免疫放射分析.docx

第九章核分析技术核物理基础探讨的深化发展，积累r大量的核数据，同时也发展了一系列核技术和方法。核分析技术就是依据射线与物质中的原子与原了核的相互作用与运动规律，利用核探测分析手段，将射线与物质相互作用过程中引起的作用效应、次级效应探测后用于探讨物质结构，元素组成和空间分布。肯定能量的离子束射入介质中时，其能量被汲取的阻挡过程和介质材料的元素组成、分子结构（化学、性颁生物）都有很强的依率关系，利用射线的能量损失或部分能量损失的行为，可以实现定性分析、定量分析和结构分析。核分析技术主要有两大类，一类是以超精细相互作用为基础的核分析方法，如程斯堡尔谱学方法、正电子湮灭、扰动角关联、核磁共振等。另一大类为以加速器（或反应堆）供应的带电离子束、中了流或者带电离子束产生的中子流来进行的分析手段。核分析技术主要包括背散射分析、PIXE、核反应分析，带电粒子与中子活化分析等。第一节活化分析一、概述1936年匈牙利放射化学家Hevesy和Tevi首先创建了活化分析法。活化分析（activationana1.ysisA）的基础是利用核反应产生放射性，可对样品中的元素作定性分析、定量分析和超微量的定量分析。经过不断改进和发展，目前活化分析法已广泛应用于生命科学（医学、生物学,材料科学、社会科学（考古学，公安司法等）与地质科学等各个科学领域与国防、工业、农业、石油探测等行业领域。活化分析有几十年的历史r,活化分析的实质是利用肯定能量的射线(主要是中子、带电粒子和Y射线)射入样品中后与待分析的原子核发生核反应过程，使其中的稳定核素发生核反应而转变成放射性核素,通过测量反应产物的放射性衰变，也就是说，测量其衰变过程中放出射线的能量和活度,反推样品中待测原广的种类、含量和空间分布。依据所用射线的种类可以将活化分析分为中子活化分析(neutronactivationana1.ysisNAA)>带电粒子活化分析(chargedpartic1.eactivationana1.ysisCPAA)和射线活化分析等三类。进行活化分析须要有辐射源装置、高辨别率的辐射探测仪器和数据分析系统等。假如活化分析单纯用仪器进行，样品不被破坏，称作非破坏性活化分析或仪器活化分析；用化学方法协作仪器进行的活化分析，样品的结构受到化学作用而变更，称作破坏性活化分析或放射化学活化分析。非破坏性多元素活化分析是活化分析的发展趋势。中了活化分析是使样品的待测元素与中广(通常为核反应堆的热中子)发生核反应、通过测量产生的射线强度计算待测元素含量的分析方法。中子活化分析中依据反应道的性质，可以选用中子来自于反应堆的热中子(reactorneutronactivationana1.ysisRNA)或加速器供应的快中子(fastneutronactivationana1.ysisFNAA).活化分析的主要优点是：1 .灵敏度高，对大部分元素的探测极限在10"g左右，可以实现样品中微量元素和超微量元素的分析。2 .以实现无损分析，很多样品(如宝贵文物)特别稀奇，分析过程中不许有损伤，活化分析可以实现这一目标。3 .在活化过程中，往往有多种元素被激发，可同时测定一个样品中的几种至几十种元素。4 .可分析的元素很多，除部分轻元素和重元素外，元素周期衣中几乎全部的元素都可用活化分析法测定。5利用计券机数据采集和分析系统，易于实现自动分析，快速检测分析。活化分析也存在一些不足，如不能测定化合物的量和分子结构；操作时放射性水平比通常放射性示踪法应用高.；设备昂贵；某些分析耗时较长。但是，近年来人们针对上述缺点开发出小型、好用、经济的放射源，如小型中子发生器、小型医用加速器、高通量同位素中子源等，完善计算机的应用与软件开发，为活化分析技术的推广应用供应了条件。二、基本原理活化分析是用具有肯定能量和流强的中子、带电粒子(质子、笊核、粒子等）或高能Y光子轰击样品，使待测元素发生核反应，测定核反应生成的放射性核素衰变时发生的缓发辐射或核反应时瞬发辐射的分析方法。通过测!定射线能量和半衰期进行定性鉴定；测定射线活度进行定量分析。当样品放入反应堆辐照时，待测元素受到热中子的轰击，使它从稳定的原子核变成放射性的原子核，通过衰变，放射性的原广核变成其它稳定的核素。在这一过程中，原子核将放射出P射线和射线，用探测器测定射线的能量和强度就可以进行定量分析。如核反应过程：4+八反映产物1A是放射性核素，具有B放射性，它的半衰期为26.32小时。通过测定衰变放出的B射线的能量和强度就可以反推出;:AS的含量。当含有待测元素的样品受到粒子束（例如热中子束）照耀时，部分待测核素转变成放射性核素，并且马上发生衰变，整个反应过程可用下式举例说明：g）?f（%）叁皿-（A,）（9D这样稳定性核（A1）俘获中子（截面为。J而被活化，转变成放射性核素（&）,并按肯定的半衰期进行衰变（衰变常数.1.）为稳定核素（A：.）oA1.形成M的速率取决于三个因素：中子通量密度（ncmjs1）.俘获中子（活化反应）的截面。I和单位面积上靶原子核用的数量N”A,的核数量M在单位时间内的净变更是由凡生成&的核数减去A；衰变掉的核数。(9.2)在活化分析中，照耀后一般并不马上测量放射性，而是让放射性样品“冷却（Co。】）"一段时间，即衰变一段时间后再测量。通过上式运算，并设定t=0时玲0,经过照耀时间人和冷却时间£?以后A2放射性活度的计算公式为由于单位时间发生核反应的A1.核数与A1.核总数相比很少，在试验期间可视作不变量，故有AAt1.)=,N,a-ei1')(9.3)4)(f1.)<1.,(e-)e什放射性核素&的生长和衰变与半衰期的关系见图9-1。图91放射性核素的生长和衰变曲线图4：(<)三81NtIe",)Xj(<.<r).1.JV(1.-e-M)e-wr若已知6、o1.2,试验测得t和M即可算出反。上述肯定测量法的描述主要是说明活化分析的基本原理。实际工作中，和。I不易测得很精确，A：的肯定值也因几何因子、反散射等因素的影响而不易测准，生物医学试验中用得较少。一般采纳相对测量法。相对测量法的要点将在本节最终叙述。活化分析对所测核素有以下基本要求：1 .必需具有足够大的反应截面，这样活化分析中产生的放射性核素的产为期比较大，2 .而生成的放射性晟素必需具有足够长的半衰期，3 .放射性核素释放出的射线或粒f必需易于测量。三、活化分析应用的核反应和照IS源(一)应用的核反应不同照耀粒子引起的核反应不同。依据照耀粒子的种类，活化分析可分为以卜.几类：1 .中子活化分析(neutronactivationana1.ysisN)即以中f为照耀粒子的活化分析。中f和原子核碰撞可发生下列核碰撞过程：弹性散射(n,n);非弹性散射(n,，)，俘获反应(n,);核反应(n,p)；(n,)；核裂变(n,f)o其中(n,)、核反应(n,p)和(n,a)三种核反应在活化分析应用中应用很广泛。(1) (n,Y)反应由热中子(therma1.neutron.En=O.025eV)照耀发生，引起的核反应都是放能的。在核反应中，靶核俘获一个热中子而转变成激发态复合核。在极短时间内复合核跃迁到较低能级，放出丫光子。(n,Y)反应在活化分析中应用最多。热中了活化分析对大多数核素(比氧市的)具有很高的灵敏度，并可同时测定多种元素。不足的是不用于测定比氧轻的元素，设备较为浩大且昂贵。(2) (n,),(n,P)反应靶核俘获中子，释放出粒子或P的核反应，主要在快中子活化分析中发生。快中子(fas1.neutron,En>1.MeV)产生的核反应大都是吸能的，即存在肯定的阈能，只有当中子能量超过该反应的阈能时，才能引起反应。快中子发生器(特殊是密封中于管)具有结构简洁、操作便利等优点，便于在一般试验室推广。但快中了的活化做面小，中广发生器或同位素中了源的产额都很低，使得灵敏度较热中子活化分析低。快中子活化分析主要用来分析常量或半微量元素，最胜利的例子是全身钙量的测定。2.带电粒子活化分析(chargedpartic1.eactivationana1.ysisCPAA)。带电粒子与物质的作用是一个困难的过程，与中子或丫光子相比带电粒子可以引起更多的核反应。常用的带电粒子是：p、d、和'He等，以笊核应用最多，发生的核反应主要是(d,),(d,p)等。如S(d,a)p.带电粒子引起众多核反应的优点在于增加了分析的选择性，也就是说通过选择粒子的能量和种类总能找到一个灵敏度高、受干扰小的核反应应用于活化分析。带电粒子活化分析的主要问题是干扰，包括反应干扰和丫射线能谱干扰。后者是指由带电粒子引起的很多放射性核素衰变时放射能量相同或相近的丫射线，在丫能谱上发生重登。为了消退干扰，样品经过照耀、腐蚀处理后，还需进行放化分别。带电粒子活化分析主要应用于痕量轻元素的测定，其次是重元素的多元素分析3.射线活化分析。Y射线活化分析(丫一rayactivationana1.ysis)是用高能丫光了轰击靶核使之发生核反应，测定放射性核素衰变参数的分析方法。高能光子与原子核发生作用时，可产生3种不同类型的核反应：光致激发(Y，光核反应(,n)、(,P)和光致裂变反应(y，f)Y射线的活化截面大，灵敏度比较高。生物样品中Na、K和Mn的含量很高，选用射线活化分析时这些元素产生的干扰较小，故可进行多元素非破坏性分析。Y光子还具有较强的穿透力，可以照耀较大体枳的样品。但Y射线活化分析须要用电子加速器，分析成本较高。此外，对于大多数元素其灵敏度要比中子活化分析低一二个数量级，这使得该法在痕量元素分析的应用上受到肯定限制。样品受照耀时产热较高，光子通量的监测和定量计算都比较困难。所以，丫射线活化分析一般是作为中子活化分析和带电粒子活化分析的补充，主要用于各种轻杂质元素的仪器分析。(二)照Je源用于活化分析的照耀源与其特点见9-1表。表9-1各种照爆源与其特点照耀源装置核反应特点热中子(少主要是(n,)适于各种样品，灵敏量是利用超反应堆少量是(ntp)、度高，可进行无损伤热中子、快(n,)、多元素分析，适于常中子)(n,2n)规分装置简便，不需电258Cf(n.Y)源，可野外运用，来源少，价格昂贵州Am-Be(n,)装置简便，灵敏度较差可测定浓度为14MeV快中子高压倍加器(n,p)、(11,a)、(n,2n)等1/1,000,OOO水平的元素，产生干扰反应较热中子少带电粒子质子,笊核，iHe回旋加速器、(p,n)、(p,2n)适于C,N,O等轻元素分析，产生放射正直线加速器P»、Ip,。/(d,n)、('He,n)(Y,n)、(Y,2n)、(Y,p)等电子的短寿命同位素，需化学分别可对多种元素进行灵敏度较好的分析，高能丫射线电子加速器适用于对中子难以活化的元素分析，可进行无损多元素分析,在实际工作中可依据详细试验要求选用合适的照耀源四、试验步St活化分析全过程大体上可分为4个阶段，见图9-2。图9-2活化分析全过程示意图（一）样品制备和幅照样品制备是活化分析试验工作的第1步，也是重要的步骤。严格地讲样品制备包括取样和制备（有时还包括贮存）这两个环节。仪器活化分析可省略放化分别。1 .取样取样是指在分析现场，从大量待分析客体之中按肯定要求和方法取出少量供活化分析用的样品。取样应具有代表性即供活化分析用的少量样品应能代表被分析的样品，概括起来说，活化分析的取样必需考虑下列三个因素：与被探讨的物体以与探讨目的有关。活化分析不易分析大块样品，通常取出多份小样品或者使样品匀称化的方法以解决非匀称样品的活化分析。例如，探讨的目的是测定肝脏组织中铜的分布，则取样量要小，取样点要多。假如要给出肝脏组织中铜的平均含量，最好的方法是将整个肝脏灰化，再取样分析。与被测元素的性质有关。须要针对待测元素与样品的物理、化学性质，实行相应的措施取样。与分析方法有关。活化分析的几种方法对取样方法各有肯定的要求。取样方法是一个困难的课题，当前活化分析的一个动向就是探讨活化的标准取样方法。2 .制备将取来的试样，实行某种物理或化学的方法，制成合乎照耀的形式。有的样品中待测元素含量很低，对于这种样品须要预先进行浓集，常用的方法有干燥、灰化、各种层析以与萃取、沉淀等。3 .配制标准品实际应用中活化分析一般采纳相对测量法，即取一份元素成分与含量已知的标准品与样品在相同的条件卜.进行照耀并测量，比较两者的结果，推算出样品中待测元素的量。因此标准品的配制是活化分析中一件重要的工作。作为标准品的物品必需满意下列条件：纯度要高，一般均选用“光谱纯”试剂。若标准品照耀后还经过放化分别，则分析纯试剂亦可。最好选用金属、氧化物或硝酸盐等，不宜用氯化物、浪化物和硫酸盐，以削减干扰。易溶于试验室中常用的酸。耐热性和抗辐射性要好，不易潮解且简洁称量:组分确定，具有化学计量性质。标准品溶液在贮存时浓度要高一些,以保持溶液稳定，避开吸附、挥发、与被容器沾污等影响。照耀时标准品的浓度最好与样品中待测元素的浓度相近，并且化学状态尽可能相同。4 .取样、制样要防止来自环境、容器和试剂中各种微量元素的污染。器皿吸附、灰化过程等步骤可导致样品丢失。要严格遵守操作规程，限制试验误差。5 .辐照依据射线的种类、粒子通量、照耀环境的温度、照耀空间的几何形态和大小、照耀过程中发生的核反应类型与反应后产生放射性核素的性质等诸多因素来确定样品的照耀时间，样品的封装容器。（二）放射化学分别有些活化的样品测量之前须要进行放射化学分别（简称放化分别），目的是除去干扰的放射性核素。生物样品成分困难，元素之间浓度差别很大，活化截面也不相同。所以活化后得到的丫能谱往往也很困难，相互之间的干扰可能掩盖待测元素的丫特征峰。经过放化分别后，待测元素呈“放化纯”状态，消退了干扰。活化分析中，微量放射性核素浓度很低，易被吸附，或形成放射性胶体，或与其他化合物形成共结晶，导致分别困难。为克服低浓度效应，往往于放化分别之前，加入待测放射性核素的稳定同位素作为载体，微量放射性核素与载体发生共沉淀而达到分别。为除去干扰性放射性核素，有时加入干扰性核素的稳定性同位素作为反载体而使之沉淀。载体与待测元素、反载体与干扰性核素都必需处在同一化学状/tO放化分别与一般化学分别相比，有一些不同之处：（1）无需定量分别，因待测元素与载体达到同位素变换平衡后，可以从加入的载体量测得化学回收率进行校正。（2）不易沾污，不受试剂空白的影响。一般化学痕量分析往往要求试剂特殊纯，而活化分析只需留意避开照耀前不受污染即可。放化分别时一般分析纯级试剂就可达到要求，由于测量的是放射性，或剂中的微量杂质对结果的影响很小。（3）须要考虑拓射防护问题，依据照耀后样品放射剂量的大小，来取相应的防护措施。（4）样品在照耀过程中，有可能元素的化学状态发生变更。（5）放射性核素发生衰变，须要考虑时间因素。部分活化分析过程中，放化分别是必不行少的步骤。合理地应用放化分别技术对提高活化分析的精确性，削减测量干扰具有重要的意义。近年来，为节约时间，削减放化操作时所受的放射剂量，提高分析工作的牢靠性和重复性，已广泛采纳了自动放化分别。自动分别系统都是以色谱分别为主。<三）放射性测量活化分析中的测量仪器主要是Ge（1.i）能谱仪和Na1.（T1.）闪耀能谱仪。前者由于辨别率高，应用更广泛。近年来这些能谱仪大多装备有多道脉冲分析器和微型计算机。1 .肯定测量法肯定测量法是将试验测得的有关参数代入公式（9.3、9.4）,干脆计算待测元素的量。实际工作中用本法得到的结果受到很多因素的影响，比较繁琐，误差很大。所以目前基本上不采纳干脆测量法。2 .相对测量法相对测量法是将标准品和样品用同样的条件下进行处理，最终分别测量两者的放射性活度，按卜式计算待测元素的量:将测核素的量11h=特测核素的放射性活度A,(95)标准品中该元素的量m,标准品中该元素的放射性活度A,相对测量法中，样品和标准品用完全相同的条件处理，消退了大部分与核反应参数与试验参数有关的误差，具有较高的精确性。为提高分析的精密度和精确度，要求标准品的基本成分与其含量与待测样品尽可能相同。这样可以削减入射粒子的自屏蔽和丫射线的自汲取的不同而引起的误差。相对测量法对于大批量样品的多元素分析也有不足之处，制备、照耀和测量各标准品的工作较为繁琐，不能测定事先未预期的元素，不适于计算机H动化分析。针对上述问题，人们发展/一种既具有肯定测量法简便性；又不失相对法精确性的单比较器法。单比较器法是仅用一种或几种核素(比较器)作标准，与样品同时辐射，进行多元素分析的方法。其次节质子激发X线放射分析质子激发X荧光分析是利用加速器供应的质子束流轰击待测样品，测量样品中受激发原子退激过程中放射的特征X射线(protoninducedX-rayemissionPIXE)能量和强度的一种元素分析方法。1970年J.B.Johanssen等首先采纳本法分析了大气沉降物中的痕量元素。习惯上，X射线放射分析也称为X射线荧光分析(X-rayf1.uorescenceana1.ysis)o带电离子入射到介质中时会导致在介质中的原子激发和电离。原子被电离活激发后，原子的内壳层电子被打掉成为自由电子或跃迁到高激发态，这样一来在原子的内壳层产生空穴。外壳层电子所处的能级的能量比内壳层电子的能量高，当外壳层的电子向内壳层跃迁填充内壳层的空穴时，就会有能量释放出来，这就是原了的退激发过程。原子的退激发过程会引起两种现象发生；-种是放射特征X射线，另一种是放射俄歇电子(augere1.ectron)。PIXE方法是以加速器产生的带电粒子来激发待测物质的特征X射线，并以高辨别率的半导体Si(1.i)探测器进行X射线能谱测量，通过对X射线能谱(从X射线能量就可知样品种类，从谱线强度就可以求得元素的含量)的数据处理即能进行元素的定性、定量分析。由于质子激发X射线截面较大，而知致粕射本底又比电子激发时低得多,因而P1.XE的检测灵敏度较高(相对灵敏度约1/1OOOOOO),加之Si（1.i）探测器的能量辨别率较好（约150eV）,可多元素同时分析而无损样品，所以样品可以是易挥发的液体，也可以是活细胞。质广比电子或X射线激发得到的X射线能谱的本底小，这是P1.XE灵敏度高的主要缘由。PIXE能够进行多元素非破坏性快速分析，所需样品量小，特殊适于医学生物学应用。一、基本原理（一）特征X射线的产生当高速质子与靶原子的电子碰撞时，将内层电子打出，原子被电离并在内层留下空穴。外层电广马上自发跃迁（spontaneoustransition）,填补内层空穴，同时辐射出特征X射线或俄歇电子。特征X射线的能量等于外层电子结合能与空穴所在壳层结合能的差值，它与入射粒子无关，只与元素的性质、种类有关。假如空穴发生在K层，则发出的光了称为K系特征X射线。同样还有1.系、M系特征X射线。每个线系又由多条能量不同的X射线组成。由于原了的每个电子处在不同的能态，产生的特征X射线的能量也各不相同，这样就构成了每种元素的特征X射线谱。用高辨别率的Si（1.i）能谱仪探测和记录这些X射线，分析能谱线可以推断元素的种类，从谱线的强度可计算出各元素的量。（二）电离截面和X射线产生截面在质子轰击卜.，原子电离的概率称作电离截面。各种元素的电离截面已有理论计算和实际测量值。质子的能量不变，电离截而随原子序数的增加而平滑递减。外层电子填充内壳层空穴时放射X射线的概率叫做该内壳层的荧光产额3,它等于放射的X射线数目除以该层最初的空穴数目，3与原子序数的增加呈平滑递增关系。原子序数较低的元素，其荧光产额较低，此时俄歌电子的放射概率较大。对于特定内壳层某一条特征X射线而言，X射线产生的截面等于其电离截面与荧光产额的乘积。（三）本底PIXE测得的X射线能谱常伴有一连续木底，它是限制PIXE灵敏度的主要因素。本底主要来自：（1）次级电广的初致辐射。高速质广还可使靶原子产生次级电子，次级电子在原子的库仑场中减速而产生胡致辐射。仞致粕射的能谱是连续的，是造成本底辐射的主要缘由。当特征X射线的能量大于次级电子的最大能量Tm时，本底辐射活度快速下降；（2）质的物致辐射。质与靶核库仑场相互作用时也会发生切致辐射，活度随入射质子能量增加而缓慢下降；（3）核激发态丫射线的康普顿散射。质子能量过高可能激发靶室的其他材料，伴随核反应产生Y射线，Y射线的康普顿散射落在X射线能谱高能区，形成连续辐射本底。以上分析得出：（1）质子能量不宜过大，14McV最适合；（2）特征X射线能量限制为Tm的1.4至4.O倍。二、试验技术（一）试验装置PIXE试验所需的设备主要有：1 .加速器加速器是供应束流的试验设施，能量为1.8MeV的静电加速器最适合做PIXE分析。2 .靶室靶室为样品辐照的装置，通常样品在真空下辐照，困难一些的靶室也可以将生物样品置于大气条件下，将加速器供应的束流引出到大气条件下进行辐照测量分析。3 .测量和分析系统。测量运用Si（1.i）X射线谱仪。多道分析器常同计算机连接，实现数据获得和分析自动化。（二）样品的处理照耀前样品需进行预处理，制成适于测量的形式，称作靶。I.靶的制备靶的制备是P1.XE分析中的关键技术之一。厚度小于1mg/cm?的样品称为薄靶。医学生物学样品多数制成薄靶。薄靶具有本底小、散热性好、数据处理简洁等优点。合格的薄靶应薄而匀称、待测元素有足婚浓度并在真空中稳定。常用的薄靶制作方法见表9-2。表9-2几种生物样品靶的制备方法方法制靶方法优缺点适用范围组织样品匀浆，喷涂法高速喷涂在靶衬上可制成匀称薄膜固体和液体样品切片法冰冻切片或石蜡切片干脆粘在衬底上简便、不易污染，元素不易丢失，分布不匀称的样品分析误差较大活检组织和分布匀称的样品干冻法液体样品滴在衬底上，冰冻后真空干燥元素分布匀称，可初步浓缩样品液体和组织样品高温>400°C干灰化或低温灰化法<100oC湿灰化，用酸分解样品常用硝酸、硫消化法酸、过氧酸作消化剂可使样品匀称浓缩，高温灰化时挥发性元素易丢失，耗费大,费时快速，试剂不纯易引进杂质适用有机物痕量元素分析，元素分布不匀称样品，取样量大适于有机物痕量元素分析，无机物较多不宜采纳2 .靶衬材料的选择常用靶衬支持薄靶样品，对靶衬材料的要求是：原子序数低，产生物致辐射小；机械活度高，耐酸、碱：电传导和热传导性好：纯度高，无重元素杂质：制膜便利。常用的靶衬材料有碳膜和各种塑料膜等。0入射质子在靶中能量损失过大，不再认为是单能质子，这种靶叫作厚靶。如人牙等。厚靶的X射线谱比较困难，标准制备和数据处理比较困难。制靶过程中留意不使元素丢失，也不能引入杂质。防止污染特殊重要。尽量选用物料制品：化学试剂和试验用水纯度要高；衬底材料的纯度高，表面清洁；贮存器皿干净。还要避开工作面空气污染。试验操作人员应仔细对待每一步骤。3 .试验条件的选择（1）质子能量质子能量增大时X射线的产额也增大，对提高灵敏度有利；同时本底也增加。因此要权衡利弊选择质子能量。试验中质子能量常限制在1.4MeV.（2）汲取体的应用在基体的轻元素含量过高时，低能谱区计数率过高而影响整个能谱的测量。这种状况下在样品与探测器之间加用汲取片能消退其干扰。当待测元素受到与其原子序数相近的元素干扰时，可利用X射线的特征汲取峰来消退。例如在全血分析中，用Ti或Cr汲取Fe的X射线，消退Ee的叠加峰和逃逸峰，可改善某些低含量元素的分析。所运用的特征汲取体的原子序数比待汲取元素的低23。（3）束流P1.XE分析中质子束要用散焦的，通过调整加速器的束流聚焦系统来实现：也可以在准直器前放一薄金属膜，当质子束透过时便可散焦。束斑面积要略大于衬底上样品面积，保持束斑内活度匀称，以利于定量计算并减小测量误差。束流活度应限制在肯定范围内，其标准是：第一，靶不被束流击穿：其次，能谱仪的电子线路不能过载。（4）探测器Si（1.i）半导体探测器有较高的探测效率和能量辨别本事，故最为常用。4 .定量分析5 1）肯定测量法实际工作中应用较少，叙述从略。6 2）相对测量法相对测量法的基础是在确定的试验条件下，待测元素的量与该元素X射线峰计数成正比。标样法：在相同条件下，分别测量待测样品m和含已知量m,标准样品的放射性，测得的特征X射线峰计数分别为N和Ns,则试样中待测元素的量，可用下面的简洁公式表示：m三（9.6）此法要求两个靶的制备和测量条件完全相同，有时较难做到，因此误差较大。改进的方法是在制靶时分别在试样靶和标准靶中加入相同量的某一元素（称内标元素），测得的X射线谱用的内标元素的特征X峰计数归一，这样可削减误差。单一内标准法样品溶解后加入已知量的某种元素，作为定量分析的标准，一起制成薄靶，这种方法称为单一内标准法（或内标法），加入的元素称作内标元素。薄靶中待测元素和内标元素在质广的轰击下，产生相应的特征X射线，各元素的特征X射线计数值与内标元素的比值，即为各元素对内标元素的相对灵敏度。相对灵敏度因子，可由试验事先确定。(9.7)式中，。为电离截面，A为元素的原子量，£为对该元素的探测效率，t为靶对探测器之间物质的透射率.，角标分别指示元素的不同。经统计分析后，建立一条相对灵敏度曲线。试验条件一旦确定，相对灵敏度曲线就固定下来，图9-2是以元素铉为内标元素的相对灵敏度曲线。图9-2内标法试验相对灵敏度曲线（KuX射线）（EP=2MeV,1Inm聚茉乙烯汲取体，内标元素包）内标元素的选择应考虑这样儿个因素：一般样品中应不含此元素；有合适的高纯度盐；且溶于水或酸；与待测元素的原子序数不要太靠近；同待分析元素产生的X射线活度相当。最常用的内标元素是包（Y）O采器内标法对薄靶样品作定量分析，计算大为简化。从被测元素的计数N与内标元素的计数Ns之比，内标元素的量m,与相对灵敏度因fn可求出被测元素的量。三、P1.XE分析生物样品的优点（一）所分析的元索正好适合生物样品分析的要求现公认的14种必需微量元素，W9种处于PIXE的最高灵敏度区中：11种主要元素中，可用PIXE法测K、Ca.P、S和C1.五种。在PIXE的X射线谱中还可见到Ti、Rb.Sr和Br等元素。所以PIXE法可同时分析生物体中20多种主要元素和微量元素。（二）灵敏度高P1.XE法具有最低的元素探测极限。相对灵敏度一般为（0.011.）XI（Tfi以上，肯定灵敏度达IOYg以上。第三节扫描质子微探针质子探针（SCanningprotonmicroprobeSPM）是建立在PIXE（质子激发X射线荧光分析）基础上的一种新的微区、微量、无损分析技术.扫描质子微探针又称质子显微镜（protonpicroscope）是20世纪70年头初发展起来的一种新技术。其原理是在P1.XE的基础上，利用粒子加速器将质子能量加速到23MeV,经过电磁聚焦得到微米级的高能质子束。用这种高能质子束激发微区内的待分析检测的物质,可使样品中部分原子的内壳电子被击出产生空穴,于是外层电子向空穴医迁，同时发出该原子的特征X射线.通过测定X射线能量和强度，结合各种原子参数（如电离截面、荧光产额等），可以测出样品中元素的种类与含量，同时通过移动样品或用微束对样品表面进行光栅式扫描,还可得到选区的次级电/图像和各元素的空间分布图。将入射质子束收缩成细束，这样不仅可以用质子束流来分析样品中所含元素的成分而且可以测定样品中所含元素的空间分布，空间辨别率达到微米数量级。该方法结合PIXE法的高灵敏度和微探针的高辨别率扫描两者的优点，所以SPM是分析元素微观分布的有力工具之一。由于质子束在样品的散射较小，以入射束的减速所造成的X射线背景较低，质子探针具有辨别率高（05m1.Um）和检测限低（IPPm）的优点，精度可优于电子探针100倍，是目前测定微量元素含量与确定元素在空间分布的最佳方法之-»SPM的试验装置主要是在PIXE的基础上增加了束流聚焦系统和扫描系统。束流聚焦系统通俗地讲就是束流收缩系统，束流聚焦系统采纳四极磁透镜组成聚焦系统使束流宽度缩小，或利用准直孔来限制束流偏转，再配上自动限制的：维移动装置，便可有效地限制“束-靶”相对位移。目前SPM已可将质子束聚焦到直径0.5um左右。一般扫描电子显微镜(scanninge1.ectricmicroscope.SEM)虽然也可应用于微观空间分布的测定，但只能对厚度VOJm的样品进行分析，否则将明显影响空间辨别率。而应用SPM时，对10m级的厚样品仍能保持良好的空间辨别率，并且它对元素探测的灵敏度比SEM高23个数量级。-一些位于亚细胞结构和生物大分中的微量元素，其浓度范围仅为10"10'2级，这是SEM的灵敏远远达不到的。SPM在微量元素微观分布领域具有明显的优势。道败图9-3是汞中毒患者头发扫描图另外，应用SPM分析技术还可以获得人体内元素含量随时间变更信息。例如，人头发每月生长约10nm0微量元素可在头发中沉积，且沉积量与同期人体内微量元素的浓度相一样。SBM轴向扫描分析发样，即可得出微量元素在头发中的分布状况，相应地推断出人体各个时间摄取微量元素的状况。从汞峰和图9-3汞中毒患者头发的轴向扫描图相邻的锌峰比较，新生长的头发几乎看不出汞元素，说明汞中毒必以前发生的，从汞峰位置到发根的距离还可计算出汞中毒的大致时间。目前已知，机体的很多生理、过程与微量元素的水平与其分布亲密相关。用SPM技术可获得正常组织和病变组织的元素分布图以与微量元素的动态分布。因此，SPM不仅为探讨生命现象本质供应了极有价值的资料，并且在疾病诊断上也有很大潜力。第四节背散射分析技术与核反应分析方法一、背散射分析技术背散射分析技术（RUIhCrfordbackwardscatteringRBS）基于带电离子与被分析物质中原子的原子核弹性散射过程来实现的。背散射过程从物理本质上讲就是Rutherford大角度散射过程。入射离子的质量为&，电荷为Z,能量为E。，散射后出射离子的能量为1.，弹性散射过程中入射离子和出射离子的质量、电荷是不变更的；待分析物质中原子的原子核的质量为Mz,电荷为Z：,，能量为&,散射角为Q则由弹性散射过程中能量守恒、动量守恒可以得到，散射后出射离子的能量为E1.=EOK（O）。其中jWicqs6+f;-1.2sin;O(9.8)待分析物质中原子的原子核的质量如越大，在碰撞过程中传递过来的动能越少，出射离了的动能也越大。通过测量分析背散射粒入接近180“的大角度散射）的动能能谱，就可以反推得到样品中元素的含量和空间分布。由于RBS分析具有方法简便,结果定量、牢竟,不必依靠于标样,不破坏样品宏观结构,能给出深度分布信息等优点,RBS的应用面极为广泛，是很多学科领域探讨中样品表面层元素分析的重要手段，有的甚至成为某些工业生产（例如微电子工业）中产品检测的常规于段。RBS的主要应用有：在薄膜物理中，测定膜厚度、组分比、界面原子分布和原尸混合,深度辨别率为4050nm左右。当采纳掠角散射几何条件（即入射束与样品平面夹角为15°以下）时,可提高深度辨别率至10nm以下。除了探讨非生命体系问题外，RBS也可以用于生物活体的元素分析，探讨生物体系时须要将带电粒/通过被窗引出到靶室外进行测量。这种外束测量方法是可行的。RBS对束斑的要求并不高，常规RBS的分析束斑在1m11r左右。二、核反应分析方法核反应分析方法(nuc1.earreactionanaIvsinNRA)是一种利用离f束与待分析样品中的原了核发生核反应过程，通过测量核反应过程中释放出来的离子来分析样品中的元素的组成,空间分布的核分析方法。核反应分析有比活化分析更广泛的内容，活化分析仅仅是核反应分析所包含的一部分。依据原子核反应机制特点，引起靶核活化，使得靶核具有放射性仅仅是原广核反应过程中的一种。核反应分析方法是一种重要的表面分析技术，它以原子核反应为基础，可对固体中杂质(例如注入原子)的种类、含量与深度分布进行间接测量。依据离子注入的条件(能量、剂量等)与基体元素的性质，选用适当的入射粒子与其能量，使之仅与被测元素发生核反应.探测核反应产生的带电粒子产额，便可得到出射粒子的能谱与入射粒子的激发曲线.对能谱进行分析(着重于注入元素浓度峰的分析)，便可确定注入的离子种类与其深度分布.基于其原理，核反应分析法适合于测定轻原子在重元素基体中的含量与浓度分布。它具有测量速度快、定量、非破坏性、分忻灵敏度高与测量精度高等优点。用加速器产生的P、d、等离子束与原子核发生特定反应,测量反应产物可确定靶核的性质与数量.目前已经实现了可以对C、0、Fe、N、A1.、Ba、F、B、Mg等元素进行含量分析且具有较高的灵敏度。如利用加速器加速的冗束,采纳“N(d,p)后N反应,通过测量质子，快速无损伤地测量生物样品中的氮含量。生物体系内都含有大量的氢元素，在串列静电加速器上，采纳辄离子源，产生入射离子午，依据孤立共振核反应的Brei1.Wigner关系，变更加速电压而变更入射离广能量E,将在样品的肯定深度处发生共振核反应，反应方程如下式：F+pa+O+y(9.9)通过核反应PdE，。可以实现生物体内氢元素的含量和空间分布的测定。核反应分析在非生命体系的探讨工作中有很多进展，对生命体系，这方面的工作正在开展。利用核反应过程不仅可进行分析方面的工作，而且可以开展医学成像和治疗方面的工作。第五节可活化示踪技术可活化示踪技术(activatedtracertechnique,ATT)是把稳定核素示踪技术和活化分析法两者给合起来的一种新技术。基本步骤是在待探讨体系中(血、尿和组织样品等)引入具有肯定丰度的稳定核素示踪剂，进行活化分析，对该示踪剂作定性和定量分析。如”的测定可利用”(p,n)I午反应，通过测量isF的0.511MeV湮没辐射(annihi1.ationradiation),就可得到样品中"0的含量。可活化示踪剂还能与它的放射性同位素一起运用，用于双标记技术。例如,可活化示踪剂Gr和放射性同位素"Cr共同标记红细胞，以视察红细胞的生存状况。在医学或生物学探讨中应用ATT时，对稳定性示踪剂有肯定要求：第一，用作示踪剂的稳定核素最好是待探讨体系中原有某种元素的稳定同位素。自然丰度要低，最好V10%,引入的示踪济基本上不变更生物体系的自然生理过程，同时又要能保证活化分析的结果牢So因此要求用作示踪剂的稳定核素丰度最好高于其f1.然丰度IO倍以上。其次，要求活化后生成的放射性核素在衰变过程中放出的射线易于测量.第三，要求活化后生成的放射性核素有相宜的半衰期，对生命体系的损伤不太大，或衰变产物代谢比较快。可活化示踪技术综合了稳定核素示踪和活化分析技术两者的优点，它有较高的灵敏度。如应用高辨别探测器，可在活化后不经分别，使试验步骤大大简化，应用本技术能够进行重复性试验，提高精确度,还可克服放射性示踪剂引起的辐射损伤与环境污染。第六节活化分析和P1.XE法在医