GB T 16141-1995 放射性核素的α能谱分析方法.pdf

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1、中华人民共和国国家标准放射性核素的能谱分析方法GB/T 1 61 4 1 -1 995 Analytical method for radionuclides by al pha spectrometry 1 主题内容与适用范围本标准规定了用半导体谱仪测定放射性核素组成和含量的分析方法。本标准适用于生物样品和环境样品中的低水平放射性核素测定(能量低于10.0MeV)。2 方法原理样品经过前处理，化学分离，制成电沉积待测样品，置于具有一定真空度的由金硅面垒型半导体探测器组成的测量室内进行测量。由于粒子与探测器相互作用，在前置放大器输出端产生幅度正比于入射粒子能量的脉冲信号，经过线性放大输入多道脉

2、冲高度分析器分析，从而得到计数按能量(或道址)分布的粒子能谱。由此谱进行核素识别和活度测定。3 仪器设备3. 1 谱仪系统3. 1. 1 半导体探测器选用耗尽层厚度为60100m，灵敏面积大于100mm2的金硅面垒型探测器。常规测量中推荐采用灵敏面积为300mm2句对241Am的5.487MeV的粒子能量分辨率为2050keV，相应的探测效率不低于20%的探测器。3.1.2 稳压直流电源为探测器提供偏压。电压0300V连续可调，额定输出电流0500A。稳定度优于0.2%，纹波电压小于15mV。3.1.3 前置放大器要求使用低噪声电荷灵敏放大器。灵敏度为1X 1012 V /C，噪声不大于2.5

3、土O.03(keV /pF)。3. 1. 4 谱放大器应有与前置放大器和多道脉冲分析器相匹配的增益可调的放大器。增益变化优于0.3%，积分非线性不大于0.3%，噪声不大于10V。3.1.5 多道脉冲高度分析器应根据核素的组成及其谱的复杂程度，能量范围，探测器的分辨率等因素选择多道脉冲分析器的道数，一般应不低于512道。3.1.6 测量室由不锈钢制成，内装半导体探测器和样品架。样品架距探测器的距离可调。该室与真空系统相连。3. 2 真空系统真空系统主要包括机械真空泵、真空仪和真空阀门。本系统的真空度应满足4.1.3的要求。国家技术监督局1995-12-15批准1996-07-01实施GB/T 1

4、 61 41 -1 995 4 谱仪刻度4. 1 谱仪工作状态选择4. 1. 1 根据偏压-分辨率实验曲线，选择分辨率最好的偏压作为探测器的最佳偏压值。每一个探测器在使用前都必须进行偏压选择。4. 1. 2 根据样品的活度和所含核素的组成确定待测样品到探测器的距离，一般在220mm范围内选择，对于低活度放射性核素测定，选择23mm为宜。4.1.3 测量室的真空度一般控制在101Pa(1。一1102mmHg)。真空度不宜过高，以免引起核反冲造成对探测器的污染。4.2 能量刻度4.2.1 用于能量刻度的刻度糠必须是活度分布均匀、表面没有污染的电沉积源，其能量应能覆盖待测样品的能量范围。常用的单能或

5、多能刻度摞有239pu(5.157MeV) ,241Am(5. 487 MeV) ,2lOPo(5. 305 MeV)以及天然铀(4.207. 688 MeV)和天然仕(4.01 8. 785 MeV)等电沉积源。4.2.2 选择两个以上单能源或一个多能源刻度谱仪的能量响应。通常使能量-道址转换系数小于每道10keV，能量非线性不得超过1%。4.2.3 应经常注意能量-道址关系的变化，如果斜率和截距有明显变化，影响测量时，必须重新刻度。4.3 效率刻度4.3.1 用于效率刻度的刻度源必须满足均匀性好，活度不确定度应小于士3.5%，其几何形状、大小与待测样品相同。对于低活度放射性核素的测定，要求

6、刻度糠的活度为待测样品的1030倍。4. 3. 2 刻度源与探测器的相对几何位置必须是严格可重复的。4. 3. 3 谱仪的探测效率按式(1)计算，探测效率的相对标准差应小于士5%。E=去式中:且一一谱仪的探测效率;R，一一刻度源的净计数率，S一1;凡一一刻度源的粒子绝对发射率，S一l。4.3.4 谱仪的探测效率确定以后，如测量的几何条件，系统的配置等有变化时，必须重新刻度。4.4 谱仪的稳定性在室温条件下，谱仪连续工作24h.谱峰稳定度应小于0.2%。5 样品的制备5. 1 一次分析所需样品量a. 最少样品量按式(2)计算:Q=LLD -mm Cj. Y 式中:Qmin 一次分析需要的最少样品

7、量，g(L); LLD一一谱仪的探测下限，Bq;Ci一一预计样品中被测核素的浓度，Bq/g(Bq/L); Y一一被测核素的化学回收率。b. 最多样品量按式(3)计算:Q-51a-m 一-max Cj Y 式中:Qmax 一次分析所取样品量的上限值.g(L); . ( 1 ) . ( 2 ) . ( 3 ) G/T 1 61 41 -1 995 Sj一一被测核素的比活度，Bq/lg;a一一待测样品的有效面积，cm2;m一一被测核素的最大允许质量厚度，10g/cm20Cj，Y的意义同式(2)。5.2 选择一种活度已知的核素作为示踪剂加入被分析样品中，以便校正核素的化学回收率。加入的示踪剂应是被分析

8、核素的一种同位素，要求活度准确，半衰期长。加入量的多少根据被分析核素的活度和能量而定，以能满足计数的统计要求和不干扰被测核素的分析为宜，一般取几个102Bq。5. 3 根据不同的样品和核素选用不同的样品前处理方法和化学分离程序，对被分析核素进行分离、纯化。5.4 将被测核素电沉积在一个不锈钢盘上(或钳盘上)。待测样品的有效面积应小于探测器的灵敏面积。对于化学回收率较高的厚惊，可以榕解后，重新制备。电沉积源制好后，应及时进行能谱测量，以避免子体生长而干扰被测核素的分析。5. 5 用同样的方法，制备试剂空白样品。6 测量6.1 用刻度好的谱仪测量仪器本底和试剂空白样品的谱。对一特定的化学分析程序，

9、应测35个试剂空白样品，求出各个待测核素所在能区范围内的仪器本底加试剂空白样品的平均计数率(cps)。6.2 在与6.1完全相同的仪器状态下，测量待测样品的谱。测量时间根据被测核素的活度和要求的精度控制。7 能i曾分析方法7. 1 能峰面积的确定从测量的能谱中确定各能峰对应的能量和峰面积。对于发射多种能量射线的核素，能峰面积应包括全部能峰。用同样的方法确定相应的仪器本底和试剂空白样品的峰面积。7.2 被测核素的活度计算a. 加入的示踪剂是辐射体(如229Th,232U , 242pU , 243 Am等)时，式中:Aj被测核素的活度，Bq;A, 加入示踪剂的活度，Bq;N jTj - NbjT

10、b Ai = At :1/1 , N ,/T j - Nb,/Tb Nj一一被测核素所在能区的积分计数;Nbj一上述能区内仪器本底加试剂空白样品的积分计数;Nt一一示踪剂所在能区的积分汁数;Nht 示踪剂所在能区的仪器本底加试剂空白样品的积分计数;T j 样品的计数时间，S;Tb一本底计数时间，sob. 加入的示踪剂不是辐射体(如234Th)时，At-NJTt lVbi/Tb E.y 式中:E谱仪的探测效率;Y-一示踪剂的化学回收率。Aj，此，Nbj，Tj，Tb的意义同式(4)。7. 3 示踪剂化学回收率的计算 ( 4 ) ( 5 ) 式中:Y一一示踪剂的化学回收率;Nt一一示踪剂的净计数;A

11、t一一加入示踪剂的活度.Bq;E一一仪器的探测效率;T一一一计数时间.8。7. 4 被测核素的浓度计算GB/T 1 61 4 1 -1 995 Y一二Nt一-At E T Aj Cj =否式中:Cj一一一被测核素的改度.Bq/g(Bq/L); Q 被测样品的用量.g(L); Aj一一被测核素的活度.Bq。7. 5 干扰7.5.1 分辨率大于25keV时可能有相互叠加的峰，对这种峰应进行校正。. ( 6 ) . ( 7 ) 7. 5. 2 在同时分析一种元素的多种同位素时，各个同位素之间的能峰叠加造成相互干扰。可采取重峰分析和根据核素的分支比进行修正。8报告8.1 样品分析报告应包括核素的浓度和

12、相应的计数标准差，并注明所采用的置信度。对于低于探测下限的核素，其浓度以小于LLD表示。其他如刻度误差，化学回收率误差也需要在报告中注明。8. 2 样品计数标准差S。用式(8)计算:50 =在丐. ( 8 ) 式中:此一一被测核素所在能区的积分计数;Nb一一相应能区内的仪器本底和试剂空白样品的积分计数;1一一样品计数时间，的Tb一一试剂空白样品计数时间，8。A1 设备GB/T 16141一1995附录A待测样品电沉积源的制备(参考件)A1.1 直流电源:电压为O12V，电流为O2A。A 1. 2 可以拆卸的电沉积槽装置(见图Al)。铀阳极丝玻璃电解槽不锈钢套/一一一一图Al电沉积装置图A1.3

13、 电沉积阴极是一直径20mm，厚度为0.5mm的不锈钢盘(或铀盘)。盘面必须磨光并清洗干净，阳极用直径为1mm的铀丝制成，丝的一端制成直径为8mm圆环状。A2 电沉积A2.1 将经分离纯化的样品溶液蒸至近干。A2.2 用5mL的电解被溶解样品残渣，加热。A2.3 转移样品溶液至电沉积槽内，然后用510mL电解液洗烧杯，并将洗液一并转入到电沉积槽内。GB/T 1 61 41 -1 995 A2.4 加34滴百里酣蓝指示剂，然后用1.8 mol的硫酸或浓氢氧化锻(或两者)调节样品溶被的pH值，直到榕液变为粉红色为止。A2.5 放置铀阳极到电沉积槽内，阳极距阴极的距离为1cm。A2.6 连结电极至电

14、源。打开电源，调节电流为1.2 A.电沉积1h。A2.7 1 h后，加1mL浓氢氧化锻至电沉积槽内，再继续电沉积1min。A2.8 取出阳极，关掉电源。弃去电解液，然后用0.15mol氢氧化镀洗电沉积槽3次。A2.9 拆开电沉积装置，取出电沉积源，用酒精冲洗，吸去过剩烟精，烤干。附录B能谱分析的探测下限(参考件)B1 能谱分析的探测下限可近似地用式(Bl)计算:LLD (K+Ks。(B1 ) 式中:凡一-与预选的错误判断放射性存在的风险概率()相应的标准正态变量的上限百分位数值;K一-与探测放射性存在的预选置信度(1)相应的值;S。一一样品净放射性的标准偏差。B2 如果和日在同一水平上，则K=

15、K=K。LLD 2KS。( B2 ) 的如果总样品放射性与本底接近，则可进一步简化: I lT LLD 2 v2 KSb = 2. 83K工二-.( B3 ) Tb 式中:Tb一-本底谱测量时间，S;Nb一-本底谱中相应于某一核素能区范围内的本底积分汁数pSb一本底计数率的标准偏差。对于不同的值.K值为表B1所列: 1一自0.01 O. 99 0.02 O. 98 0.05 O. 95 0.10 O. 90 0.20 0.80 O. 50 0.50 B4 探测下限以浓度表示，则有:式中:S。一样品净放射性的标准偏差;E 谱仪的探测效率;Y一-被测核素的化学回收率;Q 样品用量.g(L)。表Bl

16、2KSn LLU句一-一一二一Ea 0 y 0 Q K 2. 327 2.054 1. 645 1. 282 0.842 0 2 ./2 K 6. 59 5.81 4.66 3. 63 2. 38 0 ( B4 ) GB/T 1 61 4 1 -1 995 附录C 按原子序数编排的辐射体(参考件)核素半衰期主要能量，MeV比活度，Bq/gNd-144 2.1 E15 a 1. 83 Sm-146 1. 0 E8 a 2.50 Sm-147 1. 07 E11 a 2.232 Gd-148 93 a 3.18 Gd-150 1. 2 E5 a 2.73 Dy-154 1. 0 E6 a 2.85

17、 Bi-210m 2.6 E6 a 4.953(57.6%户，4.916(36.0%),4.568(6.0%) 2.42 E7 Bi-211 2.15 min 6.622(84.2%) , 6.278(1 5.8%) Bi-212 60. 6 6.050(69.9%) , 6.090(27.1%) ,5.764(1. 72%) , 口un5.601 (1 .12%) Po-206 8. 8 d 5.22 Po-208 2. 93 a 5.10 2.17 E13 Po-209 1. 03 E2 a 4.88 6.14 E11 Po-210 138.4 d 5.305 1. 66 E14 Po-2

18、12 0.30 s 8.785 Po-213 4. 2 s 8. 377 Po-214 162 s 7.688 Po-215 1. 78 ms 7.384 Po-216 0.15 s 6.777 Po-218 3. 05 min 6.000 At-211 7.21 h 5.862 At-217 30 ms 7.066 Rn-219 4.0 s 6.817(81%) ,6.551 (11. 5%) ,6.423(7.5%) Rn-220 55.3 s 6.288 Rn-222 3. 824 d 5.486 Fr-221 4.8 min 6.340(82%) ,6.116(1 6.2%) ,6.2

19、43(1 .6%) Ra-223 11. 4 d 5.714(53%) , 5.605(24%) , 5.745(9%) , 5.537(9%) , 5.432(2.4%) Ra-224 3. 64 d 5.684(94.8%) ,5.448(5.2%) Ra-226 1. 6 E3 a 4.781(94.5%) ,4.598(5.5%) 3.66 E9 Ac-225 10.0 d 5.825(52%) , 5.785(29%) ,5.724(9.5%) , 5.630(4.0%) , 5.716(2.6%) ,5.675(1 .0%) Th-227 18. 5 d 6.036 (24.5%)

20、 , 5.976 (23.4%) , 5.755 (20.3%) , 5.707 (8.2%) ,5.711(4.9%) ,5.699(3.6%) Th-228 1. 91 a 5.424(71%) , 5.341(28%) 3.03 E12 Th-229 7.34 E3 4.942(58%) ,4.899(1 0.7%) ,4.811 (11. 4%) , 7.88 E9 a 5.054 (6.7%) ,4.967(6%) Th-230 8.0 E4 a 4.687(76%) ,4.620(24%) 7.18 E8 GB/T 1 61 4 1 -1 995 续表核素半衰期主要能量，MeV比活

21、度，Bq/gTh-232 1. 41 E10 a 4.01(76%) ,3.95(24%) 4.03 E3 Pa-231 3.25 E4 a 5.005 (25%) , 4.943 (22.8%) , 5.022 (20%) , 5.051 1. 76 E9 (11. 0%) ,4.729(8.4%) U-230 20.8 d 5.89(67%) , 5.82(32%) U-232 72 a 5.32(68%) ,5.27(32%) 7.92 Ell U-233 1. 62 E5 a 4.821(83.4%) ,4.778(14.6%) 3.50 E8 U-234 2.47 E5 a 4.77

22、3(72%) ,4.722(28%) 3.29 E8 U-235 7.1 E8 a 4.396(57%) ,4.366 (1 8%) ,4.216(5.7%) ,4.597(4.6%) 8.14 E4 U-236 2.39 E7 a 4.49(76%) ,4.44(24%) 2.35 E5 啕J-2384.51 E9 a 4.20(75%) ,4.15(25%) 1. 23 E4 Np-237 2.14 E6 a 4.786(42%) ,4.769(28%) ,4.636(6%) ,4.661(5.5%) 2.61 E7 Pu-236 2. 85 a 5.769(69%) ,5.722(31%

23、) 1. 96 E13 Pu-2:8 86.4 a 5.499(72%) , 5.456(28%) 6.44 E11 Pu-239 2.44 E4 a 5.157(73.3%) ,5.145(1 5%) , 5.107(11. 5%) 2.27 E9 Pu-240 6.58 E3 a 5.168(76%) ,5.123(24%) 8.36 E9 Pu-242 3.79 E5 a 4.903(76%) ,4.863(24%) 1. 44 E8 Am-241 4.58 E2 a 5.487(85%) ,5. 444(l3%) 1. 20 E11 Am-243 7.95 E3 a 5.276(87.

24、9%) ,5.234(1 0.6%) 6.85 E9 Cm-240 26.8 d 6.294(72%) , 6.250(28%) Cm-242 162.5 d 6.115(73.5%) , 6.07(26.5%) 1. 29 E14 Cm-243 32 a 5.786(73%) ,5.742(11. 5%) ,5.994(6%) , 6.061(5%) 1. 70 E12 Cm-244 17. 6 a 5.808(76.7%) , 5.766(23.3%) 3.08 E12 Cm-245 9.3 E3 a 5.362(80%) ,5.461 (8%).5.306(7 %) 5.81 E9 Cm

25、-246 5.5 E3 a 5.396(81%) ,5.342(1 9%) 9.77 E9 Cm-248 4.7 E5 a 5.08(82%) ,5.04(1 8%) 1. 14 E8 Bk-247 1. 4 E3 a 5.52(58%) ,5.68(37%) ,5.31(5%) 3.81 E10 Cf-248 350 d 6.27(82%) , 6.22 (1 8%) 5.55 E13 Cf-249 360 a 5.812(84%) ,5.755(4.4%) 1. 48 E11 c250 13.2 a 6.031(83%) ,5.987(1 7%) 4.00 E12 Cf-251 800 a

26、 5.666(55%) ,5.846(45%) 6.57 E10 Cf-252 2. 646 a 6.119(84.3%) ,6.076 (1 5.5%) 1. 98 E13 Es-252 140 d 6.64(82%) , 6.58 (1 3%) 1. 38 E14 Es-253 20.47 d 6.64(90%) , 6.597(6.6%) Es-254 276 d 6.437(93%) , 6.367(2.9%) 6.88 E13 Es-255 38. 3 d 6. 307 Fm-253 3 d 6.96(81. 8%) ,6.91 (1 8.2%) Fm-257 80 d 6.526(94%) , 6.703(3.2%) , 6.450(2.2%) 注:括号内为分支比一一两种或两种以上特定方式的衰变的分支份额的比。G/T 1 61 4 1 -1 995 附加说明z本标准由中华人民共和国卫生部提出。本标准由卫生部工业卫生实验所负责起草。本标准主要起草人侯庆梅、郭芙蓉。本标准由卫生部委托技术归口单位卫生部工业卫生实验所负责解释。