁剂对淬灭剂的耐受能力（如 PBDb-PBDPPOTP）。（二）第二闪烁剂 液体闪烁过程的最终阶段是改变所产生的光谱波长，使之与所用的光电倍增管的光阴极波长相匹配。当两者不相匹配时，就需要加入少量的第二闪烁剂。第二闪烁剂是与第一闪烁剂相类似的、能发射荧光的芳香族物质（表3-3）。通常的用量约为第一闪烁剂的110l50。通过非辐射性的能量转移接受第一闪烁剂的激发态的能量，使自身的电子受激发，随后发射出光子。其光谱取决于第二闪烁剂分子的性质。这种能量转移的效率通常是很高的，但发射的光子的能量分布却向低能带移动，即向长波方向移动。因加入第二闪烁剂之后，能引起波长分布移位，所以，第二闪烁剂又称为移波剂（wavelength shifter）。第二闪烁剂的第二个用处是在某些情况下可提高到达光电倍增管的光子数。 表3-3 一些常用第二闪烁剂的特性名称（略写）甲苯中溶解度(g/L)一般使用浓度(g/L)发射光谱峰值nm0C20CPOPOP1.52.20.10.6415DM-POPOP2.03.90.10.6430NPO501080.50.1400430PBBO4.20.5396Bis-MSB0.51.5416工作中使用第二闪烁剂，能增加闪烁液的透光度，减少对波长短的光子的吸收，并能提高闪烁液对化学淬灭的耐受性。但使用装备双碱型光电倍增管的现代液体闪烁计数器时，除TP外，一般用 PPO和 b-PBD时都不需要用第二闪烁剂。在某些情况下，如采用大体积闪烁液测量，或当某些溶剂或玻璃材料对第一闪烁剂发出的紫外线有明显的吸收作用，或者样品有严重的化学淬灭时，仍需要用第二闪烁剂。三、闪烁液的配方 根据需要，溶剂与闪烁剂可以多种方式组合成闪烁液（表3-4）。在实际工作中，多采用溶于甲苯或二甲苯内的PPO-POPOP或Bu-PBD系统。 它也是其他特殊闪烁液的基础配方。此外，二氧六环能与水混合，可作水溶性样品的溶剂，以代替甲苯或二甲苯。因在12以下发生凝结，不适于低温下测量。贮存时它能产生过氧化物，会造成强烈的淬灭。因此，应用时必须纯化，或加入0.001二乙基二硫代氨基酸钠，或丁基氢氧基甲苯（BHT），以防止过氧化物形成。加少量醇类能降低其凝结温度。现在，也有商品化的闪烁液供应，一般与仪器配套，计数效率较高，且无异味。 在比较不同的闪烁液体系的相对效率时，常用相对脉冲高度（relative pulse hight，RPH）表示。具体的测定方法是：闪烁液中的闪烁剂处于最佳浓度，溶剂、放射性核素、放射性活度和仪器条件完全相同，以既定的PPO闪烁液输出脉冲高度为标准，其他闪烁液与之相比，两者脉冲高度的比值即RPH。RPH受许多因素的影响，如溶剂、闪烁剂、测量系统等。表3-4 常用的几种闪烁液组成配方组 分应 用第一闪烁剂第二闪烁剂辅助试剂溶剂(至1 L)1PPO(5 g)或Bu-PBD(10 g)或BzOB(4 g)POPOP(0.2 g)或Bis-MSB(0.5 g)或DM-POPOP(1 g)甲苯或二甲苯所有脂溶性样品；片膜的固相测量法2PPO(8 g)或Bu-PBD(10 g)Bis-MSB(1 g)或DM-POPOP(1 g)乙醇或乙二醇、乙醚(300 mL)甲苯或二甲苯3%以下的含水样品3PPO(4 g)POPOP(0.2 g)甲醇(100 mL)乙二醇(20 mL)萘(60 g)二氧六环20%以上的含水样品(Brays法)4PPO(5 g)或Bu-PBD(10 g)Bis-MSB(0.5 g)或DM-POPOP(1 g)POPOP(0.2 g)Triton X-100(333 mL)甲苯或二甲苯10%左右的水样品，调整组分比，可用于20%40%水样品第三节 样品制备方法 理想的、正规的测量方式是将样品均匀地溶解于闪烁液中进行测量，可是医学生物学实验中，除脂类、固醇类或一些脂溶性药物易溶于烃类溶剂外，绝大部分样品必须预先处理再制备成为适合测量的样品。当然，在用3H和14C标记物作放射性示踪时，HPLC分离纯化也是常用的方法，尤其是研究药代动力学和毒代动力学时，常常将流动式液体闪烁放射性检测器与HPLC联机，方便准确。 选择样品制备方法时，主要考虑以3个因素：（l）样品的理化性质；（2）放射性核素的性质；（3）放射性活度的预计水平。对于一些不能直接溶于甲苯溶液的样品，有3种制备方法。一、化学提纯法生物大分子物质如蛋白质、氨基酸、核糖核酸的放射性测量，因它们难以溶解或有盐类、糖类物质相伴随，可将样品加在玻璃纤维膜上，用冷冻的5三氯醋酸或高氯酸洗涤，使蛋白质沉淀在膜上，脱色、干燥后将膜放入闪烁液中进行测量，或加入适量的氢氧化季铵将蛋白质沉淀溶解下来，以提高计数率。此外，对核酸类还可用相应的酶，将大分子降解为短链寡核苷酸和单核苷酸，然后用玻璃纤维膜进行分离；对核酸也可以用十六烷基三甲基铵盐进行选择性沉淀。沉淀物能溶于-甲氧基乙醇和甲醇中，用甲苯闪烁液测量。当前用薄层色谱分离方法、聚丙烯酰胺凝胶电泳技术分离蛋白质和核酸，尔后用固相法测量。二、消 化 法 此类方法常用于蛋白质、核酸、组织匀浆、血浆和尿等样品的制备。毛发、皮肤等组织，尤其是含挥发性的核素时，也常用消化方法进行组织处理和制备样品。（一）碱性消化法 常用的碱性消化剂有无机碱和季铵盐两种。（l）无机碱主要用NaOH或KOH的水溶液或甲醇溶液，使样品水解或溶解。方法是：100 mg新鲜组织加入2 molL1 NaOH水溶液1 mL，130下放置 0.53 h，直至组织完全溶解为止。如果样品量少（80 mg或是半提纯、易消化的蛋白质和核酸，用 0.20.25 molL1 NaOH水溶液进行消化即可。 （2）季铵盐 季铵是碱性物质，又是表面活化剂，如海胺X-10（Hyamine X-10）。具有相当强的消化能力。具体方法：400 mg湿组织加入l.5 molL1海胺甲醇溶液2 mL，5060保温l2 h组织可完全溶解。匀浆、血浆、尿和半提纯的核酸等样品易消化，不必加温，消化时间也可缩短。(二) 酸性消化法 用酸性消化液将生物标本制备成测量样品的方法称为酸性消化法。 医学中常用的试剂有甲酸和过氯酸。过氯酸应用范围广，其中HClO4-H2O2酸性消化法操作简便、效果稳定，被称为湿性氧化法（wet oxidation）。方法：向100 mg欲消化的湿组织或0.2 mL血浆中加入 60 HC1O4 0.2 mL和H2O2 0.4 mL，75（7080）水浴中放置 45 min，完全消化溶解为无色液体，冷却后加到含乙二醇、乙醚的二甲苯-PPO闪烁液体中，可进行均相测量。此方法常用于啮齿类小动物体内的放射性分析。碱性消化法容纳组织量大，探测效率比酸性消化法高，但化学发光严重。加23滴15抗坏血酸或HCl可以校正。有些14C标记样品氧化时形成14CO2，不宜用湿性氧化法。无论是碱性消化法还是酸性消化法都只能使样品水解，而不能彻底氧化。三、燃 烧 法燃烧法（combustion）又称干性氧化法（dry oxidation）, 该方法能把生物组织或有机物尽量地转化为CO2和H2O，并可使样品中发生淬灭的物质降解。所以，燃烧法可能是分析组织内总放射性的最好方法，特别适用于放射性高的样品测量。对于含不挥发性核素（45Ca，89Sr，90Sr，32P）的实验动物体内的放射性分析，硬组织骨和牙齿的放射性样品制备，可采用燃烧方法。马福炉将动物尸体或组织灰化后，再用HCl制备样品。不同的组织, 灰化的温度也不同。排泄物亦可用灰化方法制备样品。对于含挥发性核素的组织的处理，应用较多的燃烧方法有：烧杯内燃烧法和塑料袋内燃烧法。先将干燥的样品放入耐高温的燃烧网中，密封通氧，通电加热引燃。待燃烧完毕，燃烧杯冷却后加入吸收剂。14CO2和35SO2用强碱或季铵吸收，l mol L-1的海胺10-X甲醇液为常用的吸收剂。但目前仍有人认为KOH是较优秀的吸收剂。氨水可用乙醇或二氧基乙醇或乙醇胺吸收。有人曾推荐用含苯乙胺或二氧基乙醇的甲苯-PPO闪烁液分别吸收14CO2和3H2O, 吸收率均为97。此类方法尚存在着一定问题，其一是溶解氧的存在；其二是燃烧器皿易爆炸或破裂。现在多采用塑料袋作燃烧容器，初步克服了上述缺点，同时塑料袋不需要回收再用，省去燃烧后的去污处理。第四节 样品的测量方法 液体闪烁测量，可根据样品在闪烁液中存在的形式，分为均相测量与非均相测量两种。一、均 相 测 量 均相测量（homogeneous counting）即全部测量体系只包含一个相，是测量- 辐射体的理想体系。测量结果稳定、重复性较好，不发生自吸收和局部支持物的吸收，能用各种淬灭校正方法进行校正，校正结果可靠。 最简单的均相测量体系是PPO的甲苯溶液，并可根据样品的溶解度改变其组成。这种配方适用于纯的甾类、酯类、醚类、脂类和某些气体（特别是某些惰性气体）的测量。此外，该体系最大用途是用于蛋白质溶液的测量（蛋白质在季铵盐助溶剂中形成氨基甲酯，能与闪烁液完全互溶）。 为了能和水溶性样品混合成均相溶液，则需加入甲醇或乙醇（或2-乙苯基乙醇）或乙二醇乙醚。大容量水溶液用二氧六环作溶剂。均相测量的注意事项：样品脱色时最好用H2O2或过氧化苯甲醚等氧化剂，但有时可引起严重的化学发光，所以应用时需特别注意。为避免样品易被闪烁杯壁吸收，在测量前要对闪烁杯进行处理，或加入非放射性载体，或改用塑料杯。测量前还应检查测量体系是否有分相现象出现。二、非均相测量 非均相测量（heterogeneous counting）是一个两相测量体系。绝大部分闪烁剂溶解在一相中，而含- 粒子的样品几乎全部分散在另一相中。依据样品在闪烁液中存在的形式，非均相测量又分为固相测量、悬浮测量和乳状液测量。(一) 固相测量（solid phase counting） 主要用于测量不溶于闪烁液的样品。样品分散吸收在某种支持物上，干燥后直接放入闪烁液中进行测量。此方法的优点是：制样简单，常常与样品的分离纯化结合起来, 样品便于保存和重复使用。但由于局部支持物的吸收和样品的自吸收作用，难以作淬灭校正。根据使用支持物的不同固相测量分为： 1滤纸片法 以滤纸片（filter disc）法为例，介绍固相测量方法。将样品溶液均匀地滴在滤纸片上，抽滤后使之吸附在滤纸片表面，经洗涤、干燥后，把滤纸膜片浸入闪烁液中进行测量。与均相测量相比，滤纸膜片对其表面上的14C放射性吸收在2530左右，对3H的吸收更严重。此法的主要特点是：可在一个闪烁杯内同时放两张圆片，不会因互相吸收造成计数率的明显下降。此外，尚可把滤纸片在闪烁液中匀浆化，或把待测物用甲醇溶解下来进行测量，也能得到满意的结果。纸片法还可作双标记放射性核素测量，也曾用于酶动力学研究。 使用固相测量法应注意：制样后纸片应彻底干燥，烘干时应避免纸片与放置物表面接触；编号时不可用铅笔，石墨易被洗脱，可采用打孔方法；应当设法脱色，减少淬灭；在闪烁杯中纸片应浸没在闪烁液中；尽量避免反复使用闪烁液。 2玻璃纤维片法 玻璃纤维片在生物化学研究中用途很广，它的优点是：不会将物质吸收到纤维内部，并能用强酸处理。圆片能用乙醇、乙醚或丙酮快速干燥。根据干燥时间长短和含水量，可选用二氧六环闪烁液或甲苯闪烁液或甲苯与Triton X-100(2:1)闪烁液测量。有时为了满足统计学上有足够的计数的要求，在闪烁杯内可叠加圆片，多达25片也不会影响计数效率。在某些情况下将荷有沉淀物的玻璃纤维圆片制成匀浆，也可提高计数效率。 3离子交换纸片（DEAE-纤维素）法 在酶分析中它是一种特别有用的固相测量法。在这种酶分析体系中包含不带电荷的底物和已转化成带电荷的产物，后者能与圆片的离子相结合，未被转化的底物则被洗脱。测量洗涤前后圆片上的放射性，就能了解物质的转化程度。如该方法曾用于胸腺嘧啶核苷激酶体系的产物测定。但此法易出现假象，测量也易受盐的干扰。 4纤维素酯膜（微孔滤膜，cellulose ester membrane, Millipore） 硝酸纤维素圆片应用广泛，具有弱离子交换活性，特别适用于核酸杂交实验。由于样品不同程度地进入纤维内部，能引起相应程度的淬灭。此外，将圆片与浓的氢氧化铵共同温育，沉淀物被溶解下来，对于3H或其他核素的均相测量是特别有用。（二）悬浮测量 此法是1965年由Hayes提出，现今还有人采用悬浮测量法，并作了不少改进。如对样品进行超声波处理，利用触变剂Thixcin等。目前效果最好的悬浮液测量体系是58甲基丙烯酸甲酯-联三苯-POPOP闪烁液，对40K、90Sr、137Cs的测量效率几乎100。用所谓的Poly-Gel-B的甲苯或二甲苯闪烁液，测量干燥的大鼠肝粉中的14C效率为44。从上述事实可以看出悬浮测量具有一定的实用价值。（三）乳状液测量 乳状液测量（emulsion counting）是针对水溶性样品的均相测量而设计的。乳状液测量方法借助于乳化剂的作用，使样品的水溶液分散成细小的液滴，稳定而均匀地悬浮在闪烁液中，并达到接近于4的测量条件。这种测量系统在生物化学研究中很受重视。 常用非离子去垢剂Triton X-100作为乳化剂，其结构中苯环一侧的烷基为疏水基团，另一侧聚乙醇为亲水基团，所以具有乳化作用。能以任何比例单独与水或烷基苯混合。混合物的物理性状随三者的比例而变化，外观可为透明清亮液、半透明乳状液和白色乳状液。如果三者的比例不合适，在短时间内表现出分层现象。乳状液对温度变化相当敏感，室温变化常能引起由一种状态转变为另一种状态。除此之外，尚具有下列特点： （1）乳状液外观不同，测量效率不同。 （2）化学淬灭程度比均相测量时轻。 （3）乳状液测量法的主要优点是容纳的样品量大。甚至含水量达3040时，探测效率仍不降低。即使其中含有相当量的盐、酸、碱等物质也不会发生分相或沉淀。 由于该方法具有上述特点，特别适用于放射性比活度较低的水溶性生物医学样品的测量。可将血浆和尿等体液样品，直接加入甲苯-Triton X-100中测量。当甲苯与Triton X-100的比例为11时，10 mL闪烁液能容纳l mL血浆或尿液。 实际工作中，不同的样品应采用不同的配方（表3-5），才能获得最佳测量效果。表3-5 不同样品采用的乳状液测量体系配方样品Triton-X-100甲苯（VV）PPO含量（g/L）闪烁液样品（VV）水118642mol Nacl738735%TCA137108.51.50.1mol甲酸61108.51.51 mol HCL258733 mol HCL511582Eagle 液113.582人尿114.564人血浆27691乳化后闪烁液的探测效率除受其物理状态影响，还与加入样品的百分比有关。所以待测样品的浓度和闪烁液的最佳浓度应通过实验选择。第五节 液体闪烁测量的本底来源一、测量本底液闪测量记录到的脉冲信号中，包括样品净计数和本底计数，若样品计数比本底计数高得多时，本底计数可忽略不计。但测量低活度的放射性样品时，测量的灵敏度就受到本底计数的影响。因此，了解液闪测量的本底来源，对建立低本底测量是必要的。二、本底来源测量过程中的本底主要来源归纳为：（1）宙射线和周边的源。高能宇宙射线与闪烁剂、光电倍增管附近的物质相互作用，能产生契伦科夫辐射、次级电子、低能射线和X射线。它们作用于闪烁液，形成幅度较大的本底脉冲，可以靠铅屏蔽降低本底计数。（2）仪器本身、探测元件。应用符合线路后，光电倍增管热噪声所致本底计数几乎完全消除。而串光则是双管符合型液问计数器特有的一种本底。它是一个光电倍增管产生的光子，部分地进入另一个光电倍增管后产生的符合脉冲。串光引起的本底约占总本底计数的 13以上。根据脉冲幅度分析，串光引起的脉冲与14C的脉冲相似。用黑体将两个光电倍增管分开，这部分脉冲便可消失。（3）闪烁杯。玻璃杯材料中含有40K，可改用低钾玻璃杯、石英杯或塑料杯。（4）静电感应。塑料杯在干燥环境中与其它物品或乳胶手套摩擦使杯壁产生静电，在进入测量室时静电放电会使计数率在几分钟内升高，实验时应当注意。（5）化学发光。是闪烁液中发生的化学反应引起的光子发射。引起化学发光的原因有： 试剂或样品中的杂质引起的或催化的化学反应； 脱色剂过氧化物引起化学反应； 闪烁液或溶液经常暴露在空气中，有溶解氧存在也是引起化学发光的原因。化学发光不但受温度的影响，碱性环境利于化学发光反应。探测化学发光是否存在，常用的方法是在几分钟、几小时或几天后对样品重复计数。若有化学发光存在，计数率随时间变化而降低。所以重复计数是探测化学发光的灵敏方法。（6）磷光。主要由于闪烁杯及其内容物在测量前受日光灯或紫外线照射而激发，退激发时发射的光子就是磷光（phosphorescence），又称为光致光（photoluminescence）。磷光持续时间由10 ms到数天。根据其衰减方式可分为快成分和慢成分。空测量杯，也有磷光现象。有溶剂和乳化剂存在时常更明显。溶剂中含闪烁剂时磷光现象进一步加重，这可能是由于闪烁剂吸收磷光后，再发射的闪烁光，与光电倍增管更为匹配。为了消除磷光现象，加样品应在暗室内操作，并放置一段时间。使用二氧六环闪烁液检查血清时更应如此。为避免磷光干扰，还可采用小体积玻璃闪烁杯或塑料闪烁杯。第六节 淬灭校正一、淬灭产生的原因 液体闪烁过程中能量转换的任何一步，其效率都不是100的。处于激发态的溶剂分子（S*）或其二聚体（SS*）、闪烁剂分子（F*）或其二聚体（FF*），恢复到基态时，总有一部分能量以非光子形式（以热为主）损失掉，已经形成的光子也可被闪烁液内某些成分吸收，不能达到光电倍增管。上述各种方式的能量损失，统称为淬灭（quenching）。简言之，液体闪烁计数时由于样品杯中放射性能量传递的损失，导致样品计数效率下降的过程称为淬灭。可见，淬灭是一个概括性的名词。具体地说淬灭有以下几种类型：（一）S*（F*）S（F）十Q该型发生在分子内部，叫分子内淬灭。（二）2（S*）+（2F*）2S，（2F）Q该型主要是由于溶剂分子、闪烁剂分子浓度高时易形成二聚体，称浓度淬灭。 （三）-十AA*AQA为杂质。该型称为化学淬灭或外分子淬灭。（四）S*F*，（2S*）；（2F*）ASF，（2S），（2F）AQ该型亦称外分子淬灭或化学淬灭。（五）hACAC*ACQh为光子，AC为能吸收光子的物质。该型称光淬灭。 由上可见，从溶剂分子激发到光子产生这段时间内产生的淬灭（包括分子内淬灭、浓度淬灭、杂质淬灭）应称为化学淬灭或杂质淬灭。光子形成之后产生的淬灭是由生色基团引起的，则称为颜色淬灭。 化学淬灭作用与淬灭物的化学结构有关。如醇类，直链越长淬灭越严重；对卤代烷来说，卤素原子越多，淬灭愈严重。在一定范围内，淬灭程度与淬灭物的浓度呈指数关系为其另一特点。 颜色淬灭多见于生物样品测定中，是由溶液中的生色杂质、血红蛋白和其他卟啉环等引起的。颜色淬灭以红色最明显，蓝色淬灭最小。综上所述， 射线从源发射出到闪烁体系处于激发态期间，干扰其能量传递的机制归纳为化学淬灭（或杂质淬灭）和颜色淬灭。一般在生物医学应用中，由于含 辐射体的物质量很少，其本身不会构成严重的淬灭。比较严重的淬灭作用来自与样品同时加入的溶质和溶剂对溶剂-溶剂能量传递过程的干扰。如水相在闪烁液中不能溶解，需加入掺合剂，这些物质会引起明显的淬灭。溶质本身浓度太高会引起自吸收，研究效率-溶质浓度曲线时很容易看出这种现象。颜色淬灭是由于溶液中生色基团的吸收而减少光子的传递。不论哪种淬灭，其结果都使到达光电倍增管光阴极的光子减少，致使输出脉冲幅度降低，脉冲谱左移，计数率下降。 射线能量较高的核素（如 14C）以谱左移为主，严重淬灭时计数率也下降。 射线能量很低的核素（如3H），计数率下降和谱的左移都非常明显。除此之外，颜色淬灭能使脉冲幅度谱线展宽，超过与之相当的杂质淬灭所得到的脉冲谱的宽度（其确切的理由尚在探讨中）。 在生物医学实验中，绝大多数的放射性测量都属于相对测量，当测量条件、样品所含核素相同、探测效率相等时，可直接进行各样品计数间的比较，然而，由于各样品所含的淬灭物的质和量的不同，便导致探测效率不一致。此时样品计数的差异就不能正确反映出样品的放射性活度的差异，所以，必须进行淬灭校正。二、淬灭校正方法 淬灭校正（quench correction）就是先用各种方法求出各种样品的探测效率E，然后将各样品的cpm换算出衰变率（公式2-l），消除各样品间淬灭程度的差异，以保障各样品间的可比性。淬灭校正方法很多，现介绍几种常用方法的原理及特点。(一) 内标准源法 原理：先测定本底计数Xb和样品计数率X1，再向样品中加入一定量的已知放射性活度D的标准品。测总计数率为X2。若两次的探测效率相同，放射性样品的活度D1则为（31）（32） 内标准源法是应用最早的方法之一，也是确定样品中- 淬灭程度的最直接方法。测量过程中不会产生隐蔽错误。但必须记住，只有与样品中- 辐射体相同的辐射体标准源才是有效的内标准源。大多数情况下，特别是均相体系选用3H和14C标记的正十六烷或甲苯作为脂溶性样品的内标准源，3H2O可为作水溶性3H样品的内标准源，14C水溶性样品尚缺乏理想的内标准源。虽然，该方法应用范围广，但仍有不足之处，主要是不能自动化，样品不能重复测量。为使内标准源校正法达到应有的精确度，应注意下列几点：（l）加入内标准源前，应检查样品计数的可靠性；（2）应根据不同的制样方法选择不同的内标准源，原则上均相测量应用脂溶性内标准源，乳状液测量采用水溶性内标准源；（3）内标准源加样应准确、体积小。对3H来说， 25CimL便可满足测量要求。（二）样品道比法 该方法是依据淬灭使探测效率降低，脉冲谱左移，两者且呈正相关的原理而设计的。若用两个单道脉冲高度分析器同时测量一个样品，能将分谱分为两部分，其中高能道（B道）测量大脉冲；低能道（A道）测量小脉冲。两道计数率之比称为样品的道比。淬灭严重，使B谱左移，A道计数增加而B道计数减少。结果两道计数率之比值发生变化 （图3-3）。 样品道比比值的变化与淬灭程度有关，探测效率又与淬灭程度相关。根据上述变化可绘制效率-道比相关曲线。只要样品以相同的条件测出道比值和总cpm，便可从相关曲线上查出探测效率（图3-4）。 图3-3 道比法示意图 图3-4 淬灭校正曲线样品道比法标准曲线绘制需要一组碎灭物含量递增的标准源。标准曲线是以道比值为横坐标，探测效率为纵坐标绘制而成的。实际上，制作样品道比淬灭校正曲线时，关键在于道的选择，道比值可取 AB，A（AB），（AB）A，BA，B（AB）和（AB）B 6种形式。以第2种应用普遍，因为A道计数随淬灭程度增大而增大，测量误差小，道比校正曲线易成直线。 本方法适用于均相测量和乳状测量的淬灭校正，但严重的颜色淬灭不适合用该方法校正。由于医学生物学样品放射性活度低，该方法的应用在一定程度上受到限制。（三）外标准源淬灭校正法 闪烁液受源照射后主要能产生康普顿（Compton）效应。当射线能量低时，可因闪烁液体积小、密度低，康普顿散射过程产生一个类似于- 谱的连续电子谱，并随淬灭程度的变化而变化，变化方式也同于- -谱。因此，可借助外部源计数率的变化来反映样品的淬灭程度，并对样品进行淬灭校正。所以该方法又称为外标准源计数法（external standard counting）。采用此法，能避免内标准源污染样品，测量可自动化。 方法：先用一个单道分析器测量样品的计数率，然后将源从铅室中引到样品附近适当的位置，再用专门的分析道进行计数。制作标准曲线需要一套密封的- 标准源。 由于本方法使用的外标准源的位置常发生变化，计数误差变化大; 源的计数率又受闪烁液的体积和闪烁杯的材料影响; 加上淬灭校正曲线使用范围窄，基本上被外标准道比法取代。(四) 外标准道比法 外标准道比法（ external standard channels ratio，ESCR）是用两个单道脉冲甄别器分析测量Compton谱低能量部分（A道）和高能量部分（B道），计算道比值，即外标准道比（或外道比）。该比值随淬灭程度加重而变化。以系列标准淬灭品的道比值为横坐标，探测效率为纵坐标，制作外道比-效率相关曲线。以同样条件测得未知样品的外道比值，便能在淬灭校正曲线查出其探测效率。 该方法的优点是，当源的位置、活度及闪烁液的体积发生变化时，道比值几乎不变。颜色淬灭不严重时，可与化学淬灭共用一条淬灭校正曲线，不同的溶剂和闪烁液的影响甚微。可见，外标准道比法兼有样品道比法和外标准源计数校正法的优点。尤其目前采用微机处理数据，使之应用比较广泛。此外，外标准道比值的大小取决于闪烁液中淬灭物质，与样品的放射性无关。因此，它特别适用于医学生物学样品的淬灭校正。但不足之处是不能反映出非均相样品的局部吸收。另外，外标准道比法校正的动态范围不宽，淬灭严重时误差大。再者，塑料闪烁杯的壁由于闪烁液的浸入能形成塑料闪烁体，使低能道计数增加，并随测量时间延长而出现漂移，致使淬灭校正参数不准确。（五）H数法 H数法（H technique）与外道比法的原理相同，区别仅在于用多道脉冲分析器监测整个Compton谱，以分析外标准源射线形成的Compton谱边缘拐点左移的情况。在很宽范围内，该拐点的位置与淬灭程度相关。因此，可用拐点向左移动的道数（H数）表示左移的程度。在实际数据运算中，主要是要确定相当于Compton谱边缘中点的位置。以标准淬灭源的探测效率E为纵坐标，相应的H数为横坐标，绘制出H数淬灭校正曲线。实际工作中H数校正法是由微机完成的。 本法的优点是：有效动态范围很宽；闪烁液和样品体积对Compton 谱边缘位置影响很小；不同的样品可共用一条淬灭校正曲线；塑料闪烁杯对 Compton谱边缘的位置影响也较小。但Compton谱边缘定位的精确度却会影响该法的使用。上述方法除内标准源法，其他淬灭校正都是以与谱相关的某一参数为理论依据的。三、淬灭校正方法的选择上述淬灭校正方法各有优缺点，应用时需根据不同的样品进行选择。均相样品原则上上述各种淬灭校正方法都可使用。样品数量少，dpm精确度要求高时，宜用内标准源法；若目的在于比较各样品的dpm，可用自动化的样品道比法或外标准源计数法；放射性活度高的样品，用样品道比法进行淬灭校正；放射性活度低的样品，应选用外标准道比法。乳状液样品的淬灭校正需特别注意，一般用内标准源法或样品道比法，前者使用时应注意保持两次测量条件的一致, 后者则用于放射性活度高的样品的淬灭校正。对固体支持物上的样品，迄今为止仅作相对性测量。对轻度的颜色淬灭，上述淬灭校正法都可应用，并可与化学淬灭校正共用一条曲线。严重的颜色淬灭，一般主张不宜直接进行淬灭校正，应先进行脱色处理，或用燃烧法制样。第七节 双标记和特殊样品的测量一、双标记和特殊样品的测量(一) 双标记 液闪测量技术是双标记测量中常用的手段。现以3H和14C为例阐明双标记样品使用液闪测量的原理。双标记样品液闪测量，首先要求两种核素的 射线能量差别明显（3H的 粒子的Emax为0.0186 MeV，14C的 粒子的 Emax为 0.155MeV），测量仪器应有两个样品的测量道及某种用外标准源可作淬灭校正的设施。 在某些实验中，可以通过严格控制样品中标记物的质与量，使探测效率保持一致。而实际工作中，不少样品是有淬灭的，而且探测效率也参差不齐，必须进行淬灭校正，分别求出双标记核素3H和14C的dpm。所以，在测定样品的同时，须平行测定单标记标准样品，以便确定3H和14C分别在和道中的探测效率：n、n、m、m。设样品中3H的dpm为DH，14C的dpm为Dc。那么，在I道中3H的cpm数为DHn，14C的cpm数为Dcm。在道中3H的cpm数为DHm，14C的cpm数为Dcn。若道中实测cpm数为C；道中实测cpm为C，可得联立方程式 (3.3)利用上式可求出DH和Dc。该方程式对有淬灭的样品均适用。现代液体闪烁计数器的能量分辨率较高，无淬灭样品14C谱在3H道中的交叉覆盖少于14C总计数的20，这便使得测量条件的选择大大简化。一般将道选为包括9999.5的3H脉冲，道的下甄别阈调在3H谱的9999.5以上。对有淬灭的双标记样品测量，道中基本上无3H脉冲，所以，3H在道中的淬灭校正曲线可不必制作。 淬灭的主要影响是：当淬灭增加时两种核素的脉冲谱重叠的程度更大，就给有效地分析每一种脉冲谱增加了困难。因此，正确地选择甄别器的位置就显得更重要了。目前应用最多的淬灭校正方法是外标准源法（包括外道比法，Compton谱边缘法）。双标记样品的淬灭校正与单标记样品淬灭校正不同，在工作中还须考虑所用3H和14C两核素的活度比。一般来说，高能核素14C的活度不需要很高，能满足道测量要求即可