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液体闪烁计数系统

发布时间:2020-09-16 14:05 作者:6UP

  液体闪烁计数系统_高等教育_教育专区。对液体闪烁计数仪的工作原理进行介绍

  液体闪烁计数系统 1. 液体闪烁计数的原理 2. 闪烁液 3. 液闪制样技术 4. 液闪测量中的实际问题 5. 仪器操作 液体闪烁计数原理 液体闪烁计数系统(Beckman LS6500) 为什么要将粒子能量 转换为光能?又为什 么要在溶液里面? 液体闪烁计数原理 闪烁液产生光子的过程是,从放射源发出的射线能 量,首先被溶剂分子吸收,使溶剂分子激发。这种激发 能量在溶剂内传播时,随即传递给溶质(闪烁体),引 起闪烁体分子的激发,当闪烁体分子回到基态时就发射 出光子,产生的光子数与射线能量成正比。该光子透过 透明的闪烁液及样品的瓶壁,被光电倍增管的光阴极接 收,继而产生光电子并通过光电倍增管的倍增极放大, 然后被阳极接收形成电脉冲,完成了放射能→光能→电 能的转换。 闪烁激发过程 闪烁体 溶剂分子 光电倍增管 液闪测量中为什么 常常使用两个光电 倍增管? 1.闪烁瓶(瓶内♂为试样放射性核素;o为溶剂分子;⊕为闪烁体) 2.荧光光子 3.光电子 4.光电倍增管 液体闪烁计数仪结构 光电倍增管 符合电路 脉冲相加 RS232 定标器 液体闪烁计数器的优点 ? ①闪烁光的寿命极短(几纳秒),它属快 速探测器,分辨时间很短,配接速记系统 且无需作死时间校正。 ? 对于能量低,射程短、易被空气和其它物质吸收 的α射线C),有较高的探 测效率,液体闪烁计数器是α射线和低能β射线的 首选测量仪器。 ? ③由于能量转换过程中光子产额与射线能量成正比, 且形成的脉冲大小与光子产额成正相关,进而可以进 行α、β能谱分析; ? ④可以按比例简便地进行绝对测量; ? ⑤因本底计数率小,可以进行低本底精确测量; ? ⑥自动化程度高,可以处理多量试样及程序控制。 液闪对各种辐射的计数 液闪计数几乎已用于测量每一种辐射: 负电 子、正电子、电子俘获、γ射线、α射线、 核裂变、质子、中子、中微子、宇宙射线MeV 氡及其子体的液闪能谱 α分立谱峰 β连续谱 14C、3H的液闪能谱 闪烁液 ? 液体闪烁计数系统所用的闪烁溶液,是指闪 烁瓶中除放射性被测样品之外的其它组分, 主要是有机溶剂和溶质(闪烁体),有时为 了样品的制备或提高计数效率的需要,还加 入其它添加剂。 闪烁液的成分 有机溶剂 闪烁液 第二溶剂 ——溶解闪烁体、样品;转移放射能量 ——有助于样品制备 闪烁体 ——发光 ——提高计数效率 第二闪烁体 对溶剂的要求 ?①对闪烁体的溶解度高; ?②对放射源的转移效率高; ?③对闪烁发射的光子透明度高; ?④可以溶解放射性样品; ?⑤在计数器的工作温度下不结冰; ?⑥能够形成均相的测量溶液。 ? 一般认为,烷基苯是最好的溶剂,如甲苯, 二甲苯。此外,苯甲醚也是比较好的溶剂。 溶剂、稀释液和淬灭剂 ? 对溶剂的选择,主要视其对闪烁体的溶解度和将放 射能转移给闪烁体的效率而定。如果以一定浓度的 闪烁体在甲苯溶液中产生的脉冲高度为100%,那么, 凡能产生80%以上的脉冲高度的都可作为溶剂。能 使脉冲高度随其浓度上升而逐渐减少的那些有机化 合物称为稀释液。在浓度很低时就能引起脉冲高度 显著下降的化合物叫淬灭剂。 闪烁体 ? 在液体闪烁计数系统中,闪烁体又称荧光 体,是闪烁液的溶质,它的种类很多,根 据其荧光特性及作用,可分为两类,即第 一闪烁体和第二闪烁体。 ? 2,5-二苯恶唑(PPO)是目前普遍使用的闪烁体,能很好 地溶解在常用的溶剂中,在含水的情况下也是如此,在甲 苯中的溶解度达200g/L以上。它的化学性质稳定,价格 也较便宜。 ? 最大缺点是有明显的浓度淬灭(自身淬灭),即随着PPO 在溶剂中的浓度升高,计数效率下降。 ? 2-苯基5,4-联苯基1,3,4-恶唑(PBD)是已知的 最有效的闪烁体之一。 ? 比PPO能耐受浓度淬灭,但是,它的溶解度低, 尤其是在低温和含水样品存在时,溶解度下降 更快,而且用量比PPO多两倍,价格昂贵。 第二闪烁体 ? 又称波长转移剂 ? 第二闪烁体的主要功能是吸收第一闪烁体发射的光子后, 再在较长的波段上(约440nm)重新发射出荧光来,这 个波长正好是某些光电倍增管(PMT)的光谱效应最大 灵敏区。 ? 能增加光子的产额。 ? Cs-Sb型光阴极的最大光谱响应波长为400nm左右。 ? 由于每种闪烁剂都有特定的发射光谱,其平均波 长为350~450nm 。 ? 仅用初级闪烁体不能很好地进行能量转移,计数 效率很低,加入次级闪烁体后发射光谱波长增加 到418~430nm,使计数效率提高。 必须加入第二闪烁体的情况 ? a. 样品中含有直接淬灭第一闪烁体的化合物; ? b. 第一闪烁体浓度太高而引起强烈的自身淬灭,且发射 的光谱范围与光电倍增管光阴及不匹配; ? c. 计数器的光电倍增管光阴极对于较长波长的光谱响应 比较好; ? d. 测量的样品在近紫外区有明显的吸收。 常用的第二闪烁体 ? 1,4-双2,5-苯基恶唑苯(POPOP) ? 溶解度小,在甲苯系统为1.2克/升,在二氧六环中为1.5 克/升。 ? 溶解速度慢,通常需加热促其溶解,它是目前普遍使用的 第二闪烁体。 ? 使用第一闪烁体丁基-PBD时不必加入第二闪烁体。 一些标准闪烁液配方 溶液 第一闪烁体 A 成分 第二闪烁体 溶剂 甲苯或二 甲苯 附加试剂 无 所有溶于甲 苯的样品; 吸附于惰性 支撑物上的 不溶性样品 PPO(5g)或丁 双-MSB(0.5g)或 基-PBD(10g) DMPOPOP(0.25g) 应用 B C PPO(5g)或丁 双-MSB(0.5g)或 基-PBD(10g) DMPOPOP(0.25g) PPO(5g)或丁 双-MSB(0.5g)或 基-PBD(10g) DMPOPOP(0.25g) 3%以下的水 甲苯或二 乙醇或2-乙氧 甲苯 基乙醇(300ml) 样 二氧六环 萘(150g) 乙二醇(20ml ) 2-乙氧基乙醇 (100ml) TritonX-100 (333ml) 20%以下的水 样 D PPO(5g)或丁 双-MSB(0.5g)或 基-PBD(10g) DMPOPOP(0.25g) 甲苯或二 甲苯 10%以下的水 样以及 20%~40%的 水样 切伦科夫计数 当带电粒子如电子,通过介质时,沿 着它的径迹产生了局部极化。在粒子通过 后被极化的分子立即转回其静态,并发射 电磁波。一般情况光脉冲会产生相消干涉, 但如果粒子速度大于介质中的光速时子波 将产生相长干涉。产生的光脉冲叫切伦科 夫辐射,这种光的方向性很强。 对于水,电子的发射阀值为0.263MeV。 131I(0.606MeV)、32P(1.71MeV) 切伦科夫计数样品制备简单,无需用闪烁体; 样品可重复,因而可作进一步处理,比闪烁体 方法经济。本底较低、无化学淬灭。 闪烁瓶 液闪制样技术 样品制备时需要考虑的问题 ? ⑴所测样品的物理和化学特性,决定所用闪烁液类型和决定是否需要 将样品转化为更适于测量的形式,尽可能地减少“淬灭”因素。 ? ⑵样品所含的同位素的种类,对于含3H的样品要更加注意; ? ⑶预计的放射性水平,在样品的放射性强度低时,要求的制备方法比 较严格;但强度也不能太高(1000-10000cpm); ? ⑷制备过程的经济和方便,尤其在样品数量多的更为重要。 样品的形态 均相测量 ? 样品是以真溶液的形式存在于闪烁液中进行测量,放射性 物质被闪烁液包围而几何条件接近4π,测量误差小,重 复性好。 ? 均相测量的要求是均相溶液呈清亮,最好是无色,不应分 相,也不应生成沉淀;除以真溶液外也可呈乳状或凝胶状; 样品的形态 非均相测量 ? 非均相体系一般是有两个相的体系,即互不相溶的液— 液相体系和固—液相体系,放射性核素存在于其中任一 个相。 ? 对于非均相测量中的主要问题是射线(特别是低能β射 线)从放射性存在的相中射出抵达闪烁体相存在着β射 线在相间的自吸收。 ? 以液—液相体系测量时应设法将分离的两个相尽可能使其 接触在一起,通常采用凝胶计数,即在闪烁液配方中添加 凝胶使试样液与闪烁液“连接”起来而呈清亮的胶体。 ? 常用的固体支持物有滤纸、擦镜纸、玻璃纤维滤片、纤维 素酯薄膜(又称微孔薄膜)等。 均相和两相溶液的计数差别 液闪测量中的实际问题 液闪计数中的本底来源 1、光电倍增管噪声——符合电路、低温 2、串光和气体放电 3、切伦科夫辐射和宇宙辐射 4、天然放射性 (闪烁溶液、样品、瓶子、闪烁室、光电倍增管) 5、化学发光 6、光致发光(磷光) 7、静电(塑料瓶) 淬灭因素 产生淬灭的几个途径 ? 1.样品可以吸收它本身的一部份辐射,或吸收闪烁体发出 的光。 ? 2.溶剂不能有效的把能量传递给闪烁体 ? 3.闪烁体吸收一些它本身发出的荧光 ? 4.闪烁溶液中各成分的化学相互作用使光输出减少。 1、光子淬灭(又称相淬灭) ? 是在非均相测量(如颗粒悬浮法或固体支持法 测量)的情况下,试样中的β射线由于试样颗 粒或固体支持物(如滤纸、滤膜和凝胶等)的吸 收而降低了产生光子的能力,从而导致计数效 率降低,在均相测量的情况下不存在这种淬灭。 2、化学淬灭(又称杂质淬灭) ? 是由于闪烁液中存在的杂质能吸收溶剂的激发能 与闪烁剂相竞争而阻碍向闪烁剂分子的转移,从 而导致光子产额减少,计数效率降低,它是发生 在溶剂分子激发能转移到闪烁剂分子和放出光子 的过程中产生的淬灭作用。 ? 引起淬灭的物质通常称为淬灭剂 ? 按它们的淬灭作用程度一般分为三类: ? 1、轻度淬灭作用或稀释作用的淬灭剂,如链碳氢 化合物、饱和碳氢化合物、醚、脂和水等; ? 2、中度淬灭作用的淬灭剂,如链式醇类(乙醇)、 有机酸等; ? 3、强度淬灭作用的淬灭剂,如环式醇类、醛(乙 醛)、酮、胺类、硝基化合物、吡啶和四氯化碳等。 3、颜色淬灭 ? 是由于闪烁液中存在有色化合物或某一化学试剂 吸收一部分荧光而引起的计数效率的降低。 ? 有色物质对荧光的吸收服从比尔定律,即光子数 随着它们通过呈色溶液的实际距离呈指数减少。 ? 不同颜色的淬灭作用程度不同,以红色最明显, 其次为黄色,蓝色影响较小。 氧淬灭 ? 是闪烁液中溶解氧所引起的计数效率降低。 ? 放置一定时间(1h),又可恢复原来的平衡状态。 浓度淬灭 ? 是指闪烁液中闪烁剂达到一定浓度后进一步提高 闪烁剂浓度时,计数效率不但不增加,反而逐渐 减少 ? 另一方面,当闪烁液中加入试样或增溶剂后,闪 烁剂的浓度低于最佳浓度时使计数效率下降。前 者称浓度淬灭,后者又称稀释淬灭。 样品淬灭校正 ? (一)内标准源法?内标准源法是指在待测样品系统内加入 放射性活度已知的同种标准放射性核素。 ? (二)了解样品道比法的原理、测量程序、对道比淬灭校正 法的要求以及道比法的优缺点。? ? (三)外标准源道比法? ? (四)H数法 康普顿-吴有训效应 康普顿 吴有训 淬灭校正/H数 Beckman LS6500 测量数据结果 谢谢!


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