LOGO20112011年年7 7月月1212日日 苏州大学环境监测岗位技能培训苏州大学环境监测岗位技能培训总结交流总结交流LOGO问题与探讨问题与探讨问题与探讨问题与探讨铯铯铯铯-137-137-137-137分析方法分析方法分析方法分析方法数据处理数据处理数据处理数据处理低本底低本底低本底低本底HPGeHPGeHPGeHPGe谱仪谱仪谱仪谱仪目目 录录LOGO1.1.数据处理数据处理1.1.1 1.1.1定义：定义：探测限探测限是指在一定置信度水平下，某种测量方法所能监测到放射性活度是指在一定置信度水平下，某种测量方法所能监测到放射性活度的最小期望值。的最小期望值。由于放射性活度的测量都是通过净计数的测量再由相关的公式计算得出由于放射性活度的测量都是通过净计数的测量再由相关的公式计算得出，因此通常所说的均为净计数的探测限，给出的一般公式为：，因此通常所说的均为净计数的探测限，给出的一般公式为：其中：其中： 为最小可探测计数的期望值，为最小可探测计数的期望值， 为样品测量时间与本为样品测量时间与本底测量时间相同时，本底计数的期望值。底测量时间相同时，本底计数的期望值。1.1.1 1低水平放射性测量中的探测限及其计算低水平放射性测量中的探测限及其计算LOGO1.1.数据处理数据处理探测下限探测下限LLDLLDn n：最小可探测样品的净计数，当样品测量时间和：最小可探测样品的净计数，当样品测量时间和本底测量时间相等时，采用泊松分布标准，统计置信水平本底测量时间相等时，采用泊松分布标准，统计置信水平95%95%。最小可探测样品净计数最小可探测样品净计数LLDLLDn n由下式计算：由下式计算：小于探测下限数据的处理有两种方法：第一种是若测量结果小小于探测下限数据的处理有两种方法：第一种是若测量结果小于探测下限，则结果用于探测下限，则结果用“LLD”LLD”表示；第二种是在对结果进行表示；第二种是在对结果进行统计分析时，对测量结果低于探测下限的数据，常规监测考虑统计分析时，对测量结果低于探测下限的数据，常规监测考虑到最大安全原则，取到最大安全原则，取LLDLLD参与统计。参与统计。 . .1 1 计数率的误差计数率的误差LOGO1.1.数据处理数据处理1.1.1 1.2.2计算：计算：在实际测量工作中，探测限的计算关键在于如何理解本底计数在实际测量工作中，探测限的计算关键在于如何理解本底计数 。本底计数不能简单的理解为空白本底或空盒本底的测量计数。不同的本底计数不能简单的理解为空白本底或空盒本底的测量计数。不同的测量方法，其具体含义有着很大的差异，但无论什么测量方法，它都测量方法，其具体含义有着很大的差异，但无论什么测量方法，它都是计算待测样品净计数时，从总计数中应该扣除的所有本底计数。如是计算待测样品净计数时，从总计数中应该扣除的所有本底计数。如环境本底、康普顿散射本底、其他核素的干扰等。环境本底、康普顿散射本底、其他核素的干扰等。总总和总和总测量中测量中的本底计数指的是探测系统对空样品盘测量的计数。的本底计数指的是探测系统对空样品盘测量的计数。但应当注意的是当样品厚度较大时，由于样品本身对但应当注意的是当样品厚度较大时，由于样品本身对、射线有屏射线有屏蔽作用，从而使实际测量时应扣除的本底计数减少，所以蔽作用，从而使实际测量时应扣除的本底计数减少，所以 需做适需做适当修正。当修正。1.1.1 1低水平放射性测量中的探测限及其计算低水平放射性测量中的探测限及其计算LOGO1.1.数据处理数据处理1.1.1 1.2.2计算：计算：当用当用液体闪烁计数系统液体闪烁计数系统测量某种测量某种放射性核素时，放射性核素时， 指的是探测指的是探测系统对不含待测核素的系统对不含待测核素的“纯液体纯液体”加进闪烁液后所测得的本底计数。加进闪烁液后所测得的本底计数。实际上绝对纯的液体是不存在的，因此用这种实际上绝对纯的液体是不存在的，因此用这种“纯液体纯液体”所测量本底所测量本底所得的探测限比应有的探测限高。所得的探测限比应有的探测限高。当用当用HPGeHPGe谱仪谱仪分析某种待测核素时，本底计数不但包含空本底净计分析某种待测核素时，本底计数不但包含空本底净计数，还包括测量待测样品的康普顿散射本底计数，一般情况下，核素数，还包括测量待测样品的康普顿散射本底计数，一般情况下，核素的全能峰满足正态分布，这样可以导出覆盖全能峰时应取的谱线本底的全能峰满足正态分布，这样可以导出覆盖全能峰时应取的谱线本底宽度为宽度为2.54FWHM2.54FWHM（半高峰宽）。（半高峰宽）。1.1.1 1低水平放射性测量中的探测限及其计算低水平放射性测量中的探测限及其计算LOGO1.1.数据处理数据处理放射性测量，由于核衰变事件本身的统计性和探测器记录粒子放射性测量，由于核衰变事件本身的统计性和探测器记录粒子的随机性，测量数据本身也服从统计规律。各次测量数据总围的随机性，测量数据本身也服从统计规律。各次测量数据总围绕其平均值上下波动，当测量次数足够多时，放射性测量数据绕其平均值上下波动，当测量次数足够多时，放射性测量数据仍然服从高斯分布。仍然服从高斯分布。 对于一次测量对于一次测量N N，其，其标准误差标准误差： 相对标准误差相对标准误差：1.2 1.2 统计误差统计误差LOGO1.1.数据处理数据处理设在时间设在时间t t内记录了内记录了N N个计数，则计数率个计数，则计数率n=N/tn=N/t，根据误差传播，根据误差传播公式，计数率公式，计数率n n的的标准误差标准误差：计数率的计数率的相对误差相对误差： . .1 1 计数率的误差计数率的误差LOGO1.1.数据处理数据处理由于本底的存在，会使探测器测得的计数增加，所以应将它们由于本底的存在，会使探测器测得的计数增加，所以应将它们扣除，这时，为求得净计数率需要进行两次测量：第一次在时扣除，这时，为求得净计数率需要进行两次测量：第一次在时间间t tb b内测得本底计数为内测得本底计数为N Nb b，第二次在时间，第二次在时间t ts s内测得样品计数内测得样品计数N Ns s，净计数率净计数率：净计数率的净计数率的标准误差标准误差： .2 .2 存在本底时误差的计算存在本底时误差的计算LOGO1.1.数据处理数据处理1.1.3 3.1.1有效数字的有效数字的位数位数和和数位数位：l当用一个近似数表示一个量值时，通常规定其误差的绝对值不得超当用一个近似数表示一个量值时，通常规定其误差的绝对值不得超 过末尾有效数字的过末尾有效数字的0.5(0.5(只保留一位可疑数字只保留一位可疑数字) )。l对某一测量数据，从该数左边第一个不为零的数字算起到包括零的最末一对某一测量数据，从该数左边第一个不为零的数字算起到包括零的最末一位数字为止的全部数字，都称为位数字为止的全部数字，都称为有效数字有效数字。l某一数据有效数字的某一数据有效数字的位数位数是指该数据的有效数字有几位？是指该数据的有效数字有几位？l数据中某一位有效数字的数据中某一位有效数字的数位数位指的是该位数字是个位、十还是百位、？指的是该位数字是个位、十还是百位、？ 测量数据的有效数字测量数据的有效数字LOGO1.1.数据处理数据处理1.1.3 3.2.2数字修约规则数字修约规则过去过去通常使用通常使用“四舍五入四舍五入”的规则。的规则。现在现在推荐使用推荐使用“四舍六入五凑偶四舍六入五凑偶”规则规则: :以被保留数字的末位为基准，以被保留数字的末位为基准，如果遇到它后面的尾数小于如果遇到它后面的尾数小于5(45(4以下以下) )，则该尾数被舍弃；，则该尾数被舍弃；如果遇到它后面的尾数大于如果遇到它后面的尾数大于5(65(6以上以上) )，则末位数进，则末位数进1 1；如果尾数恰为如果尾数恰为5 5，则要根据被保留数字的末位数而定。当末尾数，则要根据被保留数字的末位数而定。当末尾数为奇数时，末尾数进为奇数时，末尾数进1 1；当末尾数为偶数时，尾数；当末尾数为偶数时，尾数5 5被舍弃。被舍弃。 测量数据的有效数字测量数据的有效数字LOGO1.1.数据处理数据处理 1. 1.3 3.2.2数字修约规则数字修约规则对一个数据，不应多次修约，只能进行一次性修约。对一个数据，不应多次修约，只能进行一次性修约。有一个实际测量的数据有一个实际测量的数据0.811490.81149。取。取4 4位有效数字时，应得位有效数字时，应得0.81150.8115；再；再取其取其3 3位时，为位时，为0.8120.812；如果直接由原数据取；如果直接由原数据取3 3位有效数字，则应为位有效数字，则应为0.8110.811。3 3位有效数字取位有效数字取0.8110.811是正确的。是正确的。 测量数据的有效数字测量数据的有效数字LOGO1.1.数据处理数据处理1.1.3 3.3.3数字运算规则：数字运算规则：1).1).几个数作加、减运算：几个数作加、减运算： 以小数位数最少的数为基准，其它各数都凑成比该数多以小数位数最少的数为基准，其它各数都凑成比该数多1 1位小数的数位小数的数参加运算；运算结果取小数位数最少的位数。例如：参加运算；运算结果取小数位数最少的位数。例如：218.1218.1；59.559.5。 2).2).几个数作乘、除运算：几个数作乘、除运算： 各数中以有效数字位数最少的数为基准，其它各数都凑成比该数多各数中以有效数字位数最少的数为基准，其它各数都凑成比该数多1 1位有效数字的数参加运算；运算结果取小数位数最少的位数。位有效数字的数参加运算；运算结果取小数位数最少的位数。 测量数据的有效数字测量数据的有效数字LOGO1.1.数据处理数据处理1.1.3 3.4.4有效数字位数的确定：有效数字位数的确定：直接测量读数的有效数字位数取决于测量设备的精度。测量读数中，直接测量读数的有效数字位数取决于测量设备的精度。测量读数中，最多只保留一位可疑数字，这一位可疑数字来源于估计值。最多只保留一位可疑数字，这一位可疑数字来源于估计值。在放射性测量中，射线强度的间接测量得到的是射线计数，能谱分析在放射性测量中，射线强度的间接测量得到的是射线计数，能谱分析中得到的是特征射线的峰面积，直接读数中都没有可疑数字，全部是中得到的是特征射线的峰面积，直接读数中都没有可疑数字，全部是有效数字。但由此计算出计数率有效数字。但由此计算出计数率( (计数计数/ /每秒或计数每秒或计数/ /每分每分) )时，需要考时，需要考虑如何确定有效数字的位数。虑如何确定有效数字的位数。计算机的使用使计算结果的数字位数大大增加。数字位数多并不表明计算机的使用使计算结果的数字位数大大增加。数字位数多并不表明测量结果越精确。有效数字位数应根据对测量误差的要求来确定。测量结果越精确。有效数字位数应根据对测量误差的要求来确定。 测量数据的有效数字测量数据的有效数字LOGO1.1.数据处理数据处理：LOGO1.1.数据处理数据处理：例如：例如：K-40K-40，对应能量，对应能量14601460、8KeV8KeVLOGO2.2.谱仪谱仪谱仪的主要组成部分有：探头、前置放大器、主放大器、脉冲幅度谱仪的主要组成部分有：探头、前置放大器、主放大器、脉冲幅度分析器，计算机。分析器，计算机。其框图如下所示：其框图如下所示：LOGO2.2.谱仪谱仪采用高纯度的采用高纯度的 P P型型GeGe单晶，一端表面通过蒸发扩散或加速器离子注入施主杂质单晶，一端表面通过蒸发扩散或加速器离子注入施主杂质( (如如磷或锂磷或锂) )形成形成 N N区和区和 N+ N+，并形成，并形成P-NP-N结。另一端蒸金属形成结。另一端蒸金属形成 P+ P+，并作为入射窗。两，并作为入射窗。两端引出电极。带电粒子在半导体探测器的灵敏体积内产生电子空穴对，电子空端引出电极。带电粒子在半导体探测器的灵敏体积内产生电子空穴对，电子空穴对在外电场的作用下漂移而输出信号。穴对在外电场的作用下漂移而输出信号。在使用时，首先向杜瓦瓶中加灌液氮，使在使用时，首先向杜瓦瓶中加灌液氮，使HPGeHPGe探测器彻底冷却后方能加载高压至额探测器彻底冷却后方能加载高压至额定值。用多定值。用多射线放射源进行能量刻度，用标准放射源进行效率刻度，其中效率刻射线放射源进行能量刻度，用标准放射源进行效率刻度，其中效率刻度比较费时且比较昂贵，因为需要一系列标准源，但对测定放射性核素的活度是至度比较费时且比较昂贵，因为需要一系列标准源，但对测定放射性核素的活度是至关重要的。测试样品时，需将样品放置与效率刻度时一样的位置，且样品盒的大小、关重要的。测试样品时，需将样品放置与效率刻度时一样的位置，且样品盒的大小、材质与效率刻度的标准源一致，从测试样品的能谱中，分析待测核素的能峰，得到材质与效率刻度的标准源一致，从测试样品的能谱中，分析待测核素的能峰，得到其计数率，再除以效率和发射几率，即得到待测样品的放射性活度。其计数率，再除以效率和发射几率，即得到待测样品的放射性活度。2.2 HPGe2.2 HPGe探测器的工作原理探测器的工作原理LOGO2.2.谱仪谱仪探测效率：一般分为绝对效率与本征效率，影响探测效率的主要因素探测效率：一般分为绝对效率与本征效率，影响探测效率的主要因素有几何条件、作用几率（探测介质的原子序数越高，探测效率越高）、有几何条件、作用几率（探测介质的原子序数越高，探测效率越高）、记录效率。记录效率。峰总比：指全能峰下的脉冲数与全谱下的脉冲数之比。峰总比：指全能峰下的脉冲数与全谱下的脉冲数之比。峰康比：峰中心道最大计数与康普顿坪内平均计数之比。它说明了一峰康比：峰中心道最大计数与康普顿坪内平均计数之比。它说明了一个谱线的峰落在另一个谱线的康普顿坪上能否清晰的表现出来。个谱线的峰落在另一个谱线的康普顿坪上能否清晰的表现出来。本底：主要取决于晶体大小和屏蔽好坏。本底：主要取决于晶体大小和屏蔽好坏。2.3 2.3 谱仪的主要技术指标谱仪的主要技术指标LOGO2.2.谱仪谱仪能量刻度是指确定能谱中多道分析器的道址与能量刻度是指确定能谱中多道分析器的道址与射线能量的关系，也射线能量的关系，也就是利用已知能量的就是利用已知能量的放射源测出对应能量的峰位，然后做出能量与放射源测出对应能量的峰位，然后做出能量与峰位（道址）的关系曲线。峰位（道址）的关系曲线。适用于能量和效率刻度的常用核素及主要参数：适用于能量和效率刻度的常用核素及主要参数： 2.2.4 4 谱仪的能量刻度谱仪的能量刻度LOGO2.2.谱仪谱仪在进行体源刻度时，选择的刻度源必须满足要求，但由于在在进行体源刻度时，选择的刻度源必须满足要求，但由于在分析中，分析中，被测量的介质种类繁多，不可能把每种介质都选择刻度源介质，所以被测量的介质种类繁多，不可能把每种介质都选择刻度源介质，所以在实际应用中，即使介质差异较大，也可通过自吸收改正得到较准确在实际应用中，即使介质差异较大，也可通过自吸收改正得到较准确的结果。的结果。计算公式如下：计算公式如下：其中其中NN刻度源在能量刻度源在能量E E处的净峰面积；处的净峰面积；T-T-刻度谱测量的活时间；刻度谱测量的活时间； f- f-能量为能量为E E的的射线的发射率；射线的发射率；A-A-为刻度源的活度为刻度源的活度 。 2.2.5 5谱仪的全能峰效率刻度谱仪的全能峰效率刻度LOGO2.2.谱仪谱仪对于对于HPGeHPGe谱仪，全能峰效率与能量关系常用对数多项式表示：谱仪，全能峰效率与能量关系常用对数多项式表示： 2.2.5 5 谱仪的全能峰效率刻度谱仪的全能峰效率刻度LOGO3.Cs-1373.Cs-137分析方法分析方法实验原理：实验原理：AMPAMP是一种杂多酸盐，具有无机离子交换剂的性质。在酸是一种杂多酸盐，具有无机离子交换剂的性质。在酸性介质中，它对一价碱金属离子有选择吸附的特性，尤其是对性介质中，它对一价碱金属离子有选择吸附的特性，尤其是对Cs+Cs+的的分配系数可高达分配系数可高达60006000，从而达到与其他放射性核素离子分离的目的，从而达到与其他放射性核素离子分离的目的，最后将最后将AMP-CsAMP-Cs（137Cs137Cs）抽滤制源，测其）抽滤制源，测其放射性活度，求出原始水放射性活度，求出原始水样中样中137Cs137Cs的含量。的含量。3.1 AMP3.1 AMP吸附分离吸附分离计数法测定水中铯计数法测定水中铯-137-1373.2 3.2 水中铯水中铯-137-137分析分析实验原理：水样中定量加入稳定铯载体，在硝酸介质中用磷钼酸铵吸实验原理：水样中定量加入稳定铯载体，在硝酸介质中用磷钼酸铵吸附分离铯，氢氧化钠溶液溶解磷钼酸铵，在柠檬酸和乙酸介质中以碘附分离铯，氢氧化钠溶液溶解磷钼酸铵，在柠檬酸和乙酸介质中以碘铋酸铯沉淀形式分离纯化铯，以低本底铋酸铯沉淀形式分离纯化铯，以低本底射线测量仪进行计数。射线测量仪进行计数。LOGO3.Cs-1373.Cs-137分析方法分析方法实验原理：气溶胶样品经酸浸取后，在硝酸介质中，用实验原理：气溶胶样品经酸浸取后，在硝酸介质中，用无机离子交换剂无机离子交换剂- -磷酸铵选择性的定量吸附铯，以使铯磷酸铵选择性的定量吸附铯，以使铯浓集并去除干扰。用氢氧化钠溶液溶解吸附铯后的磷钼浓集并去除干扰。用氢氧化钠溶液溶解吸附铯后的磷钼酸铵，在柠檬酸和乙酸体系介质中以碘铋酸铯沉淀分离酸铵，在柠檬酸和乙酸体系介质中以碘铋酸铯沉淀分离纯化铯。以低本底射线测量仪器进行计数。纯化铯。以低本底射线测量仪器进行计数。3.3 3.3 气溶胶中铯气溶胶中铯-137-137分析分析4 4. .Any questionAny question？LOGO谢谢 谢！谢！