本科放射性仪器与测量.ppt

1,放射性测量 Radioactive Counting 实验核医学教研室 卢汉平 E-mail Tell.87331824,2,思考题： 医学研究中常用的放射性固体闪烁测量与液体闪烁测量有何异同？ 2. 研究某物质在大鼠体内的分布特性，将该物质用3H标记，对不同组织进行测量时要注意那些问题？,3,一、基本原理,电离效应 Radioactive ionization effect 激发效应 Radioactive excitation effect,4,根据工作原理: 收集电离电荷的探测器 放射性活度仪、正比计数器 收集荧光的探测器 固体闪烁测量仪、液体闪烁测量仪 半导体探测器,二、放射性测量仪的种类,5,根据核射线探测目的： 测量仪器： 免疫计数仪 能谱仪 放射性薄层扫描仪 液体闪烁计数器 放射性活度测量仪 核医学显像（ECT、SPECT、PET） 辐射监测仪器： 电离室型 胶片型 热释光型 防护仪器： 剂量监测仪 表面污染监测仪 放射性警报仪,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,工作原理 样品中射线首先与闪烁体作用产生光子，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，即可达到测量的目的。,三、-Rays 测量-固体闪烁计数器 solid scintillation detector,18,19,20,1. 固体闪烁测量仪的基本结构： 闪烁体（Scintillator，NaI(Tl) 光导（Light guide，silicon oil） 光电倍增管（photomultiplier，pulse） 定标器（Scalar） 数据处理系统,21,闪烁体：能量转换 射线吸收能力好 发光效率高 光谱匹配性佳 发光衰减时间短 自身透明度好 常用闪烁体：无机晶体NaI(Tl) 有机晶体与塑料晶体,22,光导：增加光子传递效率 甲基硅油 硅酯 甘油 真空泵油,23,光电倍增管（PM管）： 光电转换功能、 放大功能 光阴极、聚焦电极和打拿极、阳极 PM管是闪烁测量仪中最重要元件 工作电压 蔽光 阳极电流平衡 疲劳效应 暗电流,24,2.放射性本底（Background,BG),本底来源： 天然本底 : 226Ra 222Rn 40K 宇宙射线 (height energy) 仪器噪音（low energy）,25,本底消除： 甄别器（Discriminators） 屏蔽(Pb、lead chamber）,26,甄别器与脉冲高度分析器 Discriminator & Pulse Height analyzer(PHA),甄别器： 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。 作用：改造脉冲高度与宽度 消除和降低本底,27,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成，只有当下甄别器单独有脉冲通过时才有信号输出。 作用：排除仪器噪音小脉冲本底 排除宇宙射线大脉冲本底,28,脉冲高度分析器工作原理示意图,29,测量效率（detection efficience） E%= counts /activity 100% 放射性计数与衰变数（cpm & dpm） cpm: counts per minute dpm: decay times per minute dpm=cpm/E,3.放射性活度测量 （Detection of radioactivity）,30,绝对与相对测量 （absolute counting & relative counting） 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 相对测量：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 品的放射性活度。,31,样品的相对测量,探测效率 E=（Ns-Nb）/As 100% 样品衰变率 Ax=（Nx-Nb）/E,32,例：某125I待测样品用-计数器测得为25000cpm，BG为100cpm，。用一125I标准源（56000dpm）测得为33700cpm求样品的活度Ax。 E%=（33700-100）/56000=60% Ax=（25000-100）/0.60=42483dpm,33,品质因素(figure of merit，F) F=E2/B 品质因素是评价不同测量条件、 测量方法、仪器质量的指标。,34,例：两种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？ F1=E12/B=652/35=120.71 F2=E22/B=702/45=108.89,35,四、- -ray 测量-液体闪烁计数器（Liquid scintillation detector）,Nuclide: 3H 14C 35S 32P energy: 0.0186 0.155 0.167 0.1711 特点: 闪烁体为液体 样品与闪烁液紧密接触 能量转换效率高 淬灭 化学发光与磷光,36,37,38,闪烁机制：,- 溶剂分子受激 退激 第一闪烁剂受激 退激 第二闪烁剂受激 退激 h PM管 脉冲,39,1.闪烁液（Scintillation liquid）,闪烁剂（Scintillator） primary S PPO secondory S POPOP 闪 烁 液： 闪烁剂 + 溶剂 分子比例: 1 ： 99 溶剂（Solvent）: 二甲苯 二氧六环 助溶剂（aid solvent） : 乙二醇乙醚、乙醇 闪烁杯,40,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。 要求: 发光效率高（相对脉冲输出高度高） 淬灭耐受性好 有一定溶解度 发光衰减时间段短 光谱匹配良好,41,几种第一闪烁剂比较 名称 发射光谱 甲苯中的 最佳浓度 相 对 淬 灭 相对价格 m 溶解度g/L (无淬灭) 发光效率 耐受性 TP 350 8.6 7.3 1.30 最差 1 PPO 376 414 48 1.00 TP 4 PBD 386 21 810 1.28 最好 12 b-PBD 380 119 612 1.23 PBD，PPO 4 BBOT 446 58.8 7 0.71 TP，PPO 6 TP：p-terphenyl PPO: 2,5-diphenyoxazole PBD: 2-phenyl-5-(4-biphenylyl)-1,3,4-oxadiazole b-PBD: 2-(4”-t-butylphenyl-5-(4”-biphenylyl)-1,3,4-oxdiazole BBOT: 2,5-bis-5-t-butyl-benzoxazole()-thiophene,42,第二闪烁剂:,波长转移作用 提高达到PM管的光子数及提高淬灭耐受性。,43,闪烁剂的浓度与探测效率的关系,E% 浓度相关段 最佳浓度段 自淬灭段 闪烁剂浓度,44,几种不同闪烁液配方及其淬灭耐受性,第一闪烁剂 g/L 第二闪烁剂 g/L *C1/2 g/L PPO 6 PBBO 0.5 45.4 PPO 6 bisMSB 0.5 40.7 PPO 6 POPOP 0.2 40.1 b-PBD 8 PBBO 0.5 83.1 b-PBD 8 bisMSB 0.5 62.3 b-PBD 8 POPOP 0.2 77.1 C1/2表示将相对探测效率降低50%时所需淬灭剂氯仿的浓度g/L,45,溶剂：能量传递效率高有合适的样品溶解力,常用溶剂性能比较 溶剂名称 3H相对效率 冰点 相对价格 甲 苯 1.00 -95 1.0 苯 0.60 +5.5 0.3 二甲苯 1.01 -20 1.3 对二甲苯 1.12 +12 3.0 1,2,4-三甲苯 1.06 -61 33 1,4-二氧六环 0.34 +12 15 苯腈 0.76 -13 40,46,第二溶剂（Secondary Solvent）,某些物质如萘加入到某些效率低或淬灭严重的样品后，可使探测效率明显增高。称第二溶剂,其作用是将退激时的能量传递给第一闪烁剂，常用浓度为615g/100ml。,47,闪烁杯,种类：玻璃杯、塑料杯、尼龙杯 容积：7、20ml,48,2. 淬灭与校正 （Quenching & correction）,淬灭： 射线能量在转换为PM管接受的光子过程中，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为淬灭。,49,淬灭的后果： 总计数减少、脉冲幅度降低、谱左移,50,淬灭种类： 化学淬灭 相淬灭 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 能形式释放。 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。 外分子淬灭：由样品中杂质或添加成分引起的能 量损失。,51,淬灭作用与化学结构的关系,52,淬灭校正（Quench Correction）,采用适当的方法求出每一样品的探测效率，E，然后以该样品的计数率（cpm）除以E求得其衰变率（dpm），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。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绝对值，淬灭校正是一种可供选择的方法，,53,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 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 求算速度快,54,内标准法 道比法 channel ratio H数法 H-number 谱监测,55,几种淬灭校正方法的比较 校正方法 内标准法 道 比 法 外标准计数法 外标准道比法 H# 法 淬灭参量 内标准计数率 样品道比值 Compton电子 Compton电子谱 Compton谱 的计数率 的道比值 拐点位置 优 点 适应面广 不破坏样品 不破坏样品 源位置、活度 校正范围较广 设备简单 可自动化测量 可自动化测量 样品体积、溶剂、 曲线不受闪烁液、 闪烁剂影响小 闪烁杯、样品类型 颜色、化学淬灭 的影响。 可共用一条曲线。 缺 点 样品需测量两次 仅适应高活度 误差受源位置、 有一定的校正范围 、 需用高活度源 不能自动化 样品测量 闪烁液闪烁杯材料 R仅反映相对淬灭 Compton谱边缘 不能重复测量 影响、曲线范围狭窄 程度、“塑料闪烁体” 定位影响 颜色、化学淬灭不能 校正精度 共用曲线。,56,Packard Tri-carb2900TR SIS (Spectral Index of Sample),57,3.液体闪烁测量的本底,闪烁杯的天然放射性 40K 宇宙射线 光电倍增管暗电流 热噪音 化学发光chemiluinescence 磷光（phosphorescence）,58,闪烁杯内发生某种放能化学反应，部分能量以光子形式释出。 产生因素：样品、溶剂、溶液PH、漂白剂等 减弱化学发光的方法： 溶剂选用烷基苯类； 计数溶液PH7.0； 加热样品并静置一段时间。,化学发光（Chemiluminescence）,59,磷光（phosphorescence）,闪烁杯内容物在测量前受可见光或紫外光照射，受激后产生衰减较长的磷光。 减弱磷光的方法： 红灯下操作/暗适应 避免强光照射,60,4.符合与反符合线路 （coincidence circuit & anti-coincidence circuit）,61,5. 样品的制备（preparation of samples） 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液测量外，大多数须经加工处理方可测量。,目的：使样品符合液闪测量的方式 均相测量、非均相测量,62,均相测量（Homogenous counting）,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 水溶性样品：加助溶剂如醇类,63,含助溶剂常用配方,PPO 0.7% 二甲苯 650ml 乙二醇乙醚 350ml 容水量为1% 样品水量增加时，助溶剂要适当增加。,64,几种水溶性样品测量的闪烁液配方,65,均相测量要注意事项：,分相 禁用吸附脱色剂 杯壁吸附,66,67,68,非均相测量（Hetergenous counting） 样品在闪烁液中以非真溶液的形式进行测量 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。 常用活化剂： 乳化剂：Triton 系列如Triton X-100 表面活化剂：BBS系列如BBS-2,69,70,固相测量 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弥撒，直接进行测量。 常用支持物： 玻璃纤维滤膜（glass fiber filter) 纤维素酯滤膜（cellulose ester membrane) 纸片,71,固相测量 的特点：,优点：制样简单 样品可保存 闪烁液用量少，可重复使用 放射性废液少 缺点： 难于校正 （几何条件、局部吸收、自吸收等引起-谱变化较 复杂）。,72,样品处理方法：,酸消化法 碱消化法 燃烧法,73,74,6.契仑科夫计数 （Cerenkov Counting）,高能-射线的常规测量方法之一。 阈能：-粒子在任何介质中产生契仑科夫辐射的最低能量。 1（为介质折射率，为电子运动速度）,75,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，制样简单，无化学淬灭。 缺点：不适应于低能-射线测量，计数效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：,76,77,五、放射性测量的统计学,1.放射性测量的统计误差 标准误差 总体误差 计数率误差 反映样品测