CN110231644B - 一种尿样中磷-32的快速分析方法 - Google Patents

一种尿样中磷-32的快速分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于放射性核素检测技术领域，涉及一种尿样中磷‑32的快速分析方法。所述的分析方法包括如下步骤：(1)在水或水溶液中先后加入不同浓度的色素和P‑32放射性标准物质，先后直接测量样品二重和三重计数后，计算样品的TDCR值和探测效率，并拟合它们之间的关系曲线；(2)在未经过放射化学分离处理的尿样中加入HCl和H2O2进行加热处理；(3)加热处理结束后，在尿样中加入CH3COOH，冷却至室温后测量样品的二重和三重计数；(4)根据步骤(1)建立的关系曲线，通过步骤(3)得到的样品的TDCR值计算样品的探测效率，经过探测效率校正后得到样品中P‑32活度。利用本发明的分析方法，能够无需进行化学回收率的校正，就可快速、准确的进行尿样中磷‑32的分析。

Description

一种尿样中磷-32的快速分析方法
技术领域
本发明属于放射性核素检测技术领域，涉及一种尿样中磷-32的快速分析方法。
背景技术
P-32是一种短寿命高能β核素(半衰期14.262天，Emax＝1.709MeV)，，属于人工放射性核素。由于磷能够以多种形态存在于生物组织内，决定了P-32应用范围广泛，包括医学、放射化学、分子生物学及农业等多个领域。
磷-32是最早用于临床的放射性核素之一。例如，磷[P-32]酸钠注射液可用于治疗真性红细胞增多症、原发性血小板增多症等疾病；胶体磷[P-32]酸铬注射液可用于癌性胸腔积液的治疗及用作某些恶性肿瘤的辅助治疗。但使用含P-32注射液的患者出院前，需要监测其尿样中的P-32活度以防止可能的放射性污染。另外，从事与P-32相关的科学研究人员及放射药物生产人员长期接触P-32放射性物质，有可能面临P-32内照射污染的风险，也需要进行常规或突发性事故P-32内照射剂量评估。因此，尿样中P-32活度的生化分析是评估P-32内辐照剂量有效而且最为常用的一个途径。
目前，常用的尿样中P-32分析方法涉及放射化学分离(如磷酸钙共沉淀)、化学回收率校正、通过外部标准放射源校正探测效率(包括液闪探测效率校正和Cerenkov探测效率校正)三个部分(参见S Yoon.J.Radiol.Prot.2014,34,775-785)，其基本分析原理如下。
首先通过放射化学分离(如磷酸钙共沉淀)去除尿样基质并富集纯化P-32。然后进行液体闪烁计数(LSC)、契伦柯夫(Cerenkov)或气体正比计数器(GPC)计数测量。由于从复杂多变的尿样基质中分离P-32将或多或少带来P-32的损失，要获取准确的测量结果，化学回收率的监测与校正十分必要。同时，LSC和Cerenkov测量样品中的化学残留物(包括酸、盐及有机质)也会产生化学淬灭和颜色淬灭，从而造成P-32探测效率的降低，故通常采用外部标准放射源校正探测效率。此外，GPC测量也需要测量样品沉淀量，以校正实际样品的探测效率。
其他稍作改变的尿样中P-32分析方法在放射化学分离(如磷酸钙共沉淀)后，采用正比计数器测量，但也需要进行化学回收率校正及使用外部标准放射源校正探测效率(G.H.Kramer,Can.J.Chem.1984,62,2344-2345)。
以上这些尿样中P-32分析方法虽然可满足常规P-32分析需求，但样品的化学回收率校正和P-32探测效率校正较为复杂耗时，故应用于快速筛查和快速评估应急事故下的尿样中P-32时不能满足时效要求。而应急事故尿样分析方法的侧重点是分析速度，要求人员尿样采集后，经过简单化学预处理就可直接测量，尽可能避免校正化学回收率和通过外部放射源校正探测效率。
近期发展的基于Cerenkov探测的TDCR(triple to double coincidence ratio)-Cerenkov技术(参见K.Kossert.ApplRadiatIsot.2010,68,1116-1120)非常适用于高能核素的快速分析测量。TDCR-Cerenkov技术的原理为通过TDCR值校正Cerenkov探测效率，校正过程无需外部放射性标准源。基于TDCR的Cerenkov探测效率曲线不用重复拟合，适用于任何配置TDCR测量技术的液体闪烁计数器。TDCR测量装置装配有三个光电倍增管，样品在测量过程中可以得到二重计数和三重计数，TDCR值为三重计数与二重计数之比。在实际应用过程中，只要测得样品的TDCR值就可以校正Cerenkov探测效率。
P-32为高能Beta粒子，最大衰变能为1.709MeV，高于Beta粒子在水中产生Cerenkov光的能量阈值0.263MeV，可以产生Cerenkov光。
发明内容
本发明的目的是提供一种尿样中磷-32的快速分析方法，以能够通过TDCR-Cerenkov技术，无需进行化学回收率和通过外部放射源的探测效率的校正，就可快速、准确的进行尿样中磷-32的分析。
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种尿样中磷-32的快速分析方法，所述的快速分析方法基于TDCR-Cerenkov技术的分析原理，包括如下步骤：
(1)在水或水溶液中先后加入不同浓度的色素和P-32放射性标准物质，先后直接测量样品二重计数和三重计数后，计算样品的TDCR值和探测效率，拟合P-32的Cerenkov探测效率与TDCR值的关系曲线；
(2)在未经过放射化学分离处理的尿样中加入HCl和H2O2进行加热处理；
(3)加热处理结束后，在尿样中加入CH3COOH，冷却至室温后测量样品的二重计数和三重计数；
(4)根据步骤(1)建立的Cerekov-TDCR关系曲线，通过步骤(3)得到的样品的TDCR值计算样品的探测效率，样品计数经过探测效率校正和放射性衰变校正后，即可得到样品中P-32活度。
由于P-32属于高能β核素，其衰变能(E＝1.709Mev)大大高于电子在水溶液中产生Cerenkov光的能量阈值(E＝0.263MeV)，故适用TDCR-Cerenkov技术进行尿样中P-32的快速筛查和分析测量。
TDCR-Cerenkov技术适用于快速测量P-32，原因如下：
(1)可屏蔽α粒子、低能β核素和低能γ核素的干扰，可大大简化化学预处理流程；
(2)根据TDCR值，就可以校正Cerenkov探测效率，无需外部放射性标准物质校正探测效率，从而简化了探测效率校正步骤；
(3)测量样品无需加闪烁液，保证了测量样品的完整性，可继续用于其他用途，同时提高了样品测试量，从而可充分利用样品并不会引入有机闪烁液废物。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种尿样中磷-32的快速分析方法，其中步骤(1)中，所述的色素选自黄色食用色素中的一种或几种。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种尿样中磷-32的快速分析方法，其中步骤(1)中，所述的色素加入后的质量百分比浓度范围为0-0.63％。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种尿样中磷-32的快速分析方法，其中步骤(1)中，所述的P-32放射性标准物质加入后的浓度为0.2-10Bq/g。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种尿样中磷-32的快速分析方法，其中步骤(2)中，加入的所述的HCl的浓度为0.6-2.4mol/L，加入的所述的H2O2的浓度为0.50-1.5mol/L。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种尿样中磷-32的快速分析方法，其中步骤(2)中，所述的未经过放射化学分离处理的尿样和加入的所述的HCl、H2O2的体积比为15:4:3-15:1:1。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种尿样中磷-32的快速分析方法，其中步骤(2)中，加热处理的温度为60-90℃，时间为60-90分钟。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种尿样中磷-32的快速分析方法，其中步骤(3)中，加入的所述的CH3COOH的浓度为0.44-1.75mol/L。
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种尿样中磷-32的快速分析方法，其中步骤(3)中，所述的尿样与加入的所述的CH3COOH的体积比为30:1-15:2。
本发明的有益效果在于，利用本发明的尿样中磷-32的快速分析方法，能够通过TDCR-Cerenkov技术，无需进行化学回收率和通过外部放射源的探测效率的校正，就可快速、准确的进行尿样中磷-32的分析。
附图说明
图1为实施例1中所建立的P-32的Cerenkov探测效率与TDCR值的关系曲线图(横坐标TDCR代表样品净三重计数与净二重计数的比值；纵坐标Counting efficiency代表样品探测效率)。
图2为实施例2中加热条件下CH3COOH对尿样的化学发光的抑制影响的曲线。图中坐标与不同曲线的含义如下：
横坐标Time为样品停止加热到测量结束的时间；纵坐标CPS为样品每秒的二重计数。
-△-为尿样样品加入HCl和H2O2样品，60℃加热一小时后，直接测量样品的二重计数；
Figure BDA0001589516140000041
为尿样样品加入HCl和H2O2样品，60℃加热一小时后，直接测量样品的三重计数；
Figure BDA0001589516140000042
为尿样样品加入HCl和H2O2样品，60℃加热一小时，升温至90℃，加热半小时，直接测量样品的二重计数；
Figure BDA0001589516140000052
为尿样样品加入HCl和H2O2样品，60℃加热一小时，升温至90℃，加热半小时，直接测量样品的三重计数；
Figure BDA0001589516140000053
为尿样样品加入HCl和H2O2样品，60℃加热一小时后，加入CH3COOH，直接测量样品的二重计数；
Figure BDA0001589516140000054
为尿样样品加入HCl和H2O2样品，60℃加热一小时后，加入CH3COOH，直接测量样品的三重计数；
-□-为尿样样品加入HCl和H2O2样品，60℃加热一小时，升温至90℃，加热半小时，加入CH3COOH直接测量样品的二重计数；
Figure BDA0001589516140000055
为尿样样品加入HCl和H2O2样品，60℃加热一小时，升温至90℃，加热半小时，加入CH3COOH直接测量样品的三重计数。
图3为实施例2中加热条件下CH3COOH对尿样的化学发光的抑制影响的具体研究方法的流程图。
图4为实施例3中加标样品的P-32测量值与预期值的对比关系图(横坐标Expeted32P(Bq L-1)为加标尿样样品中P-32的预期活度浓度值；纵坐标Measured 32P(Bq L-1)为加标尿样样品中P-32的测量活度浓度值)。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
实施例1：P-32的Cerenkov探测效率与TDCR值的关系曲线测定
TDCR(Triple to double coincidence ratio)测量装置，装配有三个光电倍增管，样品在测量过程中可以得到二重计数和三重计数，TDCR值为三重计数与二重计数之比，计算公式见公式(1)。
Figure BDA0001589516140000051
其中：
TripS为样品三重计数；
TripB为空白三重计数，即本底三重计数；
DoubS为样品二重计数；
DoubB为空白二重计数，即本底二重计数。
基于此装置的TDCR测量技术，通过TDCR值校正样品的探测效率，整个校正过程不涉及外部放射源，所以该技术为绝对测量技术。只有装配TDCR装置的液闪计数器才可实现TDCR-Cerenkov技术。
P-32的Cerenkov探测效率
Figure BDA0001589516140000061
为样品P-32测量活度值与样品加入的P-32活度值之比，计算公式为：
Figure BDA0001589516140000062
测定P-32的Cerenkov探测效率与TDCR关系的步骤如下，所得曲线如图1所示：
(1)使用食用黄色色素，配制不同浓度的样品，浓度从0到0.63％，均匀分布在五个浓度范围；混合均匀后，测量各个样品的二重计数和三重计数，即本底二重计数和三重计数；
(2)加入P-32放射性标准物质，浓度为0.2-10Bg/g，混合混匀后，测量各个样品的二重计数和三重计数；
(3)根据公式(1)计算各个样品的TDCR值；
(4)根据公式(2)计算各个样品的P-32Cerenkov探测效率；
(5)拟合Cerenkov探测效率与TDCR值关系曲线，即公式(3)：
Figure BDA0001589516140000063
实施例2：加热条件下CH3COOH对尿样的化学发光的抑制影响的研究
尿样通常呈淡黄色至棕色，能引起较强的颜色淬灭，从而大大降低Cerenkov探测效率，严重时Cerenkov探测效率会低于10％。在酸性条件下，加入H2O2可分解掉尿样中的有色物质，使尿样澄清，从而使Cerenkov探测效率显著提升接近40％左右。但加入H2O2的问题是H2O2的残留会引起尿样的化学发光，致使分析结果偏高。由于在加温和长期放置条件下，H2O2不稳定易分解，因此可将尿样放置较长时间(一般需要10小时以上)至化学发光衰减到足够低后再测量。由于乙酸(CH3COOH)是常用化学发光抑制剂，所以可以加速H2O2的分解。综上所述，在加热条件下，通过提高温度和加入CH3COOH可有效减少化学发光，从而降低化学发光对尿样中P-32测量结果的影响。
加热条件下CH3COOH对尿样的化学发光的抑制影响的具体研究方法的流程如图3所示，具体步骤如下。
准备四个系列的样品，分别按图3所示的四种方法进行处理。
方法一为15ml尿样加入H2O2和HCl后，60℃恒温一小时，直接测量样品二重计数和三重计数，每次测量时间为10分钟,测量至样品计数稳定。
方法二为15ml尿样加入H2O2和HCl后，60℃恒温一小时，然后加入醋酸，直接测量样品计数，每次测量时间为10分钟，测量至样品二重计数和三重计数稳定。
方法三为15ml尿样加入H2O2和HCl后，60℃恒温一小时，接着升温至90℃，恒温半小时，直接测量样品二重计数和三重计数，每次测量时间为10分钟，测量至样品计数稳定。
方法四为15ml尿样加入H2O2和HCl后，60℃恒温一小时，接着升温至90℃，恒温半小时，然后加入醋酸，直接测量样品二重计数和三重计数，每次测量时间为10分钟，测量至样品计数稳定。
从图2可知，化学发光只影响样品的二重计数，不影响三重计数。四种处理方法得到的样品，都有很高的初始二重计数，然后迅速衰减值稳定水平。这要求样品需要等到室温才可以进行Cerenkov测量。其中方法一处理的样品本底水平高于其他三种方法，方法二、三、四三种方法处理后的样品的本底接近，说明高温和醋酸都可以很快的除去尿样中残余的双氧水。但是按照方法二处理样品时，发现加入醋酸后，样品中出现大量气泡，测试过程样品不断产生气体，不方便后续的Cerenkov测量，而且存在污染测量仪器的风险。所以建议先升温至90℃，恒温半小时，再加入醋酸，可确保双氧水分解完全，不产生持续的化学发光。
实施例3：加标样品的P-32测量值与预期值的对比研究
向15ml尿样中加入P-32放射性标准溶液(245-123813Bq/L)；将3ml浓HCl(12mol/L)和2ml浓H2O2(9.79mol/L)加入15ml加标尿样中，60℃恒温水浴1小时，然后升温至90℃，继续恒温30分钟，再加入1ml浓CH3COOH(17.5mol/L)，冷却至室温，转移至20ml塑料液闪瓶中进行样品二重计数和三重计数。空白样品为15ml尿样，不加P-32放射性标准物质。按照上述整个流程处理空白样品。所有样品第一次测量24小时后，进行第二次测量。
Figure BDA0001589516140000081
其中：
A(Bq/L)为样品中P-32活度浓度；
DoubS为样品的二重计数；
DoubB为空白样品的二重计数；
λ为P-32衰变常数，5.63×10-7s-1；
t1为样品开始测量时间；
t0为实验开始时间；
T为样品的测量时间，s；
V为样品体积，L。
计算结果见表1。原始尿样由于颜色淬灭严重，P-32探测效率不足10％。表1中U-3和U-4的探测效率为30％，其余样品的探测效率提高到40％左右，表明本发明的方法明显解决了颜色淬灭，提高了P-32探测效率。
如表1和图4所示，加标尿样测量值与预期值符合良好，分析偏差小于5％。
本发明的分析方法操作简单，5小时可批次处理48个15ml尿样。
综上所述，本发明通过对尿样进行简单快速的化学消色，结合TDCR-Cerenkov技术测量P-32活度，无需进行化学回收率和通过外部放射源的探测效率的校正，因此方便快速、易于批式处理、准确可靠、大大提高了样品的分析速度和分析效率。本发明的方法的检测灵敏度可以同时满足常规尿样及应急尿样的分析要求。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围。
Figure BDA0001589516140000091

Claims (7)

1.一种尿样中磷-32的快速分析方法，其特征在于，所述的快速分析方法基于TDCR-契伦柯夫技术的分析原理，包括如下步骤：
(1)在水中先后加入不同浓度的色素和磷-32放射性标准物质，先后直接测量样品二重计数和三重计数后，计算样品的TDCR值和探测效率，拟合磷-32的契伦柯夫探测效率与TDCR值的关系曲线；
(2)在未经过放射化学分离处理的尿样中加入HCl和H2O2进行加热处理；
(3)加热处理结束后，在尿样中加入CH3COOH，冷却至室温后测量样品的二重计数和三重计数；
(4)根据步骤(1)建立的契伦柯夫-TDCR关系曲线，通过步骤(3)得到的样品的TDCR值计算样品的探测效率，样品计数经过探测效率校正和放射性衰变校正后，即可得到样品中磷-32活度。
2.根据权利要求1所述的快速分析方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的色素选自黄色食用色素中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的快速分析方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的磷-32放射性标准物质加入后的浓度为0.2-10Bq/g。
4.根据权利要求1所述的快速分析方法，其特征在于：步骤(2)中，加入的所述的HCl的浓度为0.6-2.4mol/L，加入的所述的H2O2的浓度为0.50-1.5mol/L。
5.根据权利要求1所述的快速分析方法，其特征在于：步骤(2)中，加热处理的温度为60-90℃，时间为60-90分钟。
6.根据权利要求1所述的快速分析方法，其特征在于：步骤(3)中，加入的所述的CH3COOH的浓度为0.44-1.75mol/L。
7.根据权利要求1所述的快速分析方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的尿样与加入的所述的CH3COOH的体积比为30:1-15:2。
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