GB/T 16145-1995 生物样品中放射性核素的γ能谱分析方法

ICS11.020

C57霭8

中华人民共和国国家标准

GB/T16145一1995

生物样品中放射性核素的Y能谱

分机力达

Gammaspectrometrymethodofanalysing

radionuclidesinbiologicalsamples

1996一01一23发布1996一07一01实施

国家技At监督局

中华夕兄民共和国」1生部发布

中华人民共和国国家标准

生物样品中放射性核素的Y能谱

Gs/T16145一1995

分析方法

Gammaspectrometrymethodofanalysing

radionuclidesinbiologicalsamples

主题内容与适用范围

本标准规定了用锗H〔PGe,Ge(Li)习或碘化钠[Nal(Tl)]Y能谱仪分析生物样品中放射性Y核素的

方法。

本标准适用于活度高于探测限的放射性Y核素的生物样品。除了采样制样部分外，本标准规定的，

谱分析方法原则上也适用于其他非生物样品。

2术语

生物样品biologicalsample

本标准中生物样品系指陆生动植物(如粮食作物、蔬菜、茶叶、牧草、牛奶、食品、家畜、家禽、指示性

野生动植物)，水生生物(如海洋或淡水中的浮游生物、水底生生物、海藻和水中附着生物)，以及人和动

物的排泄物等

方法概要

把制成一定几何形状的生物样品置于谱仪系统的锗或碘化钠探测器的适当位置，获取样品了谱并

确定全能峰位置和净峰面积，根据Y谱仪能量刻度系数、全能峰效率刻度系数、y射线的发射几率、样品

质量(或体积)以及有关参数或修正系数等确定样品中含有的放射性核素种类和其比活度。

仪器设备

4.1Y谱仪

由前置放大器、放大器、脉冲幅度分析器、高压电源、谱数据分析处理系统等部件组成。

4.2探测器

使用锗探测器时，探测器探测效率应尽量高(相对效率最好大于20%)。对“Co1332keVY射线

的能量分辨率应小于2.5keV。分析器应不小于4096道;

b.使用碘化钠探测器时，最好选用不小于卯.5cmX7.5cm含低钾圆柱形Nal(TI)晶体和低噪

声光电倍增管组成的低本底Y探头，对"'Cs662keV的Y射线全能峰分辨率小于9%。脉冲幅度分析器

道数不小于256道;

在样品量很少，放射性比活度又低的情况下，可使用井型探测器或低本底反符合屏蔽/康普顿

抑制探测系统。

4.3探测器屏蔽室

一般选用低放射性的铅或钢铁作屏蔽物质，壁厚为1015cm铅当量，内腔大小一般为40cmX

国家技术监督局1995一12门5批准1996一07一U1实施

GB/T16145一1995

40cmX50cm-80cmX80cmX100cm(或内腔容积近似的圆柱形)。有条件时内壁从外向里依次衬有

适当厚度的福、铜、有机玻璃或汞，例如，0.8^-1.6mm福,0.2^-0.4mm铜等。

4.4试剂

选用分析纯的酸(HNO,,HCI等)络合剂或稳定性同位素载体，以及其他一些有关化学试剂，用于

防止某些放射性核素在样品预处理过程中挥发损失或被容器器壁吸附。

4.5了标准源和Y放射性标准溶液

适用于谱仪能量和效率刻度用的核素通常是，<,Am,"3B}、,o'Cd,"Co,,39Ce,s,Cr、...Cs、s"Mn,"Zn,

"'Co,d"Y、,52Eu、,s'Ta等。标准溶液或标准源的总不确定度应小于500(30),

4.6样品盒及制样器具

根据不同情况选用合适的样品盒，压样模具或压板。附录D(参考件)给出了适合测量低比活度样品

用的两种类型样品盒。

5谱仪系统的能t刻度

5.1能量刻度r源选择

5.1.1选择能量精确知道，半衰期较长，能量分布比较均匀，范围较大(如60keV-3000keV，但对锗

谱仪一般60keV-2000keV即可)的Y源(参见4.5),

5.1.2r源可以是一个多种核素混合的发射多种能量y射线或是一个单一核素发射多种能量Y射线

的点源或体源，也可以是一套只发射一、两种Y射线的单一核素Y点源或体源。

5.1.3当自制混合源时，应根据探测器的效率和选用核素的Y射线的发射几率估算混合源中各核素应

加的量，以使一次测量的混合7刻度谱中被选用的有关7射线的全能峰面积几乎能同时达到一定的统

计性要求。

5.2能量刻度y谱的获取

将谱仪系统调至合适的工作状态并待稳定后，将y源置于探测器适当位置，并在保证不发生严重堆

积效应的条件下(总计数率<1000计数/秒)获取一个至少包含四个孤立峰，其面积统计性又符合要求

的混合7谱。

5.3能量刻度曲线的确定

5.3.1将包括峰的谱段平滑后，确定峰位，常见方法见附录E(参考件)。

5.3.2在一系列峰位P和能量E对应点:(P;,E;).j=1,2N确定后，能量刻度曲线可用下列三

种方法之一确定:

a.假定峰位和能量之间关系满足下列多项式，即:

E=a。十a,P'-I-a,P2+”二十a"P"·······“·“·”·····一·(1)

利用上述多项式对已知的数据作最小二乘法拟合，确定系数ao,a·一，a"。一般情况下，取二次或

一次多项式作拟合即可。

b.假定峰位和能量之间的关系是逐段线性的，即:

:一:，+并书琶E(，一E;)“。…。.。。二。.。:“。.””。(2)

其中P,<P2<...”二<尸、;尸，<尸<尸。，.对任何一个峰位置，先确定它在哪个区间，再用插入法

根据上面关系式求出对应的能量。

C.实验要求不太精确时可用目测法确定一组峰位和对应的能量，在直角坐标纸上作图并对数据

拟合。

s谱仪系统的效率刻度

探测效率的刻度即指在给定测量条件下，建立7射线能量与其全能峰效率关系曲线，或者确定一些

2

GB/T16145一1995

具体核素刻度系数。

6.1全能峰效率刻度方法

6.1.1效率刻度源.

原则上必须选定(或自己制备)与待测样品的几何形状和大小完全相同，基质一样或类似，质量密度

相等，核素含量和能量都准确知道，以及源容器材料和样品盒材料相同的Y刻度源。刻度源的活度总不

确定度应<7oo(3a)，且具备良好的均匀性和稳定性，源活度一般为被测样品的10-30倍。

6.1.2效率刻度谱的获取

将谱仪系统调至合适工作状态并待稳定后将刻度源置于与样品测量时几何条件完全相同的位置上

获取刻度7谱，并使7谱中用于刻度的最小净峰面积计数统计误差小于0.5%(20)。必要时重复测量

2^-3次。

6.1.3峰面积分析和效率计算

采用与样品谱相同的谱分析方法或程序，计算刻度Y谱中各Y射线净全能峰面积计数率，然后按下

面公式计算Y射线能量为E的探测效率e(E):

a。

s(E)=PAoe-''0`Ra,(3)

式中:a,—t时刻测量的相应，射线能量为E的净峰面积计数率,s-,;

Ao-t。时刻刻度源相应核素的活度，氏;

尸—相应Y射线的发射几率;

A—核素的衰变常数，s-;

At—刻度源衰变时间，即源制备时刻((to)至测量时刻(t)的时间间隔,s;

R-t时刻该Y射线的发射率，s-'(它等于PAoe-'0`)o

6.1.4效率曲线拟合

在一组全能峰效率e(E)和相应能量E实验点确定后，效率曲线利用式(4)作加权最小二乘法拟合，

求出待定参数a。，al，·“·，aN_1后，对任意Y能量的全能峰效率再由式(4)求得:

loge(E)一艺a;(logE)'“.。.。…。.。…。·。…。.…(4)

对锗谱仪，在双对数坐标纸上绘出的全能峰效率曲线形状如下图所示。曲线常常分两段拟合，大约

在150^300keV处有个“接点”E,，对7能量E<E。的低能段，当实验效率点)6时，上式拟合阶数

(N-1)可取3;当有3-5个实验效率点时，阶数可取2。对E>E。的高能段，有6或7个实验点时，拟合

阶数可取3;大于8个点取4，在3-5个点时取2。对于Nal(TI)探测器，当能量大于200keV时，在双对

数坐标纸上全能峰效率与能量关系近似为一条直线.

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50too20050010(102000

能量,k,V

一个典型同轴Ge(T1)探测器全能峰效率曲线(源距10cm)

6.2锗谱仪效率相对刻度方法

6.2.1选择一两种具有多种r辐射的核素刻度源(各条Y射线相对强度必须精确知道)，和一两种活度

已知的单能r辐射刻度源，它必须满足6.1.1,

6.2.2获取效率刻度谱(见6.1.2),

6.2.3计算Y射线能量为E的相对全能峰:,(E)，其值为a,/P，其中a，为净全能峰面积，P，为Y射线

的相对强度，然后按式(4)拟合得一条相对效率曲线。

按式(3)计算出所选定的单能Y射线为E。的全能峰效率:(E.),

:.::‘按式(5)计算出各Y射线的全能峰效率e(E):

__e(E,,)

￡(也)=￡(也)一，二二，二...……。·。……。·..·……(5)

C八色。)

式中:E,(E,)—相应于Y能量为E,，由相对效率曲线内插求得的相对全能峰效率。

6.3刻度系数计算

当采用相对比较法确定样品中核素含量时(样品中核素组成已知)，可选择相应核素刻度7源，求出

相互对应的核素刻度系数CC,=A净。，其中A为刻度源核素活度(助),a为选择的一个或儿个加权的

(一般按发射几率加权)特征全能峰净面积计数率(s-1),

6.4效率刻度中应注意的几个问题

6.4门如果使用的刻度源中某种核素具有级联y辐射，而且y谱是在刻度源距离探测器较近情况下获

取的，则用于计算效率的峰面积应做符合相加修正，详见附录B(参考件)。

6.4.2当标准源的装样质量密度与待测样品的质量密度不一致而且差别较大，则分析的刻度谱峰面积

应作r相对自吸收校正(或对样品谱的峰面积作校正)相对自吸收校正方法见附录c(参考件)。

6.4.3当自己制备刻度源时，使用的基质中固有的放射性核素(通常是天然放射性核素)与加入的标准

源溶液或标准物质的7能量一样或相近，应考虑它们对刻度谱峰面积的影响。一般可以用制作刻度源的

基质单独制作一个“空白”本底源，并在同样条件下获取其本底了谱，然后从刻度谱峰面积中或者直接从

刻度谱中扣除本底。

6.4.4对反康普顿Y谱仪系统的全能峰效率刻度，应特别注意级联Y辐射核素的相应全能峰面积处

理。通常可以利用其同时获取的非反符合谱中相应峰面积经符合相加修正后再计算全能峰探测效率。

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了测t样品的制备和样品Y谱获取

了.，”采集的样品必须具有代表性，采集的样品量和预处理原则必须便于Y能谱分析。详见附录A(补充

件)。

7.2根据样品放射性核素含量强弱，样品量(质量或体积)多少，谱仪类型和其系统的主要性能指标，以

及现有条件，选择最合适的样品盒制备样品。制备样品应满足下列原则要求:

8.确保使用的样品盒未被放射性污染;

b.对可能引起放射性核素壁吸附的样品(如液体或呈流汁状态样品)，必须选择壁吸附小或经一

定壁吸附预处理的样品盒装样;

装样密度尽可能均匀，并尽量保证与刻度源的质量密度和体积一样。在达不到质量密度一致条

件时，应保证样品均匀和体积一致。当体积也不能达到一致时，则保证样品均匀条件下准确记录装样体

积和重量，以便对结果作体积和密度校正;

d.对含有易挥发核素或伴有放射性气体生成的样品，以及需要使母子体核素达到平衡后再测量

的样品，在装样后必须密封;

对样品量充足.预测核素含量很低，装样密度又小于标准源的样品(通常可能是一些直接分析

的样品)，可以选用特殊的工具和手段(如压缩机)，把样品尽可能压缩到样品盒中;

f装样体积和样品重量应尽量精确，前者误差应控制在5%以内，后者应小于1%,

了.3获取样品Y谱时必须注意:

a.在保持与获取刻度源7谱相同的几何条件和工作状态下测量样品Y谱;

b.获取时间视样品中放射性强弱和对特征峰面积统计误差要求而定;

低活度样品的长期测量中应注意和控制谱仪的工作状态变化对样品谱的可能影响，测量过程

中可暂停获取谱数据(或作为一个单独谱存储一次并分析处理)，待重新放置样品一次后再接着测量。特

别是夭然核素弱样品分析时，应在测量样品之前或之后(或者前后两次)测量本底谱，用于谱数据分析时

扣除本底谱的贡献;

d.对装样密度均匀性可能较差的样品，应在测量过程中间倒置一次再接着测量;

e.如果使用的设备是反康普顿谱仪，应同时获取反康普顿谱和符合谱或单谱。单谱用于确定样品

中级联Y辐射的核素(如"Co)，也可使用反符合谱和符合谱相应峰面积之和来确定。若具有两个主探测

器时，也可以在Y-Y符合工作状态下确定具有级联Y辐射的核素。

8样品Y谱分析

视设备功能尹;同，可选用计算机谱分析软件完成，也结合谱仪硬件功能以及手工运算来完成。有时

需要几种方法和手段相互结合补充，才能更好的定性定量分析。

8.1定性分析—核素鉴别

8.1.1对成分未知，峰面积统计涨落较大的Y谱，可考虑先平滑测量的Y谱(全谱或感兴趣的谱段)，详

见附录E(参考件).

8.1.2选用适当方法寻峰并确定峰位，详见附录E(参考件)。

8.1.3根据确定的峰位.用能量刻度的系数或曲线内插求出相应的Y能量。

8.1.4根据所确定的Y能量查找能量一核素数据表(库)，即可得知样品中存在的核素。但有时需要根据

样品核素半衰期(具体可测量峰面积的衰变曲线)，一种核素的多个Y特征峰及其发射几率比例，或核素

的低能特征x射线等辅助方法加以鉴别。

8.2定量分析—核素活度确定

8.2.，根据鉴别的核素的特征，原则上尽量选择Y射线发射几率大，受其他因素干扰小的一个或多个

7射线全能峰作为分析核素的特征峰。样品谱十分复杂，并伴有短半衰期核素而难以选定时，可利用不

s

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同时间获取的7谱作适当处理。

B-2.2根据样品谱特征、峰的强弱和具体条件选择合适的峰面积计算法计算特征峰面积，详见附录F

(参考件)。

8.2.2.1受干扰小的孤立单峰，叮选用简单谱数据处理方法，如总峰面积法，也可以用曲线函数拟合方

法。

8.2.2.2重峰或受干扰严重的峰必须使用具有重峰分解能力的曲线拟合程序。其步骤包括:选取适当

本底函数和峰形函数;将谱分段，确定进行拟合的谱段;进行非线性最小二乘法拟合，求出拟合曲线的最

佳参数向量;对拟合的最佳峰形函数积分或直接由有关参数计算峰面积和相关量。

8.2-2.3某些情况下运用适当的剥谱技术或通过总峰面积的衰变处理或其他峰面积修正方法达到分

解重峰或消除干扰影响的目的。

8.2.3计算样品中核素比活度

8.2.3.，根据谱仪刻度的具体情况，选用下面任意一种方法计算采样时刻样品中核素比活度A,

a.相对比较测量法，计算公式为:

_A,F,

一‘·F2Tme-'0'(6)

式中:C,-6.3中刻度系数;

A,—从测量样品开始到结束时所获得的核素特征峰净面积(计数);

Fz—样品相对于刻度源Y自吸收校正系数，如果样品密度和刻度源的密度相同或相近，F:可

取1;

T—样品测量活时间，s;

二—测量样品的质量(当测量样品不是采集的样品直接装样测量时，，用相应于采集时的样品

质量或体积代替),kg(或体积,L);

At—核素衰变时间，即从采样时刻到样品测量时刻之间的时间间隔,s;

d放射性核素衰变常数，s-';

F,—按式((7)计算的样品测量期间的衰变校正因子.如果被分析的核素半衰期与样品测量的时

间相比大于100,F，可取为1;

如果设T}为测量样品的真实时间(不是活时间T)，则短寿命核素在测量期间的衰变校正因子F,

为:

AT<

.:。.。。.。…。.。…。·…。”。”。(7)

1一e_m=

b.刻度效率曲线法，计算公式为:

A,F,F,

“。二。。.。…。”.··….…。“.(8)

ePTme-''0'

A一F}

式中:F,-Y符合相加修正系数，对发射单能Y射线核素，或估计被分析Y射线的相应修正系数不大

时，可取F,为1，否则应设法估算Fa;

。—相应能量Y射线的全能峰效率;

P—相应能量Y射线发射几率;

其他符号和式((6)中符号意义相同。

8.2-3.2核素活度的标准偏差可根据误差传递原理由式(s>或(8)求出。

8.3其他谱分析方法

当样品中核素已知，还可以使用剥谱法、联立方程组解谱法和最小二乘法确定核素比活度，这些方

法对Nal(Tl)Y谱仪更适用。详见附录G.,H,I(参考件)。

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9样品分析结果报告

9.1报告样品中大于探测限的核素比活度及其总不确定度，并注明总不确定度置信度和主要误差源大

d,e

9.2属于常规低水平样品分析时，推荐按下列情况报告分析结果:

a.当样品中核素计数大于判断限水平计数时(探测限和判断限详见附录J<参考件))，核素比活

度A表示为A=1.96aq,a，为A的标准差，这时置信度为95%;

b.当样品中核素计数小于或等于判断限水平计数时，对作为评价报告用的数据，应报告A十

1.64aq值，对作为求平均值用的数据，应直接报告A值(不管正、负或零)。

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附录A

生物样品的采集和预处理

(补充件)

Ai根据监测或研究的目的、采集对象和其特定场所特征、预计核素的可能浓度和分布、谱仪的探测下

限等多种因素.确定采样方法、数量、时间、频度以及样品的预处理方法。样品保存、运输和预处理应避免

放射性损失和污染。采样的具体方法、程序和步骤、时间和频度按照有关标准、规范执行。

A2采集生物样品量的确定

A2.1需要先确定采集多少样品量(W)时，可根据的下面方程来估算:

(ta)

..。。..…。二。二。.。…。·.…”..…(A1)

WfEPYt

式中:A—分析样品的放射性比活度，这里是可定量分析的最小活度，Be/k不L);

—测量样品的时间，s;

—在t时间内，谱仪可测量到的最小计数率，5一’(通常指核素特征峰面积计数率);

w—采集样品重量或体积，kg(L);

:—谱仪探测效率(通常指全能峰效率)，%;

f—被测量样品所占采样量份额(包括灰样比，详见表A1);

P—被分析核素特征峰的7发射几率;

Y—化学分析回收率。

表A1各种生物样品灰样比g/kg

“称灰样比RI1W0gftS,kkg一··灰样·X-W10gfA,kkg

豆类(干)380.3香蕉

蛋类(带壳)101.0水果(罐头)

面粉4.8,9.1'2.1水果(鲜)

玉米12'苹果

大米6.5,5.7'1.5广柑

小麦170.6茶叶

干草230.44跳荆鲜)

鱼类130.8蔬菜根〔类)

鲤鱼12'菠菜

贝壳类180.6白菜

马尾藻38`萝卜

肉类9.21.1茄子

猪肉5.6*奶

家禽8.11.2奶粉功0

土豆11,8.3'。.9脱脂奶粉

通心粉71.4面包(白)210.5

注灰样比为常规下观察到的平均值(带。值为我国报导的一些典型平均值).随样品的组成和灰化条件的不同，表

中值可能在25范围内波动。

估算时因参数(ta),W,f,E,Y等值在很大范围内可有多种组合满足式(All，故应根据测量的目的

要求、现有条件和花费成本最低等原则，实行优化组合来确定采样量的多少。

A2.2对一台测量装置固定的Y谱仪，可根据相对测量误差的要求，对(to)值和特性指数(f,E,P,Y,t)

cB/T16145一1995

作出一些估计和假设，然后按A-W关系曲线确定W值。当样品可能出现多种核素时，应以估计的W值

中最大者为确定