一種水中總α/β的液體閃爍能譜儀快速分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種水中總α/β的液體閃爍能譜 儀快速分析方法，采用譜反卷積快速分析水中總α /β，可用于放射性廢水、工業(yè)廢水、生活 飲用水或環(huán)境水樣等領(lǐng)域總α/β的分析。
【背景技術(shù)】
[0002] 在環(huán)境放射性監(jiān)測(cè)工作中，樣品總放射性即總α/β測(cè)量能夠在短時(shí)間內(nèi)給出環(huán) 境中放射性的總體評(píng)價(jià)，進(jìn)而指導(dǎo)后續(xù)分析測(cè)量和廢物治理工作。同時(shí)，總α/β也是核輻 射應(yīng)急監(jiān)測(cè)中的首選檢測(cè)對(duì)象之一。因此，形成一套完善的總α/β分析方法具有重要意 義。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外分析水中總α/β的儀器主要是低本底α、β測(cè)量系統(tǒng)和液體閃爍 能譜儀（下稱液閃）。國(guó)內(nèi)水中總α / β的分析主要采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法GB/T5750. 13-2006， 其原理是水樣經(jīng)過濃縮處理后，轉(zhuǎn)化成固體樣品源，在低本底α、β測(cè)量系統(tǒng)的α道測(cè)量 α計(jì)數(shù)、β道測(cè)量β計(jì)數(shù)。低本底α、β測(cè)量系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是存在樣品自吸收問題， 樣品源越厚自吸收越嚴(yán)重，為提高測(cè)量精度，需對(duì)α放射源和β放射源分別進(jìn)行自吸收校 正。對(duì)于低能β核素，自吸收干擾尤為嚴(yán)重，因此，該標(biāo)準(zhǔn)不適用于高鹽或高礦化度水中總 β放射性活度分析。
[0004] 在國(guó)外，研究液閃測(cè)量水中總α / β的報(bào)道較多。用液閃測(cè)量總α / β時(shí)，α與β 最佳分離的關(guān)鍵是確定最佳的脈沖形狀分析器（下稱PSA)。傳統(tǒng)的α/β甄別方法為：在 不同PSA水平掃描純?chǔ)练派湫詷?biāo)準(zhǔn)源如241Am和純?chǔ)路派湫詷?biāo)準(zhǔn)源如9°Sr，然后利用溢出 效率與PSA進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，如附圖1所示，在兩條曲線的交叉點(diǎn)，α脈沖溢出到β-多道分 析器（β-MCA)的溢出效率Ea ￡和β脈沖溢出到α-多道分析器（α-MCA)的溢出效率E ef相等，并且認(rèn)為這時(shí)的溢出效率最小，該點(diǎn)為最佳PSA。通過研究發(fā)現(xiàn)，該方法存在片面性， 僅適用于同等活度α/β放射性標(biāo)準(zhǔn)源，而對(duì)于α/β放射性活度不同的標(biāo)準(zhǔn)源，實(shí)驗(yàn)得到 的最佳PSA與實(shí)際最佳PSA存在一定偏差。另一方面，傳統(tǒng)的液閃分析總α/β的方法為 效率示蹤法，即根據(jù)特定條件下的探測(cè)效率和溢出效率計(jì)算樣品總α/β活度，而探測(cè)效 率及其溢出效率隨樣品總α/β活度比和猝滅水平的變化而變化，因此，需對(duì)不同活度a/ β混合樣分別進(jìn)行探測(cè)效率和溢出效率猝滅校正。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是：提供一種同樣適用于普通水樣和高鹽水樣的總α/β測(cè)量方 法。該方法一方面采用液閃測(cè)量，可以避免樣品固化處理及自吸收校正等繁復(fù)工作，操作簡(jiǎn) 便、快速；另一方面，采用譜反卷積法和Matlab編程運(yùn)算處理原始測(cè)量數(shù)據(jù)，解決了總a / β同步分析中效率不穩(wěn)定及相互干擾問題。同時(shí)，本發(fā)明提出了基于總不確定度最小化的 優(yōu)化原則，獲得了適用于環(huán)境樣品（一定猝滅范圍、不同活度比）中α/β甄別的最優(yōu)化 PSA0
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案：一種水中總α/β的液體閃爍能譜儀快速分析方法，該分析 方法包括下述步驟： 一、 樣品前處理：在現(xiàn)場(chǎng)采集IL新鮮水樣，經(jīng)0. 45 μ m微孔濾膜抽濾后，用酸酸化至pH 為0.8~1.2,于180~220°C蒸發(fā)濃縮，然后，用不含α和β放射性的去離子水定容，用 飽和氫氧化鈉調(diào)溶液PH為3~7,具體樣品濃縮倍數(shù)跟樣品含鹽量相關(guān)，普通水樣最終定容 至50mL，高鹽水樣則需定容至200mL，搖勾濃縮水樣；取8mL濃縮水樣和閃爍液于20mL聚乙 烯塑料瓶，混合均勻，在暗室放置24h后，待測(cè)； 二、 最佳？34優(yōu)化：將總活度水平為4。：4{!= 1000:1000(^111和4。：4{! = 5600:2000(^111， SQP(E)均為780的四個(gè)放射性標(biāo)準(zhǔn)源，在不同PSA水平測(cè)量，計(jì)算溢出效率EafAfif和總溢 出效率Egross，繪制每個(gè)溢出效率與PSA的變化曲線圖，其中總溢出效率Egross變化曲線的最 低點(diǎn)溢出效率最小，即該點(diǎn)a / β誤分類最小，該最低點(diǎn)對(duì)應(yīng)的PSA為最佳的PSA ;通過該 方法獲得最佳PSA，對(duì)于同等活度α/β混合樣，最佳PSA= 100;而對(duì)于不同活度比的a / β混合樣品，Ae :Aa彡2時(shí)，最佳PSA = 120 ; 三、 系列放射性標(biāo)準(zhǔn)源測(cè)量：用猝滅劑制備猝滅水平SQP(E)為600~780,放射性活度 均為1000 dpm的9°Sr和241Am系列放射性標(biāo)準(zhǔn)源，分別在PSA為100和120條件下測(cè)量，每 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)量15min ; 四、 系列樣品測(cè)量：為α/β混合樣測(cè)量模式：多道分析器設(shè)置選alpha/beta，PSA初 步選擇100,初步選擇測(cè)量時(shí)間為Ih ; 五、 數(shù)據(jù)處理：利用譜反卷積法處理數(shù)據(jù)，首先利用傅立葉級(jí)數(shù)擬合標(biāo)準(zhǔn)樣品譜：
式！中，ω =〇和ω = C^=M分別是譜的第一個(gè)和最后一個(gè)值；N是諧波數(shù)，值為 15 ;系數(shù) a, b 和 c# :a = y 0
上式中： Y1j=y-(a+b〇j) Coj= j = 1，2, ...，M 然后再用譜反卷積法反演未知樣品譜，譜反卷積法要滿足表達(dá)式： min { Σ [y; (90Sr+241Am) -ay； (90Sr) -by； (241Am) ]2}(式 2) 式2中9°Sr和241Am代表混合樣品中的總α、β放射性核素，71為括弧中核素在i道的 計(jì)數(shù)，a和b是從最小二乘擬合得到的參數(shù)，使用式2的前提是所有譜即混合樣、每個(gè)單標(biāo) 準(zhǔn)都在相同的猝滅水平，α/β的活度表達(dá)式為： Α( β ) = aXA(90Sr)(式 3) Α(α) = bXA (241Am)(式 4) 式3和4中，Α(β)、Α(α)分別為混合樣總β和總α放射性總活度，dpm ;Af°Sr)、 A(241Am)分別為標(biāo)準(zhǔn)校正源9°Sr和241Am的放射性總活度，dpm ;為扣除3H的貢獻(xiàn)，所選擇處 理的數(shù)據(jù)范圍為β -MCA和a -MCA在200-900計(jì)數(shù)道的數(shù)據(jù)；選取與樣品猝滅水平一致且 在相同PSA條件測(cè)量的9°Sr和241Am放射性標(biāo)準(zhǔn)源擬合樣品譜，采用Matlab軟件處理數(shù)據(jù)； 若初步分析結(jié)果Afi: Aa多2,則需在PSA = 120條件下重新測(cè)量，根據(jù)樣品活度確定測(cè)量時(shí) 間。所述閃爍液為Optiphase HiSafe 3閃爍液或Ultima Gold LLT閃爍液或Ultima Gold XR閃爍液。所述猝滅劑可為硝基甲烷或四氯化碳或鉻酸鈉溶液。
[0007] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明采用液閃測(cè)量樣品源，避免了樣品自吸收干擾，普通水 樣和高鹽水樣都可以分析，水樣濃縮后可以不經(jīng)過固化處理直接測(cè)量，操作簡(jiǎn)便、快速；針 對(duì)傳統(tǒng)α/β甄別所用PSA優(yōu)化方法的片面性，提出了基于總不確定度最小化的優(yōu)化原則， 獲得了普遍適用于環(huán)境水樣中α/β甄別的最優(yōu)化PSA?？偊僚c總β活度相同的α/β 混合樣品，最佳PSA = 100, Ae :Αα彡2時(shí)，最佳PSA = 120 ;在數(shù)據(jù)處理方面，采用譜反卷積 法對(duì)原始液閃譜圖進(jìn)行重新解譯，并利用Matlab編程運(yùn)算，有效解決了傳統(tǒng)α/β效率示 蹤法效率不穩(wěn)定及相互干擾問題，提高了分析速度和精度。
【附圖說明】
[0008] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0009] 附圖1為源活度均為1000 dpm的9°Sr和241Am放射性標(biāo)準(zhǔn)源在外標(biāo)猝滅指示參 數(shù)（下稱SQP(E))為783的溢出效率變化曲線圖；附圖2為源活度均為1000 dpm的9°Sr和241Am放射性標(biāo)準(zhǔn)源在SQP(E)為783的溢出效率變化曲線圖；附圖3為源活度分別為5600、 2000dpm的9°Sr和241Am放射性標(biāo)準(zhǔn)源在SQP (E)為783的溢出效率變化曲線圖；附圖4為 不同活度9°Sr和241Am放射性標(biāo)準(zhǔn)源優(yōu)化的最佳PSA。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 所述實(shí)施例詳細(xì)說明了本發(fā)明。在這些實(shí)施例中，閃爍液由美國(guó)PerkinElmer公 司提供；所有放射性標(biāo)準(zhǔn)和待測(cè)樣品源均按照體積比為8:12的樣品和閃爍液比例制備；241Am和9°Sr由中國(guó)原子能科學(xué)研究院提供，分別作為α和β校正的放射性標(biāo)準(zhǔn)源；dpm為 放射性活度位，Idpm = 0· 017Bq。
[0011] 實(shí)施例1、用去離子水和閃爍液制備活度水平為Aa :AP= 1000: 1000 dpm和A α :AP=5600:2000dpm的四個(gè)放射性標(biāo)準(zhǔn)源，在PSA為50-150范圍測(cè)量，溢出效率隨PSA的變化 曲線參見附圖2和附圖3所示。
[0012] 同等活度水平的α/β混合樣品，溢出效率EaJPE ef變化曲線的交叉點(diǎn)與總溢 出效率Egrass變化曲線的最低點(diǎn)在同一 PSA上，該點(diǎn)的溢出效率最小且對(duì)