放射性标记物是如何制备的？

放射性同位素发出的辐射与物质相互作用，会直接或间接产生电离和激发效应，这些效应可以用来探测放射性的存在以及放射性同位素的性质和强度。用来记录各种射线数量，测量射线强度，分析射线能量的仪器统称为探头。测量射线有各种各样的仪器和方法，正如麦凯在1953中所说:“每当一个物理学家观察到由原子粒子引起的新效应时，他就试图利用这种新效应制造一个探测器”。一般来说，探测器分为两类。一类是“径迹型”探测器，如照相乳剂、云室、气泡室、火花室、介电粒子探测器、光致变色探测器等，主要用于高能粒子物理领域。二、信号探测器，包括电离计数器、正比计数器、盖革计数器、闪烁计数器、半导体计数器和切伦科夫计数器，越来越广泛地应用于低能核物理、辐射化学、生物学、生物化学、分子生物学和地质学，尤其是闪烁计数器是生化和分子生物学研究中的必备仪器之一。

一、闪烁探测器

1.检测原理

闪烁探测器由闪烁体、光电倍增管、电源和放大器-分析器-定标器系统组成。现代闪烁探测器通常配备有计算机系统来处理测量结果。当射线穿过闪烁体时，闪烁体被射线电离激发，发出一定波长的光。这些光子撞击光电倍增管的光阴极，产生光电效应，释放电子。电子流经光电倍增管的多级阴极电路，逐级放大或为电脉冲，输入电子电路部分，然后由定标器记录。光阴极产生的电子数与照射其上的光子数成正比，即放射性同位素越多，在闪烁体上引起的闪烁越多，仪器记录的脉冲也越多。测量结果可以用计数率表示，即每分钟射线计数次数(简写为cpm)。现代计数装置通常可以同时给出衰变率，即每分钟计数次数(简写为dpm)、计数效率(E)、测量误差等数据。闪烁探测器是近年来发展迅速、应用广泛的核探测器，其核心结构之一是闪烁体。闪烁体在很大程度上决定了计数器的质量。

2.荧光材料

闪烁体是一种能够吸收能量，并在大约一微秒或更短的时间内将部分吸收的能量以光的形式重新发射出来的材料。闪烁体分为两类:无机闪烁体和有机闪烁体。闪烁体的必要性能是它们应该对自身发射的光子高度透明。闪烁体吸收其自身发射的一些光子的比例随闪烁材料而变化。无机闪烁体[如NaL (TL)和ZnS (Ag)]几乎100%透明，而有机闪烁体(如蒽、塑料闪烁体和液体闪烁体)一般透明度较低。现在常用的几种闪烁体是:(1)无机晶体，主要是有或没有杂质的碱金属碘化物；(2)有机晶体均为未取代或取代的芳烃；(3)液体有机溶液，即液体闪烁体；(4)塑料溶液中的有机溶液就是固溶体闪烁体。

3.光电倍增管

它是闪烁探测器的重要组成部分之一。它的部件是光阴极和倍增电极。光电阴极用于将闪烁体的光信号转化为电信号，倍增电极作为放大器，放大倍数大于106。光阴极上产生的电子通过加速飞向倍增电极，电子的倍增发生在每个倍增电极上。倍增电极的倍增系数与施加的电压成正比，所以光电倍增管的电源必须非常稳定，才能保证倍增系数的变化最小，没有入射。用光电倍增管探测低能核辐射时，必须降低暗电流。在测量空间环境中保持较低的室温是降低光电倍增管暗电流的有效方法。

二、晶体闪烁计数(crystal闪烁计数)

1.检测原理

与α和β粒子不同，γ射线类似于光和其他电磁辐射。当它们与物质相互作用时，并不直接电离，而是根据以下三种机制之一被吸收:光电效应、康普顿效应和电子对的产生。在光电效应中，每个光子将保持其所有的能量，直到它与吸收材料中原子的轨道电子相互作用。在这个过程中，光子把所有的能量都给了电子，电子被高速发射出去，光子就不复存在了。发射出来的电子称为光电子，和β粒子一样将其能量电离，其他原子则被消耗掉。在康普顿效应中，具有hv能量的入射γ光子与吸收材料中原子的轨道电子相互作用。在这个过程中，光子将其能量给予轨道电子，使电子发射，然后能量hv '较小的光子以能量和动量都守恒的形式被“散射”。发射的电子称为反冲电子，也称为康普顿电子。康普顿电子以与β粒子相同的方式耗散能量，散射光子被光电或康普顿过程进一步吸收。当产生一个电子对时，一些入射光子的能量根据爱因斯坦方程转换成质量:e = mc2，其中e是用er (Lego)表示的能量，m是用G表示的质量，c是光速，以cm/s为单位，入射的γ光子在吸收物质的一个原子的核场中以未知的方式湮灭，然后两个粒子，一个负电子和一个正电子，只存在一个。它被吸收物质中的一个电子中和，这个湮灭过程导致一对γ光子的产生，每个γ光子的能量为0.51MeV，最终被光电效应康普顿效应吸收。γ射线因为没有质量，穿透力很强，最容易被电子密度高的物质吸收，比如铅。高原子序数z的原子与高电子密度直接相关。就探测器而言，某些无机盐能有效吸收γ光子，并发射出强度与吸收的γ射线能量成正比的光子。例如，铊活化的碘化钠具有碘原子的高原子序数Z、高密度(比重3.67)、每吸收单位能量的高光子产量以及晶体的良好透光率，因此其对于检测伽马射线非常有效。

2.检测装置

一种用于检测伽马光子的固体晶体装置，包括放置在光电倍增管表面上的“密封的”铊活化碘化钠晶体。“密封”的晶体是一种固体圆柱形的铊活化碘化钠，其顶部和外围包裹有铝层，以避免光线和水分，因为碘化钠晶体容易吸收水分。为了提高反射率，碘化钠晶体用玻璃片密封，与光电倍增管表面直接接触，并加入一些硅油实现光学匹配。整个装置不透明。伽马射线很容易穿透晶体表面的铝层，然后被高效晶体吸收，晶体发出可见光，其能量与入射伽马射线的能量成正比。然后，光电倍增管将可见光能量转换为电脉冲，各种能量转换过程(即从伽马光子的发射到电脉冲的产生)的比例性质和伽马光子的吸收性质确保了伽马放射性同位素可以通过晶体闪烁进行计数和量化。晶体γ计数器通常被设计成能有效地探测光电效应和康普顿效应。但探测效果随着光子能量的增加而降低。对于大多数商用伽马计数器中使用的碘化钠晶体的尺寸，光电效应在低光子能量下占优势，例如低于400keV，并且康普顿效应在1MeV附近占优势。在这两种能量之间，两种效应几乎以相同的频率发生，并且由于所用的晶体尺寸小，很难检测到电子对的产生。此外，在塑料溶剂(如聚乙烯甲苯)中加入闪烁体(如POPOP或TP)形成薄片，可用于探测高能β射线，如32P发出的1.71MeV高能β射线。最早使用的硫化锌晶体很薄，含有微量的银作为活化剂，可以用来探测α射线。

3.晶体闪烁计数的定性和定量分析。

放射性同位素铬主要通过电子俘获衰变，半衰期为27.8天。由于电子俘获，原子的原子序数减少1，从而成为钒的同位素。钒被电子俘获衰变到基态的频率为91%，导致后续发射出-5 kev的弱X射线，一般很难探测到，因为从样品中出来的X射线可以先于它穿透到碘化钠晶体中。51Cr有9%的几率通过电子俘获衰变到钒的受激核态，通过发射- 320keV的γ射线立即衰变到稳定的基态，这些射线很容易被探测到。用晶体闪烁计数器观测51Cr，在320keV处观察到一个尖锐的峰，这是光电效应损失γ光子能量的结果，但这个过程并没有损失全部能量，所以在较低能量下，由于康普顿效应损失出现一系列宽而不明显的峰，从光电峰底部到谷的对面称为康普顿边。能量低于康普顿区的扩散峰，这是γ射线对吸收物质的后向散射造成的，散射光子能量低。各种γ射线放射性同位素都有其特征光电峰，可以用来鉴别和鉴定。各种样品的γ射线计数测量是将计数率与总放射性或标准源的计数率进行比较，从而计算出样品放射性占总放射性或标准源的百分比，从而得到样品放射性。

4.仪器性能评估

晶体闪烁计数器现在基本上都是井字形或者圆柱形，碘化钠(铊)作为闪烁体来探测γ射线，所以探测γ射线的晶体闪烁计数器也叫γ计数器(γ-count-r)。一般来说，γ计数器的性能是按其137Cs的662keV光电峰分辨率来比较的。检测系统的分辨率是光电峰展宽程度的量度，其定义为最大峰高(keV)的一半处的峰宽除以光电峰的最大脉冲高度(keV)然后乘以100。如果光电倍增管工作在最佳状态，分辨率可以达到7%。而一般的井形晶体计数器由于光学特性较差，分辨率较差，分辨率值约为12%。γ射线能量越高，光电峰的分辨率越好。

三。液体闪烁计数

液体闪烁计数中使用的闪烁体是液体，即将闪烁体溶解在适当的溶液中制成闪烁液，将待测放射性物质置于闪烁液中进行测量。液体闪烁计数器的应用可以达到4π立体角的优越几何测量条件，光源的自吸收也可以忽略。对能量低、射程短、易被空气等物质吸收的α射线和低能β射线(如3H和14C)具有较高的探测效率。液体闪烁计数器是测量α射线和低能β射线的首选。

1.检测机制

闪烁液体产生光子的过程是放射源发出的辐射能首先被溶剂分子吸收并激发。当激发能量在溶剂中传播时，传递给闪烁体(溶质)，引起闪烁体分子的激发。当闪烁体分子回到基态时，发出光子，光子穿过透明闪烁液和样品瓶壁，被光电倍增管的光阴极接收，然后产生光电子，光电子被光电倍增管的电位放大器放大，再被阳极接收形成电脉冲，从而完成辐射能到光能到电能的转换。

2.闪烁液体

液体闪烁计数系统使用的闪烁液是指闪烁瓶内除放射性样品以外的其他成分，主要是有机溶剂和溶质(闪烁体)，有时为了样品制备或提高计数效率而加入其他添加剂。⑴溶剂:在从发射β射线的β源到发射可被肖阴极接收的光子的这一系列能量转移环节中，能量转移效率很低，只有一小部分发射能量用于发射光子，其中辐射源与溶剂之间的能量转移效率约为5% ~ 10%。溶剂的选择主要取决于其在闪烁体中的溶解度和将放射性能量转移到闪烁体的效率。如果一定浓度的闪烁体在甲苯溶液中产生的脉冲高度为100%，那么所有能产生80%以上脉冲高度的都定义为溶剂，能随着其浓度的增加而逐渐降低脉冲高度的称为稀释剂，浓度很低时能显著降低脉冲高度的称为猝灭剂。在液体闪烁计数系统中，好的溶剂应满足以下条件:①对闪烁体的高溶解度；②放射源的转移效率高；(3)对闪烁发射的光子的高透明度；④放射性样品可以在有或没有无溶剂的帮助下溶解；⑤在计数器的工作温度冻结；⑥可形成均匀的测量溶液。一般来说，烷基苯是最好的溶剂，如甲苯和二甲苯。此外，苯甲醚也是一种很好的溶剂。另外，对于含水量较多的样品，不使用1，4-二氧作为溶剂，因为这种有机化合物具有极性，可以很好地溶解闪烁体和含水量较多的样品，可以提高计数效率。但有价格高、凝固点高的缺点，且长期释放后会产生淬灭作用强的过氧化物，使用前必须提纯，并应添加0.001。

以便抑制纯化的二恶烷的变质。闪烁液中溶剂约占99%，因此其纯度是影响闪烁液质量的一个重要因素。溶剂中不发光杂质、氧和水的含量与淬灭程度有关。原则上，溶剂应具有闪烁纯度，即不含或极少含影响闪烁计数的猝灭成分。已经证明，“分析纯”试剂可以不经纯化直接使用。

⑵闪烁体:在液体闪烁计数系统中，闪烁体又称荧光粉，是闪烁液的溶质。根据其荧光特性和功能，可分为两类，即第一闪烁体和第二闪烁体。

①第一闪烁体:(初级闪烁体):常见的第一闪烁体:三联苯(TP):化学结构它是最早的闪烁体之一。其计数率高，价格相对便宜，但在低温或水溶液中介电性能不高。2，5-苯并恶唑(PPO):化学结构它是目前广泛使用的闪烁体。它可以很好地溶解在普通溶剂中，甚至在水的情况下。在甲苯中的溶解度在200 g/L以上，化学性质稳定，价格相对便宜。但其最大的缺点是明显的浓度淬灭(自淬灭)，即随着溶剂中PPO浓度的增加，计数效率下降。2-苯基-5-(4-二苯基)-1，3，4-噁唑(PBD):化学结构使其成为已知最有效的闪烁剂之一。与PPO相比，它能耐受浓度猝灭，但溶解度低，尤其是在低温和含水样品存在下，用量是PPO的两倍，价格昂贵。2-(4-叔丁基苯基)-5-(4-二苯基)-1，3，4，恶二唑(丁基-PBD):其化学结构是溶解度高于PBD，最大的优点是对化学猝灭和颜色猝灭不敏感，因此可以获得较高的计数效率。②第二闪烁体(次级闪烁体):第二闪烁体的主要作用是吸收第一闪烁体发出的光子，然后重新发出更长波段的荧光，可以增加光子产额。在高浓度下，第二闪烁体起到与第一闪烁体相同的作用的一部分(即，它接收被激发的溶剂分子的猝灭能量并发射荧光)，此外，它可以与猝灭因子竞争，从而降低第一闪烁体被猝灭的程度。在下列一种或多种情况下，必须将第二闪烁体添加到闪烁液中:a .样品包含直接猝灭第一闪烁体的化合物；b、第一闪烁体浓度过高，引起强烈的自猝灭，发出的光谱范围与光电倍增管不匹配；c .计数器的光电倍增管的光阴极对更长的波长有更好的光谱响应；d .被测样品在近紫外区有明显吸收。

常用的第二闪烁体是:1，4，2-双(5-苯基恶唑)苯(POPOP)。其溶解度较低，在甲苯体系中为65438±0.2g/L，在二氧六环中为65438±0.5g/L。由于其溶解速度慢，通常需要加热来促进其溶解。是目前广泛使用的第二种闪烁体。1，4双2(4-甲基-5-苯基恶唑基)-苯(DMPOPOP):其溶解度比POPOP高，在甲苯系列中为2.3g/L，在二氧六环中为0.8g/L，溶解速度也快，但不如POPOP高效，需要更高的浓度。此外，还有对-双(0-甲基苯乙基)苯、(双- MSB)和2-(4’-联苯基)-6-苯基苯并噁唑(PBBO)。几种常用的初级闪烁体的荧光波长在3460 ~ 3800埃之间，而Cs-sb光阴极的最大光谱响应波长为4000。所以对于Cs-Sb材料的光阴极，只有初级闪烁体不能很好的传递能量，计数效率很低。加入次级闪烁体后，发射光谱波长增加到4180-4300埃，提高了与Cs-Sb光阴极的光谱响应，能量转移更好，计数效率提高。Cs-K-Sb为双基区光电倍增管，其最大光谱响应波长比Cs-Sb短。因此，在没有次级闪烁体的情况下，可以实现更好的计数效率。但考虑到次级体等功能，实际工作中通常使用次级闪烁体。

除了溶剂和闪烁体之外，一些其他成分有时被添加到闪烁液体中。为了增加闪烁液对含水样品的溶解度，应加入助溶剂；为了提高计数效率，加入了抗猝灭剂。甲苯和二甲苯等有机溶剂极性很强，在水中的溶解性很差。当样品含有较多的水时，即使样品体积很小，也很难用二甲苯在甲苯中溶解成透明的均质机构。有时，虽然样品的含水量不大，但其放射性水平很低。为了在较短的测量时间内获得满足统计误差要求的计数，往往需要增加样品的体积，这相当于增加了水分含量，而且这样的样品不能很好地与甲苯或二甲苯混溶。因此，一定量的极性有机溶剂，如甲醇、乙醇、乙二醇醚等。，应该添加。这些溶剂在非极性溶剂和水分子之间起着桥梁作用，可与甲苯和二甲苯混溶。\par共溶剂的猝灭作用大，要限制其用量，所以能容纳的含水量也是有限的。其中乙二醇醚由于极性大，化学猝灭作用小，是一种常见的助溶剂。抗猝灭剂通常用于高含水量样品的测量，或者当二恶烷用作溶剂时。由于萘具有很强的猝灭作用，所以加入抗猝灭剂萘对提高计数效率非常重要。萘也是一种荧光物质，可以抵消一些猝灭作用，但萘不能与三联苯一起使用，尤其是在甲苯和二甲苯溶剂中，否则计数效率很低。在液体闪烁计数器中，闪烁液的最佳体积可以在一定范围内变化。为了获得高的计数效率，应该使用较小的体积。特别是对于3H样品，较小体积的闪烁液还可以减少背景计数(约0.5 CPM/ml闪烁液)，降低样品的自吸收。当样品含有猝灭剂成分时，如果闪烁液体的体积增加，可以通过稀释来减少猝灭。

3.检测装置

在液体闪烁计数中引入一个非常灵敏的光电倍增管对于探测低穿透率的α射线和低能量的β射线(如3H、14C等)是非常重要的。).使用光电倍增管的单个光电倍增管液体闪烁计数器，由于光电倍增管的热噪声和样品受光照射后发出的磷光，会产生较高的背景计数和较低的探测效率。双管符合液体闪烁计数器是由两个性能指标大致相同的光电倍增管与符合电路连接而成。符合电路只能同时通过两个光电倍增管产生的信号，因此只记录符合电路分辨时间内两个光电倍增管同时观测到的信号，扣除热噪声或磷光产生的随机脉冲，有效降低仪器背景，提高探测效率。该系统的检测效率可达50%以上。在液体闪烁计数系统中，光电倍增管阳极形成的脉冲电压与阳极一次收集的电子数成线性关系。当光电倍增管的放大倍数一定时(取决于高压的稳定性)，光电阴极产生的光电子越多，最终到达阳极的电子越多，光电子的数量取决于光子的数量。正常情况下，闪烁体分子释放的光子数与放射性同位素衰变产生的β射线能量成正比。因为辐射能在传输和能量转换的途中会有或多或少的消耗，所以辐射能和发射的光子数之间存在近似的线性关系。这说明液闪仪可以做能谱研究，分析不同能量的放射性同位素，达到定性的目的。例如，3H，14C

双通道液体闪烁计数器可以同时测定双标记样品。阳极在单位时间内产生的脉冲电压数与闪烁瓶内的放射性同位素数和同位素衰变率成线性关系，与样品中的放射性强度成正比，是液体闪烁测量的定量依据。比如，在知道液体闪烁计数器探测效率的前提下，通过测量一个放射性样品，就可以知道样品中的放射性强度是多少微居里或多少贝克勒尔。

4.双标记同位素测量的应用

液体闪烁计数器的特点之一是可以做双同位素分析，配有两个或两个以上独立的脉冲高度分析器多道装置，并配有脉冲加法和线性门装置。在每种同位素的最佳计数条件下，可以区分发射不同能量的同位素。假设有一个样品含有3H和14C，我们将仪器中脉冲幅度分析器多道装置中的通道1调整到3H的平衡点(最佳工作条件)3H和14C标准样品溶解在同一溶剂中，使用与实验样品相同的闪烁体。首先测量空白样品，然后统计实验样品和标准样品。

为了使双标记测量成功，两种放射性同位素的β谱必须足够不同，以满足脉冲高度分析的分离要求。当两种同位素的能谱过于接近时，如14C和35S，必须进行化学分离，然后分别计数。在双标测量中，常用的成对同位素有3H和14C、3H和35S、3H和32P、14C和32P。简而言之，在双同位素标记的测量中，应满足以下两个条件:一是能量较高的同位素能尽可能地被计数，而不受能量较低的同位素的干扰；其次，选择一个最佳条件来计算双标记样品中低能同位素的能量。

5.液体闪烁计数样品的制备

液体闪烁测量的准备是一项非常重要的操作，操作的成功与否直接影响到计数效率。样品制备方法的选择应考虑以下四个因素:(1)待测样品的物理化学特性、所用闪烁液的类型以及是否有必要将样品转换成更适合测量的形态；⑵应重视样品中所含同位素的类型，以及含3H的样品；(3)当样品的放射性强度较低时，预期的放射性水平需要严格的制备方法；⑷制备过程的经济性和方便性，尤其是当样品数量较大时。总的原则是制备样品的放射性必须在较短的测量时间内达到合适的统计精度，最重要的是在样品制备过程中尽可能减少“猝灭”因素。

(1)均匀样品的制备

脂溶性样品可直接加入甲苯和二甲苯体系的闪烁液中。对于含水量小于3%的样品，仍使用甲苯和二甲苯体系的闪烁液，但需要加入乙醇、甲醇或乙二醇醚等极性溶剂帮助溶解，助溶剂与甲苯的比例通常为3:7。如果需要，部分猝灭效应被抵消以提高计数效率。含水量较大时，最好使用100 ml乙二醇醚。乙二醇20ml，PPO 8g，POPOP 500mg，萘150g，最后用二氧六环加到1l。这个配方含有大量水分，效率相当高。但需要注意的是，二恶烷容易形成过氧化物，会导致化学发光，所以要避光保存，或者在保存过程中加入锌粒或其他抗氧化剂，以去除过氧化物。

⑵异质样品的制备

①乳液计数:Triton X-100，表面活性剂，是一种应用广泛的乳化剂。其化学结构式:其亲水端吸引水等极性分子，疏水端吸引甲苯等非极性分子。乳液的物理性质随着水含量的增加而变化。当甲苯闪烁液与Triton X-100的配方为2: 1 (v/v)时，含水量在15%以下的乳液是透明的。随着含水量的增加，会出现两种不同的相。分离出的乳液不稳定，不能用于测量。当水分继续增加时，形成稳定的乳状液，此时液体为透明或不透明。乳液的相分离与温度有关。当温度从17℃开始下降时，计数效率线性增加约10%，在4-0℃之间达到最大值。当温度降低时，计数效率不再增加。通常是先将乳液加热到40℃，然后不振荡冷却，在4℃保持2-4小时。溶质在有机相与水相之间的不同分布是决定乳状液测量计数效率的关键。乳液测量的效率有时高于均相测量，因为猝灭物质主要保留在水相中，不影响有机相中的能量传递过程。在均相溶液中，体系中的所有成组分都是相互紧密接触的，因此任何猝灭效应都可以表现出来。

②悬浮液测量:对于以甲苯为基的闪烁液中溶解度极低的无机盐等样品，可采用凝胶技术形成悬浮液测量液。样品经预处理后，制成同样大小的颗粒，然后在含有凝胶的体系中制成悬浮液。对于悬浮液测量，以下要求是必要的:①固体物料应粉碎良好，要求白色或无色均匀的粉末颗粒，以避免光吸收；(2)要求样品确实不溶于闪烁液，否则溶解和不溶部分计数效率不同，导致计数不稳定，结果难以重复。悬浮液测量的优点是样品不溶于溶剂，因此样品淬灭最小。在悬浮液测量中，有硬脂酸铝和蓖麻油衍生物(thixin)作为胶凝剂。

和二氧化硅微粒(Cab-o-sil)。对于含3.5 ~ 4.0% Cab-o-sil的悬浮液，为了获得较高的计数效率，Cab-o-sil还可以减少放射性在计数瓶壁上的吸附。一般在制备样品时，往往先加入cab-o-sil，再加入放射性样品，这样可以使放射性更多地吸附在悬浮粒子上，提高计数效率。悬浮液测量法不仅可用于固体无机盐的测定，也可用于水溶液和组织匀浆，还可用于薄层色谱的放射性测量。使用时，只需将色谱物质粉碎，与凝胶简单混合即可。如果分析物可以从色谱支持物上部分洗脱并溶解在闪烁液中，则不能使用该方法。

③支架测量:与悬液测量类似，任何不溶于闪烁液的样品都可以放在支架上，然后浸入闪烁液中进行计数。支持物有很多种，如纸、滤纸、玻璃纤维滤纸、醋酸纤维膜等。计数瓶中支架的位置对计数有直接影响。通常测量时瓶底放平，膜片不超过闪蒸液面。保持支架和量杯干燥可以获得高的计数效率和测量重复性。支架的测量除了淬灭效应小之外，还有一个突出的优点，就是一次可以测量更多的样品。因为在同一个测量瓶中，随着重叠膜片数的增加(10以内)，计数率线性增加，计数效率保持不变，非常适合低放射性水平的含水样品的测量。\par以上支持物中，醋酸纤维素膜和玻璃纤维滤纸比普通滤纸好，因为普通滤纸对光子传播几乎不透明，所以计数效率很低。