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第二章.放射性测量讲解


1)固相测量 用玻璃纤维滤片或纤维素脂滤膜收集 细胞或其碎片等等,含0.4%PPO的甲苯 闪烁液1~3ml。 2)乳状液测量 适用于低水平大体积的水溶性样品, 常用乳化剂如Triton X-100,制成透明或 半透明状。


(二)样品制备: 将样品制备成适合放射性测量的形 式。常用的方法有淋洗法、提取法、分 离法、酸性消化法、碱溶解法和燃烧法 (使样品氧化或燃烧,无化学发光和明 显的淬灭)等。
3、计算机系统、辅助结构和电源
计算机系统的主要作用是适时采集数据 和处理数据、分析数据、显示数据并对 仪器进行自动控制。
由于仪器使用的目的、运行的方 式不同而具有不同的辅助结构,比如 全自动γ 计数器的自动换样装置。 放射性测量仪器的电源分为两类,一 类是直流高压电源,对于闪烁探测器, 主要用于光电倍增管各极分压供电; 一类是低压电源,主要供电子学线路、 计算机、辅助设备运行使用。
(二)淬灭校正的方法 产生淬灭的原因很多,导致不同 样品的探测效率不一致。需作淬灭校 正才能相互比较计数率。淬灭校正就 是要求出每一样品的实际探测效率, 再将其计数率cpm换算成衰变率dpm, 从而将淬灭程度不同的因素消除掉。 常用的方法有:内标准源法 、样品 道比法 、外标准道比法 、H数法等。
2 、样品体积;样品体积增加,漏计 角增大,自吸收也增大,计数效率下 降。因此,测量时需严格使样品体积 一致。 3 、射线的能量;一般来说能量越高 ,穿透力越强,与闪烁体作用产生光 子的几率越低,因此计数率也越低。
4、仪器分辨时间;测量仪能分别记 录两个相邻脉冲之间的最短时间叫做 分辨时间,若输入的脉冲信号间期小 于该分辨时间,仪器来不及反应而漏 计。漏计在测量较高放射性活度时的 几率更大。因此,高活度样品测量, 宜先取出部分稀释后再测,所得结果 需经过体积校正,换算为原始样品的 计数率。一般井型计数器不宜测量超 过5000cps的样品。
3、助溶剂和添加剂 常用的助溶剂有乙醇、乙二醇等,能 促进水与二甲苯等非极性溶剂的互溶,其 用量为总体积的20-40%。 常用的添加剂是萘,起能量的中间传 递作用,可显著提高探测效率,使用浓度 为60-150g/L。 4、溶剂纯化和配伍禁忌 溶剂纯化的主要目的是除去有淬灭作 用和化学发光的杂质;一些溶剂的互溶会 导致颜色淬灭等,要注意配伍禁忌。
第二章 放射性测量
§1 放射性测量仪器
用放射性核素进行医学研究和诊 断疾病是通过探测其放出的射线来实 现的,凡在医学中探测和记录放射性 核素放出射线的种类、能量、活度及 随时间变化、空间分布的仪器,统称 为放射性测量仪器。
一、基本原理 放射性测量仪器是核医学工作中 的必备条件,各种核医学仪器探测的 基本原理都是以射线与物质的相互作 用为基础,将辐射量转化为其他可测 量的物理量,现代的探测器,多数最 后是转化为电学量,然后用电子仪器 测量和纪录。
(二)液体闪烁计数器
由探测器、后续电子线路、计算机系统 和辅助结构等组成。其特点是:闪烁体是装 在测量杯中的闪烁液,放射性样品溶解或悬 浮于闪烁液中或分散吸附在固体支持物上再 浸于闪烁液中进行测量,样品与闪烁液接触 紧密,样品的自吸收大大减少,提高了对低 能β 射线的探测效率。
1、液体闪烁探测器
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包括反射层、光学偶合剂和光导。 反射层把闪烁体向四周发射的光有效 地收集在一个方向上,同时起密封作用。 光学偶合剂可以有效地把光传递给光 电倍增管的光阴极,以减少全反射,比如 甲基硅油等。 光导的作用也是有效地把光传递给光 电倍增管的光阴极,比如聚四氟乙烯等。
(3)光电倍增管(PMT)
是光-电信号转换和倍增的器件。
γ 射线的测量包括γ 射线的能量测量 和计数测量,核医学的测量对象一般都是 已知核素,要求也主要是计数测量,因此, 这里主要讨论γ 射线的计数测量。 一、绝对测量和相对测量 绝对测量(absolute counting) : 不借助中间手段直接测量放射性活度。
相对测量(relative counting):
5、仪器的本底 仪器的本底是指在没有放射性 样品存在时所得到的计数率。固体 闪烁计数器的本底主要来自外界的 γ 射线,包括周围环境中的放射源 和宇宙射线,其次还包括仪器的热 噪声。 6、其他: 如闪烁体的体积和厚度等。
§3 液体闪烁测量技术
一、闪烁液与测量瓶 (一)闪烁液 主要由有机溶剂和闪 烁剂组成。 1、溶剂 溶剂分子占闪烁液总分子 数的99%左右,基本作用是溶解闪烁 剂和待测放射性样品,同时起能量传 递作用。常用的有:甲苯、二甲苯、 二氧六环(可容纳大量的水)等。

(2)闪烁液的自淬灭:发生在闪烁剂或溶 剂分子内部的分子内淬灭,与闪烁剂或 溶剂分子结构及分子浓度有关。

(3)化学淬灭:样品中的各种成分或制备 样品时添加的一些成分(如消化物、助 溶剂等)会吸收部分能量。化学淬灭的 程度还与淬灭物化学结构有关。
(4)颜色淬灭:激发的闪烁剂分子退 激时发出的荧光光子被液体闪烁系 统内 ( 包括样品 ) 的有色物质吸收而 减少称为颜色淬灭。不同的颜色淬 灭影响不同,以红、黄色最为明显 ,蓝色相对影响较小。
(二)样品测量瓶 是被测物和闪烁液的容器,测量 瓶加被测物和闪烁液组成了液体闪烁 计数器的中心部件。 对测量瓶的基本要求是:低钾、 对闪烁光有很好的透光度、化学性能 稳定、低成本易加工。常用的材料有: 低钾玻璃、聚乙烯类塑料、聚四氟乙 烯和石英等。
二、样品的测量方式和样品制备 (一)样品的测量方式 1、均相测量:样品以真溶液形式存 在于闪烁液中,测量误差小,计数效 率高,是理想的测量方式,特别适合 脂溶性样品的测量。
(2)测量样品的衰变率: 设样品在相
同的条件下测量的计数率为 Nx(cpm),则 样品的衰变率为:Ax=(Nx-Nb)/E (dpm)
计数率: 指射线探测器在单位时间内测量 得到的脉冲信号数,用每秒计数 (cps) 或每分计数(cpm)表示。 衰变率: 单位时间内核衰变的次数,用 dps或dpm表示。
甄别器是一种只允许超过一定高 度的脉冲通过而将低于这一高度的脉 冲“甄别”掉的触发线路。这个设置 的限制电压值称为甄别阈。利用甄别 器可将输入脉冲改造成高度和宽度一 致的输出脉冲,以适应下一级电路工 作的要求。
PHA是由上、下两个甄别器和一个反 符合线路组成,其工作原理是:两个甄别器 分别设上阈值V上和下阈值V下,上下阈值之 差称为道宽。反符合线路的功能是选择脉冲 幅度在上下甄别阈之间的信号通过,并送至 下级电路。可见PHA实际上是射线能量范围 的选择器。通过这种功能,PHA可较有效地 排除仪器噪声的小脉冲和宇宙射线的大脉冲 本底,并可探测射线的能量分布(能谱)。
①气体电离探测器:仅用于某些防护监测 仪,如GM计数管等。 ②闪烁探测器:是目前核医学中最常用的 射线探测器。 ③半导体探测器:主要用于活化分析时分 析γ谱。
(一)固体闪烁计数器 整体结构由固体闪烁探测器、 后续电子线路、计算机系统和辅助 结构组成。 1、固体闪烁探测器 是将γ 射线转化为电信号的装 置,既可探测射线强度,又可测定 射线的能量。由闪烁体、光收集系 统、光电倍增管、前置放大器和外 周屏蔽组成。
2、闪烁剂 是闪烁液中的发光物质,能 有效地接受溶剂分子传递的能量并在很短 的时间内发生激发和退激,退激时释放荧 光光子。闪烁剂的化学名称及化学结构复 杂,通常都用缩写名称,常用的有:TP、 PPO等。如果闪烁剂的发光光谱不能与PMT 很好匹配,还可以考虑添加第二闪烁剂, 最常用的是POPOP,使发射光子的波长向长 波方向转移,又称为“移波剂”,使用第 二闪烁剂可提高闪烁液的淬灭耐受性,改 进探测效率。
(5)脉冲幅度分析器: 为多道脉冲幅度分析器,同时记录幅 度不同的脉冲。道数越多,对幅度不同的 脉冲分辨率越高。
3、计算机系统和辅助结构和电源
除与固体闪烁探测器相似外,还包括 淬灭校正的软件和一个外标准源。所谓外 标准源是一个固体γ 源,有足够长的半衰 期和放射性活度,作淬灭校正用。
§2 γ射线的测量
固体闪烁计 数器结构示 意图
(1)闪烁体 主要有无机晶体、有机晶体和塑料有 机闪烁体三类。 无机晶体闪烁体是人工加入少量杂质 (激活剂)的无机盐晶体,如NaI(Tl)晶 体。NaI(Tl)晶体对γ射线探测效率可高达 80%,是目前γ射线样品测量中探测效率最 理想、最常用的一种探测器。
(2)光收集系统
三、淬灭及其校正 (一)淬灭产生的因素及其影响 1 、淬灭 (quenching):液体闪烁测 量过程中,从射线能到光能,从光 能到电能转换的任何一步,受各种 因素影响,总有部分能量损失,导 致光子输出量减少,这种现象称为 淬灭。
2、淬灭种类: (1)相淬灭或局部淬灭: 在非均相测量中,样品发出的β 射线先 被微小水珠或固相支持物所吸收,使能量减 弱,产生光子的能力降低,称之相淬灭。 固相样品量过多时,样品本身对射线有 不同程度的自吸收作用,导致光子产生额减 少,称为局部淬灭。
具体分为以下几种类型:
1.电离作用 2.荧光现象
3.感光作用
二、基本结构 放射性测量仪器一般可分为两部分: (1) 探测器(探头):将辐射量转 化为其他可观察量的转换器。 (2) 后续电子线路:对脉冲信号进 行分析和记录。 (3) 计算机系统和辅助设备。
按射线探测器探测原理的不同可分为 三大类:
(4)前置放大器
对光电倍增管输出端的信号进 行跟踪放大,同时与后续分析电路 的阻抗匹配,以减少信号在传输过 程中的畸变和损失。
(5)外周屏蔽(铅屏蔽)
减少外界射线引起的本底计数率。
2、固体闪烁计数器后续电子线路 (1)主放大器 对脉冲信号进行放大和整形。 (2)甄别器和脉冲高度分析器 探测器输出的脉冲信号保存射 线的能量信息,脉冲高度正比于射 线的能量,脉冲高度分析器(PHA) 的作用就是有选择地让需要记录的 脉冲通过。
1)脂溶性样品的测量 含0.4%PPO的甲苯闪烁液。 2)水溶性样品的测量 二甲苯︰乙二醇甲醚 = 7 ︰ 3 含0.8%PPO 应该注意很多生物样品有颜色,特别 是黄色,会影响测量的效率,最好用 H2O2等氧化剂脱色。
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