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1、将辐射能量转换为可以将辐射能量转换为可以分析记录的有效电信号分析记录的有效电信号固体闪烁测量技术固体闪烁测量技术液体闪烁测量技术液体闪烁测量技术放射性本底放射性本底测量效率测量效率放射性测量评价放射性测量评价放射性测量放射性测量RadioactiveCounting 一、基本原理一、基本原理 电离效应电离效应Radioactiveionizationeffect激发效应激发效应Radioactiveexcitationeffect根据工作原理根据工作原理: :收集电离电荷的探测器收集电离电荷的探测器 放射性活度仪、正比计数器放射性活度仪、正比计数器收集荧光的探测器收集荧光的探测器 固体闪烁测量
2、仪、液体闪烁测量仪固体闪烁测量仪、液体闪烁测量仪半导体探测器半导体探测器 二、放射性测量仪的种类二、放射性测量仪的种类根据核射线探测目的：根据核射线探测目的：测量仪器：测量仪器：免疫计数仪免疫计数仪能谱仪能谱仪放射性薄层扫描仪放射性薄层扫描仪液体闪烁计数器液体闪烁计数器放射性活度测量仪放射性活度测量仪核医学显像（核医学显像（ECT、SPECT、PET）辐射监测仪器：辐射监测仪器：电离室型电离室型胶片型胶片型热释光型热释光型防护仪器防护仪器：剂量监测仪剂量监测仪表面污染监测仪表面污染监测仪放射性警报仪放射性警报仪工作原理工作原理 样品中射线首先与闪烁体作用产生光样品中射线首先与闪烁体作用产生光子
3、，光子由光电倍增管转换成电脉冲子，光子由光电倍增管转换成电脉冲并放大，此脉冲的数目和高度分别与并放大，此脉冲的数目和高度分别与射线活度和能量成正比，经后续仪器射线活度和能量成正比，经后续仪器加工、分析和记录，即可达到测量的加工、分析和记录，即可达到测量的目的。目的。三、三、-Rays测量测量-固体闪烁计数器固体闪烁计数器solidscintillationdetector1.固体闪烁测量仪的基本结构：固体闪烁测量仪的基本结构：闪烁体（闪烁体（scintillator，NaI(Tl)光导（光导（lightguide，siliconoil）光电倍增管（光电倍增管（photomultiplier，p
4、ulse）定标器（定标器（scalar）数据处理系统数据处理系统闪烁体：能量转换闪烁体：能量转换 射线吸收能力好射线吸收能力好 发光效率高发光效率高 光谱匹配性佳光谱匹配性佳 发光衰减时间短发光衰减时间短 自身透明度好自身透明度好常用闪烁体：无机晶体常用闪烁体：无机晶体NaI(Tl)NaI(Tl) 有机晶体与塑料晶体有机晶体与塑料晶体 光导：增加光子传递效率光导：增加光子传递效率 甲基硅油甲基硅油 硅酯硅酯 甘油甘油 真空泵油真空泵油光电倍增管（光电倍增管（PMPM管）：管）： 光电转换功能、光电转换功能、 放大功能放大功能 组成组成: :光阴极、聚焦电极和打拿极、阳极光阴极、聚焦电极和打拿极
5、、阳极PMPM管是闪烁测量仪中最重要元件管是闪烁测量仪中最重要元件工作电压工作电压蔽光蔽光阳极电流平衡阳极电流平衡疲劳效应疲劳效应暗电流暗电流2.2.放射性本底放射性本底（Background,BG) )本底来源本底来源 天然本底天然本底 : : 226Ra222Rn40K 宇宙射线宇宙射线 ( (heightenergy) )仪器噪音（仪器噪音（lowenergy）本底消除：本底消除： 甄别器（甄别器（Discriminators） 屏蔽屏蔽( (Pb、leadchamber）甄别器与脉冲高度分析器甄别器与脉冲高度分析器Discriminator&PulseHeightanalyzer(PH
6、A)甄别器：甄别器：一种允许超过一定高度脉冲通过，而低一种允许超过一定高度脉冲通过，而低于该高度的脉冲不能通过的电子线路。于该高度的脉冲不能通过的电子线路。作用：改造脉冲高度与宽度作用：改造脉冲高度与宽度 消除和降低本底消除和降低本底单道脉冲高度分析器：单道脉冲高度分析器： 由上下二个甄别器和一个反符合线路组由上下二个甄别器和一个反符合线路组成，成，只有当下甄别器单独有脉冲通过时只有当下甄别器单独有脉冲通过时才有信号输出才有信号输出。 作用：排除仪器噪音作用：排除仪器噪音小脉冲本底小脉冲本底 排除宇宙射线排除宇宙射线大脉冲本底大脉冲本底脉冲高度分析器工作原理示意图脉冲高度分析器工作原理示意图测
7、量效率（测量效率（detectionefficience）E%=counts/activity100%放射性计数与衰变数（放射性计数与衰变数（cpm&dpm）cpm:countsperminutedpm:decaytimesperminutedpm=cpm/E3.放射性活度测量放射性活度测量（Detectionofradioactivity）绝对与相对测量绝对与相对测量（absolutecounting&relativecounting）绝对测量：全部记录样品衰变的射线数绝对测量：全部记录样品衰变的射线数漏计校正、自吸收校正漏计校正、自吸收校正相对测量：以一个与待测样品相同或射线性质相对测量：
8、以一个与待测样品相同或射线性质相似的标准源为对照，间接计算样相似的标准源为对照，间接计算样品的放射性活度。品的放射性活度。样品的相对测量样品的相对测量探测效率探测效率E=（Ns-Nb）/As100%样品衰变率样品衰变率Ax=（Nx-Nb）/E例：某例：某125I待测样品用待测样品用-计数器测得为计数器测得为25000cpm，BG为为100cpm，。用一，。用一125I标准标准源（源（56000dpm）测得为）测得为33700cpm求样品求样品的活度的活度Ax。E%=（33700-100）/56000=60%Ax=（25000-100）/0.60=42483dpm品质因素品质因素(figureo
9、fmerit，F)F=E2/B品质因素是评价不同测量条件、品质因素是评价不同测量条件、测量方法、仪器质量的指标。测量方法、仪器质量的指标。例：两种例：两种计数器的主要性能指标分别为计数器的主要性能指标分别为E%1=65、BG1=35cpm，E%2=70、BG2=45cpm，如何评价？，如何评价？F1=E12/B=652/35=120.71F2=E22/B=702/45=108.89四、四、-ray测量测量-液体闪烁计数器液体闪烁计数器（Liquidscintillationdetector） Nuclide:3H14C35S32Penergy:0.01860.1550.1671.711特点特点
10、: : 闪烁体为液体闪烁体为液体 样品与闪烁液紧密接触样品与闪烁液紧密接触 能量转换效率高能量转换效率高 淬灭淬灭 化学发光与磷光化学发光与磷光闪烁机制：闪烁机制：-溶剂分子受激溶剂分子受激退激退激第一闪烁剂受激第一闪烁剂受激退激退激第二闪烁剂受激第二闪烁剂受激退激退激hPM管管脉冲脉冲1.闪烁液（闪烁液（Scintillationliquid）闪烁剂（闪烁剂（Scintillator）primarySPPOsecondorySPOPOP闪闪烁烁液：液：闪烁剂闪烁剂+溶剂溶剂分子比例分子比例:1：99溶剂（溶剂（Solvent）:二甲苯二甲苯二氧六环二氧六环助溶剂（助溶剂（aidsolvent
11、）:乙二醇乙醚、乙醇乙二醇乙醚、乙醇闪烁杯闪烁杯第一闪烁剂：第一闪烁剂：从受激溶剂分子中吸取能量，在退激时发射光子。从受激溶剂分子中吸取能量，在退激时发射光子。要求要求: :发光效率高（相对脉冲输出高度高）发光效率高（相对脉冲输出高度高）淬灭耐受性好淬灭耐受性好有一定溶解度有一定溶解度发光衰减时间段短发光衰减时间段短光谱匹配良好光谱匹配良好几种第一闪烁剂比较几种第一闪烁剂比较名称名称发射光谱发射光谱甲苯中的甲苯中的最佳浓度最佳浓度相相对对淬淬灭灭相对价格相对价格m溶解度溶解度g/L(无淬灭无淬灭)发光效率发光效率耐受性耐受性TP3508.67.31.30最差最差1PPO376414481.00
12、TP4PBD386218101.28最好最好12b-PBD3801196121.23PBD，PPO4BBOT44658.870.71TP，PPO6TP：p-terphenylPPO:2,5-diphenyoxazolePBD:2-phenyl-5-(4-biphenylyl)-1,3,4-oxadiazoleb-PBD:2-(4”-t-butylphenyl-5-(4”-biphenylyl)-1,3,4-oxdiazoleBBOT:2,5-bis-5-t-butyl-benzoxazole()-thiophene第二闪烁剂第二闪烁剂: : 波长转移作用波长转移作用 提高达到提高达到PMPM管
13、的光子数及提高淬灭耐受性。管的光子数及提高淬灭耐受性。 闪烁剂的浓度与探测效率的关系闪烁剂的浓度与探测效率的关系E%浓度相关段浓度相关段最佳浓度段最佳浓度段自淬灭段自淬灭段闪烁剂浓度闪烁剂浓度几种不同闪烁液配方及其淬灭耐受性几种不同闪烁液配方及其淬灭耐受性第一闪烁剂第一闪烁剂第二闪烁剂第二闪烁剂*C1/2浓度浓度g/L浓度浓度g/LPPO6PBBO0.545.4PPO6bisMSB0.540.7PPO6POPOP0.240.1b-PBD8PBBO0.583.1b-PBD8bisMSB0.562.3b-PBD8POPOP0.277.1C1/2表示将相对探测效率降低表示将相对探测效率降低50%时所
14、需淬灭剂氯仿的浓度时所需淬灭剂氯仿的浓度g/L溶剂：能量传递效率高溶剂：能量传递效率高具有合适的样品溶解力具有合适的样品溶解力常用溶剂性能比较常用溶剂性能比较溶剂名称溶剂名称3H相对效率相对效率冰点冰点相对价格相对价格甲甲苯苯1.00-951.0苯苯0.60+5.50.3二甲苯二甲苯1.01-201.3对二甲苯对二甲苯1.12+123.01,2,4-三甲苯三甲苯1.06-61331,4-二氧六环二氧六环0.34+1215苯腈苯腈0.76-1340第二溶剂（第二溶剂（SecondarySolvent）某些物质如萘加入到某些效率低或淬灭严某些物质如萘加入到某些效率低或淬灭严重的样品后，可使探测效率
15、明显增高。称重的样品后，可使探测效率明显增高。称第二溶剂第二溶剂, ,其作用是将退激时的能量传递给其作用是将退激时的能量传递给第一闪烁剂，常用浓度为第一闪烁剂，常用浓度为615g/100ml。闪烁杯闪烁杯种类：玻璃杯、塑料杯、尼龙杯种类：玻璃杯、塑料杯、尼龙杯容积：容积：7、20ml2.淬灭与校正淬灭与校正（Quenching&correction）淬灭：淬灭： 射线能量在转换为射线能量在转换为PMPM管接受的光子过程管接受的光子过程中，能量以热或其他形式丢失。能量转中，能量以热或其他形式丢失。能量转换过程中的导致能量损失的各种因素均换过程中的导致能量损失的各种因素均为淬灭。为淬灭。淬灭的后果
16、：淬灭的后果：总计数减少、脉冲幅度降低、谱左移总计数减少、脉冲幅度降低、谱左移淬灭种类：淬灭种类：化学淬灭化学淬灭相淬灭相淬灭颜色淬灭颜色淬灭分子内淬灭：溶剂或闪烁剂分子退激时，其能量以热分子内淬灭：溶剂或闪烁剂分子退激时，其能量以热 能形式释放。能形式释放。浓度淬灭：闪烁剂（或溶剂）分子密集时，退激浓度淬灭：闪烁剂（或溶剂）分子密集时，退激 的能量以热能形式释放。的能量以热能形式释放。外分子淬灭：由样品中杂质或添加成分引起的能外分子淬灭：由样品中杂质或添加成分引起的能 量损失。量损失。 淬灭作用与化学结构的关系淬灭作用与化学结构的关系轻度淬灭轻度淬灭中度淬灭中度淬灭严重淬灭严重淬灭R-HR-
17、FR-O-R（RO）3POR-CNR-OHR-COOHR-NH2R-CH=CH-RR-BrR-SRR-SHR-OCOCO-RR-CO-RR-COXR-NH-RR-CHOR2N-RR-COO-RR-I淬灭校正（淬灭校正（QuenchCorrection）采用适当的方法求出每一样品的探测效率，采用适当的方法求出每一样品的探测效率，E E，然后以该样品的计数率（，然后以该样品的计数率（cpmcpm）除以）除以E E求求得其衰变率（得其衰变率（dpmdpm），其结果是样品淬灭程），其结果是样品淬灭程度不同的因素被消除，保证样品间的可比性。度不同的因素被消除，保证样品间的可比性。在某些情况下，测量的目的
18、不是比较各样品在某些情况下，测量的目的不是比较各样品的放射性强弱，而是求某一样品放射性活度的放射性强弱，而是求某一样品放射性活度的绝对值，淬灭校正是一种可供选择的方法，的绝对值，淬灭校正是一种可供选择的方法， 淬灭校正要求：淬灭校正要求：一条淬灭校正曲线满足不同样品的使用范围一条淬灭校正曲线满足不同样品的使用范围尽可能拓宽所能校正的淬灭程度范围尽可能拓宽所能校正的淬灭程度范围达到较高的精度和重复性达到较高的精度和重复性求算速度快求算速度快内标准法内标准法道比法道比法channelratioH数法数法H-number谱监测谱监测 几种淬灭校正方法的比较几种淬灭校正方法的比较校正方法校正方法内标准
19、法内标准法道道比比法法外标准计数法外标准计数法外标准道比法外标准道比法H#法法淬灭参量淬灭参量内标准计数率内标准计数率样品道比值样品道比值Compton电子电子Compton电子谱电子谱Compton谱谱的计数率的计数率的道比值的道比值拐点位置拐点位置优优点点适应面广适应面广不破坏样品不破坏样品不破坏样品不破坏样品源位置、活度源位置、活度校正范围较广校正范围较广设备简单设备简单可自动化测量可自动化测量可自动化测量可自动化测量样品体积、溶剂、样品体积、溶剂、曲线不受闪烁液、曲线不受闪烁液、闪烁剂影响小闪烁剂影响小闪烁杯、样品类型闪烁杯、样品类型颜色、化学淬灭颜色、化学淬灭的影响。的影响。可共用一
20、条曲线。可共用一条曲线。缺缺点点样品需测量两次样品需测量两次仅适应高活度仅适应高活度误差受误差受源位置、源位置、有一定的校正范围有一定的校正范围、需用高活度需用高活度源源不能自动化不能自动化样品测量样品测量闪烁液闪烁杯材料闪烁液闪烁杯材料R仅反映相对淬灭仅反映相对淬灭Compton谱边缘谱边缘不能重复测量不能重复测量影响、曲线范围狭窄影响、曲线范围狭窄程度、程度、“塑料闪烁体塑料闪烁体”定位影响定位影响颜色、化学淬灭不能颜色、化学淬灭不能校正精度校正精度共用曲线。共用曲线。Packard Tri-carb2900TRSIS(SpectralIndexofSample)3.3.液体闪烁测量的本底
21、液体闪烁测量的本底闪烁杯的天然放射性闪烁杯的天然放射性 4040K K宇宙射线宇宙射线光电倍增管暗电流光电倍增管暗电流热噪音热噪音化学发光化学发光chemiluinescence)磷光磷光（phosphorescence）闪闪烁烁杯杯内内发发生生某某种种放放能能化化学学反反应应，部部分分能能量量以以光子形式释出。光子形式释出。产生因素：样品、溶剂、溶液产生因素：样品、溶剂、溶液PHPH、漂白剂等、漂白剂等减弱化学发光的方法：减弱化学发光的方法： 溶剂选用烷基苯类；溶剂选用烷基苯类； 计数溶液计数溶液PH7.0PH7.0； 加热样品并静置一段时间。加热样品并静置一段时间。 化学发光化学发光（Ch
22、emiluminescence）磷光（磷光（phosphorescence）闪闪烁烁杯杯内内容容物物在在测测量量前前受受可可见见光光或或紫紫外外光光照照射射，受激后产生衰减较长的磷光。受激后产生衰减较长的磷光。减弱磷光的方法：减弱磷光的方法： 红灯下操作红灯下操作/ /暗适应暗适应 避免强光照射避免强光照射4.符合与反符合线路符合与反符合线路（coincidencecircuit&anti-coincidencecircuit）5.样品的制备（样品的制备（preparationofsamples）生物医学示踪实验样品成分比较复杂，除极少生物医学示踪实验样品成分比较复杂，除极少数可以直接溶于闪烁
23、液测量外，大多数须经加数可以直接溶于闪烁液测量外，大多数须经加工处理方可测量。工处理方可测量。 目的：使样品符合液闪测量的方式目的：使样品符合液闪测量的方式 均相测量、非均相测量均相测量、非均相测量 均相测量（均相测量（Homogenouscounting）样品溶于闪烁液中，以真溶液的形式进行测量。样品溶于闪烁液中，以真溶液的形式进行测量。 脂溶性样品：闪烁液或甲苯提取直接测量脂溶性样品：闪烁液或甲苯提取直接测量 水溶性样品：加助溶剂水溶性样品：加助溶剂: :如醇类如醇类 含助溶剂常用配方含助溶剂常用配方PPO0.7%二甲苯二甲苯650ml乙二醇乙醚乙二醇乙醚350ml容水量为容水量为1%样品
24、水量增加时，助溶剂要适当增加。样品水量增加时，助溶剂要适当增加。几种水溶性样品测量的闪烁液配方几种水溶性样品测量的闪烁液配方均相测量要注意事项：均相测量要注意事项： 分相分相 禁用吸附脱色剂禁用吸附脱色剂 杯壁吸附杯壁吸附非均相测量（非均相测量（Hetergenouscounting）样品在闪烁液中以非真溶液的形式进行测量样品在闪烁液中以非真溶液的形式进行测量乳状液测量乳状液测量表面活性剂（乳化剂）使样品的水溶液以微细表面活性剂（乳化剂）使样品的水溶液以微细水滴的形式稳定地分散在有机相中，适应较大水滴的形式稳定地分散在有机相中，适应较大水容量样品的测量。水容量样品的测量。常用活化剂：常用活化剂
25、：乳化剂：乳化剂：Triton系列如系列如TritonX-100表面活化剂：表面活化剂：BBS系列如系列如BBS-2乳乳化化闪闪烁烁液液加加入入水水样样后后，起起物物理理性性状状与与“%样样品品负负荷荷”（%SampleLoad）即即总总体体积中水样所占百分比有密切关系。积中水样所占百分比有密切关系。%样品负荷从低样品负荷从低高高闪烁液从清液闪烁液从清液浊（半透明）浊（半透明）乳白液乳白液两相两相固相测量固相测量将非脂溶性样品吸附、过滤在固体支持物将非脂溶性样品吸附、过滤在固体支持物上，干燥后浸入闪烁液中不发生溶解和上，干燥后浸入闪烁液中不发生溶解和弥撒，直接进行测量。弥撒，直接进行测量。常用
26、支持物：常用支持物：玻璃纤维滤膜（玻璃纤维滤膜（glassfiberfilter)纤维素酯滤膜（纤维素酯滤膜（celluloseestermembrane)纸片纸片固相测量的特点：固相测量的特点：优点：制样简单优点：制样简单 样品可保存样品可保存 闪烁液用量少，可重复使用闪烁液用量少，可重复使用 放射性废液少放射性废液少缺点：缺点： 难于校正难于校正（几几何何条条件件、局局部部吸吸收收、自自吸吸收收等等引引起起-谱变化较谱变化较 复杂）。复杂）。 样品处理方法：样品处理方法：酸消化法酸消化法碱消化法碱消化法燃烧法燃烧法6.契仑科夫计数契仑科夫计数（CerenkovCounting）高能高能-射
27、线的常规测量方法之一。射线的常规测量方法之一。阈阈能能：-粒粒子子在在任任何何介介质质中中产产生生契契仑仑科科夫夫辐辐射的最低能量。射的最低能量。1（为为介介质质折折射射率率，为为电电子子运运动动速速度）度）优点：不需闪烁液，样品可以在某些溶剂优点：不需闪烁液，样品可以在某些溶剂甚至水中直接测量，故水容量大，制样简甚至水中直接测量，故水容量大，制样简单，无化学淬灭。单，无化学淬灭。 缺点：不适应于低能缺点：不适应于低能-射线测量，计数效射线测量，计数效率较一般液闪测量低；对颜色淬灭敏感。率较一般液闪测量低；对颜色淬灭敏感。 契仑科夫测量的特点：契仑科夫测量的特点：五、放射性测量的统计学五、放射
28、性测量的统计学1.放射性测量的统计误差放射性测量的统计误差标准误差标准误差总体误差总体误差计数率误差计数率误差反映样品测量的重复性反映样品测量的重复性相对标准误差相对标准误差总计数越大，相对标准误差越小；总计数越大，相对标准误差越小；测量时间越长，相对标准误差越小测量时间越长，相对标准误差越小误差相加误差相加2.测量误差的控制测量误差的控制要求要求:s5%对对一一样样品品如如要要求求误误差差在在2%以以内内，测测量量时间限制为时间限制为1分钟，其最小计数是？分钟，其最小计数是？对上例扣除本底对上例扣除本底1分钟分钟50cpm（误差（误差2%）样品计数要求为：样品计数要求为：2650cpm。3.
29、实验数据统计分析实验数据统计分析4.4.可疑数据可疑数据“去消去消”检验检验 如如检检测测大大鼠鼠心心肌肌肾肾上上腺腺素素受受体体（正正常常对对照照）10例例其其数据为：数据为：29.4034.2227.4732.0532.7335.1727.1722.13*30.1034.10t=2.05（t2.18p0.05）5.放射性测量仪器的主要性能指标及评价方法放射性测量仪器的主要性能指标及评价方法 本底（本底（background）计数）计数测量效率（测量效率（detectionefficiency）仪器的仪器的8小时稳定性小时稳定性Ci第轮测量的平均计数率，第轮测量的平均计数率，Co开始第一轮测
30、量平均计数率开始第一轮测量平均计数率仪器仪器8 8小时稳定性测定小时稳定性测定轮次轮次1 12 23 34 45 5C CERER一一3256325633403340336933693217321731843184C C0 0=3273.2=3273.2二二33993399341234123210321032743274340634063340.23340.20.020470.02047三三32173217330033003187318732153215324032403231.83231.8-0.0126-0.0126四四33413341326532653242324232683268330
31、133013283.43283.40.003120.00312五五32143214338533853274327434773477330433043330.83330.80.01760.0176平均平均0.007130.00713计数器的质量要求计数器的质量要求计数器的级别计数器的级别本底计数本底计数125I测量效率测量效率8小时稳定性小时稳定性45min-177%ER=3%60min-175%ER=4%80min-170%ER=5%仪器间的偏差仪器间的偏差各探测器的测量效率与其平均探测效率各探测器的测量效率与其平均探测效率的相对偏差应小于的相对偏差应小于2%2%仪器计数精密度测试仪器计数精密
32、度测试x2双侧检验双侧检验90%概率的两个分位数区间，则认为精密度符合要求概率的两个分位数区间，则认为精密度符合要求x检验表检验表测量次数测量次数检验值检验值测量次数测量次数检验值检验值103.32516.9192110.85110.85131.41031.410113.94018.30718.3072211.59111.59132.67132.671124.5754.57519.67519.6752312.33812.33833.92433.924135.2265.22621.20621.2062413.09113.09135.17235.172145.8925.89222.36222.36
33、22513.84813.84836.41536.415156.5716.57123.68523.6852614.91114.91137.65237.652167.2617.26124.99624.9962715.37915.37938.88538.885177.9627.96226.29626.2962816.15116.15140.11340.113188.6728.67227.58727.5872916.92816.92841.33741.337199.3909.39028.86928.8693017.70817.70842.55742.5572010.11710.11730.14430.144仪器的品质因数（仪器的品质因数（F F） F=E2/B思考思考固体闪烁测量与液体闪烁测量有何异同？固体闪烁测量与液体闪烁测量有何异同？放射性测量仪器的品质因素是什么？放射性测量仪器的品质因素是什么？放射性本底是什么？放射性本底是什么？
