一种水中总α/β的液体闪烁能谱仪快速分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水环境监测技术领域，特别是涉及一种水中总α/β的液体闪烁能谱 仪快速分析方法，采用谱反卷积快速分析水中总α /β，可用于放射性废水、工业废水、生活 饮用水或环境水样等领域总α/β的分析。
【背景技术】
[0002] 在环境放射性监测工作中，样品总放射性即总α/β测量能够在短时间内给出环 境中放射性的总体评价，进而指导后续分析测量和废物治理工作。同时，总α/β也是核辐 射应急监测中的首选检测对象之一。因此，形成一套完善的总α/β分析方法具有重要意 义。
[0003]目前，国内外分析水中总α/β的仪器主要是低本底α、β测量系统和液体闪烁 能谱仪（下称液闪）。国内水中总α / β的分析主要采用国家标准方法GB/T5750. 13-2006， 其原理是水样经过浓缩处理后，转化成固体样品源，在低本底α、β测量系统的α道测量 α计数、β道测量β计数。低本底α、β测量系统的主要缺点是存在样品自吸收问题， 样品源越厚自吸收越严重，为提高测量精度，需对α放射源和β放射源分别进行自吸收校 正。对于低能β核素，自吸收干扰尤为严重，因此，该标准不适用于高盐或高矿化度水中总 β放射性活度分析。
[0004] 在国外，研究液闪测量水中总α / β的报道较多。用液闪测量总α / β时，α与β 最佳分离的关键是确定最佳的脉冲形状分析器（下称PSA)。传统的α/β甄别方法为：在 不同PSA水平扫描纯α放射性标准源如241Am和纯β放射性标准源如9°Sr，然后利用溢出 效率与PSA进行数据拟合，如附图1所示，在两条曲线的交叉点，α脉冲溢出到β-多道分 析器（β-MCA)的溢出效率Ea ￡和β脉冲溢出到α-多道分析器（α-MCA)的溢出效率E ef相等，并且认为这时的溢出效率最小，该点为最佳PSA。通过研究发现，该方法存在片面性， 仅适用于同等活度α/β放射性标准源，而对于α/β放射性活度不同的标准源，实验得到 的最佳PSA与实际最佳PSA存在一定偏差。另一方面，传统的液闪分析总α/β的方法为 效率示踪法，即根据特定条件下的探测效率和溢出效率计算样品总α/β活度，而探测效 率及其溢出效率随样品总α/β活度比和猝灭水平的变化而变化，因此，需对不同活度a/ β混合样分别进行探测效率和溢出效率猝灭校正。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是：提供一种同样适用于普通水样和高盐水样的总α/β测量方 法。该方法一方面采用液闪测量，可以避免样品固化处理及自吸收校正等繁复工作，操作简 便、快速；另一方面，采用谱反卷积法和Matlab编程运算处理原始测量数据，解决了总a / β同步分析中效率不稳定及相互干扰问题。同时，本发明提出了基于总不确定度最小化的 优化原则，获得了适用于环境样品（一定猝灭范围、不同活度比）中α/β甄别的最优化 PSA0
[0006] 本发明的技术方案：一种水中总α/β的液体闪烁能谱仪快速分析方法，该分析 方法包括下述步骤： 一、 样品前处理：在现场采集IL新鲜水样，经0. 45 μ m微孔滤膜抽滤后，用酸酸化至pH 为0.8~1.2,于180~220°C蒸发浓缩，然后，用不含α和β放射性的去离子水定容，用 饱和氢氧化钠调溶液PH为3~7,具体样品浓缩倍数跟样品含盐量相关，普通水样最终定容 至50mL，高盐水样则需定容至200mL，摇勾浓缩水样；取8mL浓缩水样和闪烁液于20mL聚乙 烯塑料瓶，混合均匀，在暗室放置24h后，待测； 二、 最佳？34优化：将总活度水平为4。：4{!= 1000:1000(^111和4。：4{! = 5600:2000(^111， SQP(E)均为780的四个放射性标准源，在不同PSA水平测量，计算溢出效率EafAfif和总溢 出效率Egross，绘制每个溢出效率与PSA的变化曲线图，其中总溢出效率Egross变化曲线的最 低点溢出效率最小，即该点a / β误分类最小，该最低点对应的PSA为最佳的PSA ;通过该 方法获得最佳PSA，对于同等活度α/β混合样，最佳PSA= 100;而对于不同活度比的a / β混合样品，Ae :Aa彡2时，最佳PSA = 120 ; 三、 系列放射性标准源测量：用猝灭剂制备猝灭水平SQP(E)为600~780,放射性活度 均为1000 dpm的9°Sr和241Am系列放射性标准源，分别在PSA为100和120条件下测量，每 个标准样品测量15min ; 四、 系列样品测量：为α/β混合样测量模式：多道分析器设置选alpha/beta，PSA初 步选择100,初步选择测量时间为Ih ; 五、 数据处理：利用谱反卷积法处理数据，首先利用傅立叶级数拟合标准样品谱：
式！中，ω =〇和ω = C^=M分别是谱的第一个和最后一个值；N是谐波数，值为 15 ;系数 a, b 和 c# :a = y 0
上式中： Y1j=y-(a+b〇j) Coj= j = 1，2, ...，M 然后再用谱反卷积法反演未知样品谱，谱反卷积法要满足表达式： min { Σ [y; (90Sr+241Am) -ay； (90Sr) -by； (241Am) ]2}(式 2) 式2中9°Sr和241Am代表混合样品中的总α、β放射性核素，71为括弧中核素在i道的 计数，a和b是从最小二乘拟合得到的参数，使用式2的前提是所有谱即混合样、每个单标 准都在相同的猝灭水平，α/β的活度表达式为： Α( β ) = aXA(90Sr)(式 3) Α(α) = bXA (241Am)(式 4) 式3和4中，Α(β)、Α(α)分别为混合样总β和总α放射性总活度，dpm ;Af°Sr)、 A(241Am)分别为标准校正源9°Sr和241Am的放射性总活度，dpm ;为扣除3H的贡献，所选择处 理的数据范围为β -MCA和a -MCA在200-900计数道的数据；选取与样品猝灭水平一致且 在相同PSA条件测量的9°Sr和241Am放射性标准源拟合样品谱，采用Matlab软件处理数据； 若初步分析结果Afi: Aa多2,则需在PSA = 120条件下重新测量，根据样品活度确定测量时 间。所述闪烁液为Optiphase HiSafe 3闪烁液或Ultima Gold LLT闪烁液或Ultima Gold XR闪烁液。所述猝灭剂可为硝基甲烷或四氯化碳或铬酸钠溶液。
[0007] 本发明的有益效果：本发明采用液闪测量样品源，避免了样品自吸收干扰，普通水 样和高盐水样都可以分析，水样浓缩后可以不经过固化处理直接测量，操作简便、快速；针 对传统α/β甄别所用PSA优化方法的片面性，提出了基于总不确定度最小化的优化原则， 获得了普遍适用于环境水样中α/β甄别的最优化PSA。总α与总β活度相同的α/β 混合样品，最佳PSA = 100, Ae :Αα彡2时，最佳PSA = 120 ;在数据处理方面，采用谱反卷积 法对原始液闪谱图进行重新解译，并利用Matlab编程运算，有效解决了传统α/β效率示 踪法效率不稳定及相互干扰问题，提高了分析速度和精度。
【附图说明】
[0008] 下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0009] 附图1为源活度均为1000 dpm的9°Sr和241Am放射性标准源在外标猝灭指示参 数（下称SQP(E))为783的溢出效率变化曲线图；附图2为源活度均为1000 dpm的9°Sr和241Am放射性标准源在SQP(E)为783的溢出效率变化曲线图；附图3为源活度分别为5600、 2000dpm的9°Sr和241Am放射性标准源在SQP (E)为783的溢出效率变化曲线图；附图4为 不同活度9°Sr和241Am放射性标准源优化的最佳PSA。
【具体实施方式】
[0010] 所述实施例详细说明了本发明。在这些实施例中，闪烁液由美国PerkinElmer公 司提供；所有放射性标准和待测样品源均按照体积比为8:12的样品和闪烁液比例制备；241Am和9°Sr由中国原子能科学研究院提供，分别作为α和β校正的放射性标准源；dpm为 放射性活度位，Idpm = 0· 017Bq。
[0011] 实施例1、用去离子水和闪烁液制备活度水平为Aa :AP= 1000: 1000 dpm和A α :AP=5600:2000dpm的四个放射性标准源，在PSA为50-150范围测量，溢出效率随PSA的变化 曲线参见附图2和附图3所示。
[0012] 同等活度水平的α/β混合样品，溢出效率EaJPE ef变化曲线的交叉点与总溢 出效率Egrass变化曲线的最低点在同一 PSA上，该点的溢出效率最小且对