DE2404618A1 - X-RAY FLUORESCENCE ANALYSIS DEVICE - Google Patents

X-RAY FLUORESCENCE ANALYSIS DEVICE

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DE2404618A1
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Gerard Robert Lauer
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US Atomic Energy Commission (AEC)
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    • G21K1/02Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
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Description

United States Atomic Energy Commission, Washington, D.C. 20545, U.S.A.United States Atomic Energy Commission, Washington, D.C. 20545, UNITED STATES.

Röntgenstrahlen-Fluoreszenzanalysevorrichtung.X-ray fluorescence analyzer.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Quellenhalter-Kollimator zum Einkapseln radioaktiven Materials und zum Sammeln der von dem Material ausgehenden Emanationen.The invention relates to a source holder collimator for encapsulating radioactive material and collecting the from emanations emanating from the material.

Die Bestimmung von Bleipegeln in biologischen Proben ist von Wichtigkeit, beispielsweise die Bestimmung des Bleiniveaus im Blut von Kindern, bei denen durch Aufnahme von Farbstückchen gefährliche Bleiniveaus erreicht werden können. Diese Bleipegel gehen hinauf bis 0,08 mg % oder mehr, wohingegen normale Pegel zwischen 0,02 mg % bis 0,04 mg % betragen, d.h. 0,2 ppm, wobei 0,02 mg % = 0,2 mg Pb/100 g Blut 0,2 ug/ml =The determination of lead levels in biological samples is of Importance, for example, determining the level of lead in the blood of children who have ingested bits of paint dangerous lead levels can be reached. These lead levels go up to 0.08 mg% or more, whereas normal levels are between 0.02 mg% to 0.04 mg%, i.e. 0.2 ppm, where 0.02 mg% = 0.2 mg Pb / 100 g blood = 0.2 ug / ml

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Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zur Bestimmung dieser Bleipegel verwendet worden; beispielsweise bekannte qualitative und/oder quantitative chemische Laboruntersuchungen, um so unbekannte Verunreinigungen in Proben festzu-. stellen; diese Systeme sind jedoch teuer und zeitaufwendig und ihre Genauigkeit hängt von der Ausbildung der die Versuche durchführenden Personen ab; darüber hinaus erfordern diese Versuche eine umfangreiche Verarbeitung der Proben, beispielsweise eine vorherige chemische Trennung der Verunreinigungen von der Probe.Various devices and methods have been used to determine these levels of lead; for example known qualitative and / or quantitative chemical laboratory tests in order to determine unknown impurities in samples. place; however, these systems are expensive and time consuming and their accuracy depends on the training of those performing the experiments People from; In addition, these experiments require extensive processing of the samples, for example a prior chemical separation of the impurities from the sample.

Die vorliegende Erfindung überwindet diese Nachteile und sieht gemäß einem Ausführungsbeispiel ein ringförmiges Röntgenstrahlen-Fluoreszenzsystem vor, welches eine geformte ringwulstförmige Probengestalt um eine radioaktive Quelle niedriger Energie herum verwendet, die gegenüber einem Röntgenstrahlendetektor in enger Nachbarschaft zur Probe abgeschirmt ist. Durch richtige Auswahl der Bauteile wird - wie im folgenden im einzelnen beschrieben - die gewünschte Feststellung erreicht.The present invention overcomes these disadvantages and provides, in one embodiment, an annular fluorescent x-ray system which is a shaped toroidal sample shape around a radioactive low energy source used, which is shielded from an X-ray detector in close proximity to the sample. By correct Selection of the components - as described in detail below - the desired determination is achieved.

Kurz gesagt sieht gemäß einem Ausführungsbeispiel die Erfindung eine 36O°-Bestrahlung einer geformten ringwulstförmigen Probe um eine Ringanordnung von radioaktivem Material mit niedriger Energie vor, das eingekapselt und gegenüber dem Röntgenstrahlendetektor abgeschirmt ist, und zwar durch einen Kollimator, der die Primäremissionen vom radioaktiven Material vom Detektor weg und zur Probe hin kollimiert, wobei letztere in einer Ebene liegt, die durch die Ringanordnung und die geformte ringwulstförmige Probe verläuft. Der Detektor gestattet die gewünschte Röntgenstrahlen-Fluoreszenzanalyse, da er von den Primäremissionen des radioaktiven Materials abgeschirmt ist, aber noch immer in wirkungsvoller Weise die sekundären Rontgenstrahlenemissxonen von der Probe aufnimmt, die darin um 360° durch die kollimierten Primäremissionen von der Ringanordnung des radioaktiven Materials erzeugt werden. Gemäß einer Ausbildung ist eine radioaktive Quelle vorgesehen, die eine Ringanordnung von Sphären (Kugeln) eingekapselten radioaktiven Materials niedriger Energie aufweist,Briefly, according to one embodiment, the invention provides 360 ° irradiation of a shaped toroidal sample around a ring array of low energy radioactive material that is encapsulated and facing the x-ray detector Is shielded by a collimator that captures the primary emissions from the radioactive material away from the detector and collimated towards the sample, the latter lying in a plane passing through the ring arrangement and the formed toroidal shape Trial runs. The detector allows the desired X-ray fluorescence analysis, since it is shielded from the primary emissions of the radioactive material, but still more efficient Way, the secondary X-ray emissions from the sample, which are collimated by 360 ° through the specimen Primary emissions are generated by the ring array of radioactive material. According to one training it is radioactive Source provided which has a ring arrangement of spheres (spheres) encapsulated radioactive material of low energy,

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_3- 2^04618_3- 2 ^ 04618

um selektiv spezielle Röntgenstrahlen ia der Probe anzuregen, wobei Mittel vorgesehen sind, die einen Halbleiterdetektor besitzen, um diese Röntgenstrahlen für die Röntgenstrahlen-Fluoreszenzanalyse festzustellen.to selectively excite special X-rays ia the sample, means are provided which have a semiconductor detector to detect these X-rays for X-ray fluorescence analysis ascertain.

Die vorliegende Erfindung bezweckt also, eine Niedrigenergie-Röntgenstrahlenfluoreszenzanalyse zur Feststellung von Blei in Blut anzugeben, wobei gemäß der Erfindung eine ringwulstförmige Probe benutzt wird, die um 3 60 herum bestrahlt wird, so daß sich ein schnelles, genaues und einfaches System ergibt, ohne daß die vorherige Trennung von Blei aus der Probe erforderlich ist.Thus, the present invention aims to provide low energy X-ray fluorescence analysis to indicate the detection of lead in blood, according to the invention a toroidal Sample is used which is irradiated around 3 60, so that there is a fast, accurate and simple system without the prior separation of lead from the sample is required.

Zum Stand der Technik wird auf die folgenden US Patentschriften verwiesen: 3 449 575; 2 479 882; 3 316 406; 2 797 333For the prior art, reference is made to the following US patents referenced: 3,449,575; 2,479,882; 3,316,406; 2,797,333

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:Further advantages, goals and details of the invention emerge from the description of exemplary embodiments on the basis of FIG Drawing; in the drawing shows:

Fig. 1 eine Teildraufsicht auf den Kollimator gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;1 shows a partial plan view of the collimator according to an embodiment the invention;

Fig. 1a eine Einzelheit der Fig. 1;Fig. 1a shows a detail of Fig. 1;

Fig. 2 einen Teilquerschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1.FIG. 2 shows a partial cross section along the line II-II in FIG. 1.

Die vorliegende Erfindung sieht eine transportfähige Vorrichtung zur Bestimmung geringer Pegel von Metallverunreinigungen in biologischen Proben.vor, wobei ein Minimum an Probenaufbereitung erforderlich ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden "normale" Bleipegel im Blut, beispielsweise bis zu 0,02 mg % festgestellt, und insoferne sieht die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, welche überall, d.h. unabhängig vom Labor, im Aussendienst zur Untersuchung von Blutproben hinsichtlich Blei benutzbar sind. Es können jedoch höhere Bleipegel als 0,02 mg % in Blut oder anderen Proben gemäß dieser Erfindung für Forschungszwecke oder auf einer automatischen Basis bestimmt werden, wie sich aus der folgenden Diskussion imThe present invention provides a portable apparatus for determining low levels of metal contaminants biological samples, whereby a minimum of sample preparation is required. According to an embodiment of the invention "normal" lead levels are determined in the blood, for example up to 0.02 mg%, and in this respect the invention allows Process and a device that can be used everywhere, i.e. independently of the laboratory, in the field for the examination of blood samples are usable with respect to lead. However, lead levels higher than 0.02 mg% can be found in blood or other specimens according to this Invention for research purposes or on an automatic Basis, as can be seen from the following discussion in the

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einzelnen ergibt. Dem Fachmann ist klar, daß das erfindungsgemäße System auch zur Feststellung von Spurenelementen in irgendeiner in einen Wulstring geformten Probe, wie beispielsweise von Wasser, Luftreinigungsfiltern, usw., verwendet werden kann.individual results. It is clear to the person skilled in the art that the inventive System also for the detection of trace elements in any sample formed in a bead ring, such as water, air purifying filters, etc. can be used.

Es ist bekannt, daß die Fluoreszenz zur Feststellung von Elementen in einer Probe benutzt werden kann. Kurz gesagt, besteht die Röntgenstrahlenfluoreszenzanalysemethode darin, daß die Charakteristik der Röntgenstrahlen festgestellt und gemessen wird, die von den Atomen der Elemente in der Probe abgegeben werden, und zwar bei Erzeugung der Anregungszustände, wobei die Anregungszustände der Atome mit der Erzeugung von Leerstellen in den normalerweise besetzten elektronischen Energiepegeln oder Schalen, d.h. den M, L oder K Energieschalen zusammenhängen. Nach Erzeugung derartiger Leerstellen führt die darauffolgende Wiedereinstellung der Elektronen zur Emission spezieller Röntgenstrahlen mit bekannten Energien, welche für die Elemente charakteristisch sind, wobei die zur Erzeugung der Leerstellen erforderliche Energie bekannt ist und Leerstellen durch geeichte Energiestrahlungsquellen erzeugt werden, wie beispielsweise durch Elektronen, Protonen, Alphateilchen oder Photonen von hinreichender Energie, um ein Elektron aus einer Elektronenschale der Atome zu entfernen. Da die elektronischen Energiepegel oder -niveaus sämtlicher Elemente der Probe diskret sind und eine endliche Differenz dieser Niveaus zwischen deren Elementen besteht, hat es die genaue Messung der während der Anregung der Probe emittierten Energien ermöglicht, viele der Elemente in einer Verschiedenheit von Proben zu identifizieren.It is known that fluorescence is used to detect elements can be used in a sample. In short, the X-ray fluorescence analysis method is that the Identify and measure the characteristics of the X-rays emitted by the atoms of the elements in the sample, namely when generating the excited states, the excited states of the atoms with the generation of vacancies in the normally occupied electronic energy levels or shells, i.e. the M, L or K energy shells are related. After generation Such vacancies lead to the subsequent re-adjustment of the electrons to the emission of special X-rays with known energies which are characteristic of the elements, the energy required to generate the vacancies is known and voids are generated by calibrated energy radiation sources, such as electrons, Protons, alpha particles or photons of sufficient energy to remove an electron from an electron shell of the atoms. Because the electronic energy levels or levels of all elements of the sample are discrete and a finite difference between them Levels between the elements of which it has made it possible to accurately measure the energies emitted during the excitation of the sample, identify many of the elements in a variety of samples.

Von den zwei bislang bekannten Röntgenstrahlenfluoreszenzanalysesystemen hat das Energiedispersionsverfahren gewisse Vorteile gegenüber dem Wellenlängendispersionsverfahren, wobei das erstere gemäß der Erfindung benutzt wird, um ein tragbares Detektorsystem zu erhalten. Das Energiedispersionsverfahren ist sehr wirkungsvoll durch Eliminierung der Verwendung von Brechungskristallen und Kollimatoren, die bislang im Zusammenhang mit dem Wellenlängendispersionsverfahren benutzt wurden, wobei noch hinzukommt, daß ein Detektor, dessen Ausgangsgröße eine Funktion der darin abgegebenen Energie ist, benachbartzu derOf the two previously known X-ray fluorescence analysis systems the energy dispersion method has certain advantages over the wavelength dispersion method the former according to the invention is used to create a portable Detector system. The energy dispersion method is very effective in eliminating the use of Refractive crystals and collimators that have been used in connection with the wavelength dispersion process, in addition, a detector, the output of which is a function of the energy emitted therein, is adjacent to the

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zu analysierenden Probe gebracht werden kann. Durch Verwendung dieses Verfahrens mit einem derartigen Detektor wird das gesamte Spektrum der in der Probe erzeugten Röntgenstrahlen durch elektronisches Sortieren der Detektorimpulse gemessen.sample to be analyzed can be brought. By using this method with such a detector, the entire Spectrum of the X-rays generated in the sample measured by electronically sorting the detector pulses.

Anwendungen der beschriebenen Energiedispersionsmethode, wie beispielsweise industrielle Anwendungen für die Mehrelementanalyse von Proben, die Elemente bis hinab zu Natrium im periodischen System enthalten, sind in folgender Literaturstelle beschrieben: New York University Institute of Environmental Medicine Report NYU-3040 von Laurer, Kniep, Wrenn und Eisenbud. Die vorliegende Erfindung verwendet das oben erwähnte Energiedispersions-Röntgenstrahlenfluoressenzverfahren zur Feststellung von Blei in Blut, wobei eine ringwulstförmige Blutprobe verwendet wird, die auf 360° durch kollimierte Primäremissionen bestrahlt wird, welche durch einen Kollimator laufen, und zwar von einer Ringanordnung eingekapselten radioaktiven Quellenmaterials in der Mitte der ringwulstförmigen Probe, wobei die Probe den Kollimator umkreist, um den Detektor gegenüber Primäremissionen vom Quellenmaterial abzuschirmen. Wie im folgenden noch im einzelnen verständlich werden wird, verwendet ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eine spezielle Anordnung mit einem Detektor, wie beispielsweise dem kürzlich entwickelten Halbleiterdetektor, wobei die Detektorausgangsgrößen eine Funktion der Energie der Sekundärröntgenstrahlenemissionen von der Probe sind, welche durch die Primäremissionen von der Quelle darin erzeugt werden. Die Erfindung verwendet in einem Ausführungsbeispiel eine spezeille radioaktive Quelle in einer kompakten Anordnung, um eine tragbare Vorrichtung zur Feststellung von Bleiin einer Blutprobe vorzusehen, und zwar in quantitativer und qualitativer Hinsicht, ohne daß die vorherige Trennung des Bleis aus dem Blut erforderlich wäre.Applications of the energy dispersion method described, such as industrial applications for multi-element analysis of samples containing elements down to sodium in the periodic table are given in the following reference described: New York University Institute of Environmental Medicine Report NYU-3040 by Laurer, Kniep, Wrenn, and Eisenbud. The present invention uses the above-mentioned energy dispersion X-ray fluoroessence method for detection of lead in blood, using a donut-shaped blood sample, which is 360 ° through collimated primary emissions which pass through a collimator from a ring array of encapsulated radioactive source material in the center of the toroidal sample, the sample orbiting the collimator, around the detector against primary emissions shield from source material. As will be understood in detail below, an exemplary embodiment is used According to the invention, a special arrangement with a detector such as that recently developed Semiconductor detector, where the detector outputs are a function of the energy of the secondary X-ray emissions from the Sample generated therein by the primary emissions from the source. The invention uses, in one embodiment, a specific radioactive source in a compact one Arrangement to provide a portable device for the detection of lead in a blood sample, in quantitative and quantitative terms qualitative, without the need to separate the lead from the blood beforehand.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel - vergleiche dazu die Zeichnung - weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Quellenhalter 10 auf, der von einem Detektor 24 getrennt ist, welcher - wie im folgenden beschrieben wird - emittierte sekundäre Röntgenstrahlen aufnimmt und mißt.According to a preferred embodiment - compare the drawing - the device according to the invention has a Source holder 10 which is separate from a detector 24 which - as will be described below - emitted secondary Picks up and measures X-rays.

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ο -ο -

24CH61824CH618

Der Halter 10 besteht aus eine^ scheibenförmigen Kollimator 17, der durch ein Paar von trapezoidförmigen Metall-Kollimiervorrichtungen 34 und 34' gebildet ist, die - wie gezeigt - mit abgeschrägten Seiten 38 und gemeinsamen Basen 36 zusammengebaut sind, um einen ringförmigen rechteckigen Kolliiaatorkanal 42 in seiner Kante 39 aufzuweisen, wobei ein kleinerer innerer Ringkanal 40 konzentrisch zum Kanal 42 verläuft. Der Kanal 40 ist mit dem Quellenmaterial 12 in einer Ringanordnung 14 angefüllt, was weiter unten beschrieben wird. Die Kante 39 trägt - wie unten beschrieben werden wird - die Blutprobe 22 längs einer kleineren Achse 41 in einem zu bestrahlenden Proben-Halteringwulst 52. Ein geeignetes Material für den Ringwulst 52 ist ein kleine Poren aufweisendes absorbierendes Kissen aus weissem Zellulosematerial, welches ein Aufsaugmedium oder Löschpapier bildet. In der Praxis wurde festgestellt, daß keine von aussen kommende störende Fluoreszenzspitzen durch das Aufsaugmaterial des das Blut haltenden Behälter-Wulstrings 52 erzeugt werden. Der Ring 52 wird durch den Kollimator 17 mittels einer Preßpassung an der äußeren Kante 39 gehalten.The holder 10 consists of a ^ disk-shaped collimator 17, by a pair of trapezoidal metal collimators 34 and 34 'which, as shown, are assembled with beveled sides 38 and common bases 36 around an annular rectangular collator channel 42 in its edge 39, with a smaller inner annular channel 40 running concentrically with the channel 42. The channel 40 is filled with the source material 12 in a ring arrangement 14, which is described below. As will be described below, the edge 39 carries the blood sample 22 longitudinally a minor axis 41 in a sample retaining ring bead to be irradiated 52. A suitable material for the annular bead 52 is a white absorbent pad which has small pores Cellulose material, which forms an absorbent medium or blotting paper. In practice it was found that none from the outside Incoming interfering fluorescence peaks are generated by the absorbent material of the container bead ring 52 holding the blood. The ring 52 is held on the outer edge 39 by the collimator 17 by means of an interference fit.

Aus der dargestellten Konfiguration erkennt man, daß die Probe 22 sehr dicht zur Strahlungsquelle angeordnet sein kann, ohne daß eine Störung der Kollimation erfolgt, welche durch die Mittel 34 und 34' bewirkt wird. Der Kollimator 17 wird aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise Nickel, hergestellt, was eine richtige Abschirmung gegenüber der Strahlung vom Quellenmaterial 12 bewirkt.From the configuration shown, it can be seen that the sample 22 can be arranged very close to the radiation source without the collimation being disturbed by the means 34 and 34 'is effected. The collimator 17 is made of a suitable material such as nickel, whatever provides proper shielding against radiation from source material 12.

Innerhalb des rechteckigen Kanals 42 ist ein ringförmiges Berylliumaustrittsfenster 50 zwischen dem/Kanal 40 angeordneten radioaktiven Quellenmaterial 12 und dem Probenhaltewulstring angeordnet, um das radioaktive Quellenmaterial innerhalb des Kanals 40 zu halten und um auch als Filter die gewünschte Primärstrahlung von dem Quellenmaterial zur Blutprobe zu übertragen.Inside the rectangular channel 42 is an annular one Beryllium exit window 50 between the radioactive source material 12 disposed between the / channel 40 and the sample holding bead ring arranged to keep the radioactive source material within the channel 40 and also to act as a filter for the desired primary radiation from the source material to the blood sample.

Der Detektor 24 ist innerhalb eines durch flüssigen Stickstoff gekühlten Kryostaten 51 angeordnet, um eine Ausgangsgröße 26 zu erzeugen und um die Auflösungseigenschaften des unten zu be-The detector 24 is arranged within a cryostat 51 cooled by liquid nitrogen in order to generate an output variable 26 to generate and to determine the resolution properties of the

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schreibenden Detektoxmacerials aufrechtzuerhalten, was dem Fachmann ohne weiteres verständlich ist. Die Ausgangsgröße 26 wird - wie unten erläutert - zur Erzeugung einer Spektralanalyse verwendet, durch welche das Vorhandensein von Blei festgestellt und gemessen werden kann.writing Detektoxmacerials to maintain what the professional is readily understandable. The output variable 26 is used - as explained below - to generate a spectral analysis, through which the presence of lead can be determined and measured.

Der Kollimator 17 ist direkt auf dem Kryostaten 51 benachbart oder in Berührung mit einem Berylliumfenster 49 angeordnet, welches gestattet, daß die von der Probe innerhalb des Behälters 52 emittierten Röntgenstrahlen in der durch die Pfeile angedeuteten Weise ungehindert in Richtung des Detektors 24 laufen können. Es sei darauf hingewiesen, daß der Ringquellen-Haltekanal 40, das Ring-Berylliumfenster 50 und der Ringproben-Haltebehälter 52 auf Drehachse 23 zentriert sind und sämtlich in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, die parallel zum Fenster 49,im Kryostaten 51 verläuft, so daß der Detektor 24 in wirksamer Weise mit gleichem Abstand gegenüber sämtlichen obigen Elementen der Anordnung gehalten ist.The collimator 17 is directly adjacent or on the cryostat 51 placed in contact with a beryllium window 49 which allows the sample within the container 52 X-rays emitted can run unhindered in the direction of the detector 24 in the manner indicated by the arrows. It it should be noted that the ring source holding channel 40, the ring beryllium window 50 and the ring sample holding container 52 are centered on the axis of rotation 23 and are all arranged in a common plane which is parallel to the window 49 in the cryostat 51 extends so that the detector 24 is effectively equidistant from all of the above elements of the assembly is held.

Ein geeignetes radioaktives Quellenmaterial 12, welches eine ringförmige zentrierte Kern- oder Core-Vorrichtung zur Verwendung im Kanal 14 bildet, weist eine Ringanordnung von Mikrosphären (Mikrokügelchen) auf, die ungefähr 250 Mikron Durchmesser be-A suitable radioactive source material 12 which is a annular centered core device for use in channel 14 comprises an annular array of microspheres (Microspheres) that are approximately 250 microns in diameter

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sitzen und aus PuO- bestehen. Pu zerfällt durch Alphateilchenemission mit einer Halbwertszeit von 86 Jahren, so daß eine Erneuerung dieses Materials während der normalen Lebenszeit der Vorrichtung nicht erforderlich ist. Der Uran-234 Abkömmling dieses Isotops emittiert L-Röntgenstrahlen von 11,6 keV, 13,5 keV, 17,0 keV und 20,2 keV in annähernd 13% seines Zerfalls. Diese Röntgenstrahlen liegen nahe der L-Absorptionsflanke des Bleis, was einen wesentlichen Anstieg der Absorption durch Blei der Röntgenstrahlen zur Folge hat. Die Auswirkung der Strahlung vom PuO2-Quellenmaterial besteht darin, daß das in der Probe vorhandene Blei veranlaßt wird, sekundäre Röntgenstrahlen auszusenden, welche durch Detektor 24 festgestellt und gemessen werden können.sit and consist of PuO-. Pu decays through alpha particle emission with a half-life of 86 years, so that renewal of this material is not necessary during the normal life of the device. The uranium-234 derivative of this isotope emits L-X-rays of 11.6 keV, 13.5 keV, 17.0 keV and 20.2 keV in approximately 13% of its decay. These X-rays are close to the L-absorption edge of the lead, which results in a substantial increase in the absorption by lead of the X-rays. The effect of the radiation from the PuO 2 source material is to cause the lead present in the sample to emit secondary x-rays which can be detected by detector 24 and measured.

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_ Ω —_ Ω -

Im Betrieb wird eine auf Blei zu untersuchende Blutprobe durch Kapillarwirkung in ein Hematokritrohr gezogen und dann Tropfen für Tropfen in ein absorbierendes Material gegeben, welches in der Form des beschriebenen Blutbehälter-Wulstrings 52 ausgebildet ist, um so das Festhalten und die Formgestaltung oder Formung der Blutprobe zu erreichen. Der Ringwulst wird sodann in der in der Zeichnung gezeigten Weise in den Kollimator 17 eingesetzt. Die von der Quelle 12 ausgehende Strahlung wird radial nach aussen gehend durch die beschriebene Form gesammelt, wodurch das Blei in der Blutprobe angeregt wird. Der Detektor 24 erzeugt eine Spektralanalyse, aus welcher die Menge des Bleigehalts in der Blutprobe entnehmbar ist. Es wurde festgestellt, daß gute Ergebnisse mit Belichtungszeiten von weniger als 1 Minute erreicht werden können.A blood sample to be examined for lead is carried out during operation Capillary action is drawn into a hematocrit tube and then placed drop by drop into an absorbent material, which is designed in the form of the described blood container bead ring 52 so as to hold and shape or To achieve shaping of the blood sample. The annular bead is then inserted into the collimator 17 in the manner shown in the drawing. The radiation emanating from the source 12 is collected going radially outwards through the shape described, whereby the lead in the blood sample is excited. The detector 24 generates a spectrum analysis from which the amount of lead content is removable in the blood sample. It has been found that good results are obtained with exposure times of less than 1 minute can be achieved.

Zum Zwecke der Eichung kann eine Standardbleilösung einer Probe bleifreien Blutes der gleichen Art hinzugefügt werden, aus welcher dann ein Aliquot entnommen und zentrifugiert wird, um die 95% der Blutbleilast enthaltenden roten Blutkörperchen zu trennen. Das beispielsweise in einer Zentrifuge erfolgende Zentrifugieren konzentriert das Blei in wirkungsvoller Weise in der Probe mit einem Faktor von ungefähr zwei. Nach dem Umlaufenlassen durch das Zentrifugieren wird der die roten Blutkörperchen enthaltende Teil auf den durch den Ringwulst 52 gebildeten Behälter getropft und der Detektor kann durch übliche Verfahren unter Verwendung standardisierten radioaktiven Quellenmaterials und eines Einkanalanalysators geeicht werden. Im folgenden seien Beispiele für die Erfindung angegeben.For calibration purposes, a standard lead solution can be added to a sample of lead-free blood of the same type from which then an aliquot is removed and centrifuged to separate the red blood cells containing 95% of the blood lead load. Centrifugation, for example in a centrifuge, effectively concentrates the lead in the sample a factor of about two. After circulating by centrifugation, it becomes the one containing the red blood cells Part dripped onto the container formed by the annular bead 52 and the detector can be used by conventional methods standardized radioactive source material and a single-channel analyzer. The following are examples specified for the invention.

BEISPIELEEXAMPLES

Eine Blutprobe wurde zur Feststellung von lediglich der davon herrührenden Blexrontgenstrahlen verwendet, während andere Fluoreszenzanalysen gleichzeitig die Feststellung von Röntgenstrahlen verschiedener Elemente vornehmen; die erfindungsgemäße Auswahl der Materialien und ihre ringwulstförmige Anordnung gewährleisteten eine Bestrahlung des Probenringwulstes in der Ebene der Quelle um 360° herum, und zwar selbst dann, wenn die Quelle bis auf 1mm der Probenoberfläche und die Probe bis auf 1 mm des Detektoreingangsfensters gebracht wurde. Die Fluoreszenzröntgen-One blood sample was used to detect only the flash-x-rays emanating therefrom, while others Perform fluorescence analyzes simultaneously to detect x-rays of different elements; the invention The selection of the materials and their arrangement in the form of an annular bead ensured that the sample annular bead was irradiated in the plane of the source around 360 °, even if the source is within 1mm of the sample surface and the sample is within 1mm of the Detector entrance window was brought. The fluorescent x-ray

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strahlen trugen nicht V73sentiicp zur Bleiröntgenstrahlenenergieregion bei, da die wulstringförmige Anordnung der vorliegenden Erfindung die Streuung von der Quellenstruktur minimierte, während das Probenfluoreszenz/Streu-Verhältnis maximiert wurde. Es wurde festgestellt, daß ohne die beschriebene Anordnung einer der signifikanten Beiträge zu den Dunkelstössen bei der Dispersionsfluoreszenzanalyse infolge sowohl kohärenter als auch inkohärenter Streuung der Prxmärerregungsröntgenstrahlen an den Strukturmaterialien und der Probe selbst auftritt.Radiation did not contribute to the lead x-ray energy region at, since the toroidal configuration of the present invention minimized scattering from the source structure, while the sample fluorescence / scatter ratio was maximized. It was found that without the described arrangement one of the significant contributions to the dark bumps in the dispersion fluorescence analysis due to both coherent and incoherent scattering of the primary excitation x-rays on the structural materials and the sample itself occurs.

Es wurde ein Halbleiter-Röntgenstrahlendetektor mit hoher Auflösung und Eigenleistungsfähigkeit verwendet. Ein verwendeter Detektor war ein Lithiumdrift-Silizium Si(Li) -Detektor. Diese Detektorart ist in den US Patenten 3 381 367 und 3 278 668 beschrieben und weist eine Silizium-Intrinsicregion und eine Lithiumdriftregion auf, was in Verbindung mit diesen Detektoren und den alternativ verwendbaren Ge-Detektoren bekannt ist, wobei letztere in dem "Brookhaveri Nat. Lab. Report BNL 16610 beschrieben sind. Unterhalb ungefähr 16 keV hatte der verwendete 3 mm dicke Si(Li)-Detektor ungefähr 100% Wirkungsgrad, und die festgestellten L-Schalen Röntgenstrahlen des Bleis waren samt- ■ lieh unterhalb dieser Energie, wobei die Bleiröntgenstrahlen beispielsweise Energien von 14,762 keV (Ly), 12,620 keV (L.,), 12,611 keV (L. ), 10,549 keV (L ) oder 10,448 keV (L. )It has become a high resolution semiconductor X-ray detector and self-performance is used. One detector used was a lithium drift silicon Si (Li) detector. These Detector type is described in US Patents 3,381,367 and 3,278,668 and has a silicon intrinsic region and a silicon intrinsic region Lithium drift region on what is known in connection with these detectors and the alternatively usable Ge detectors, wherein the latter described in the "Brookhaveri Nat. Lab. Report BNL 16610" are. Below about 16 keV, the 3 mm thick Si (Li) detector used had about 100% efficiency, and the The established L-shells x-rays of the lead were all-■ borrowed below this energy, with the lead X-rays, for example, energies of 14.762 keV (Ly), 12.620 keV (L.,), 12.611 keV (L.), 10.549 keV (L) or 10.448 keV (L.)

1 1 21 1 2

hatten.had.

Der Detektor war in einem vakuumdichten Behälter mit einem Röntgenstrahleneintrittsfenster untergebracht und wies ein 5/1000 Zoll dickes Berylliumfenster 49 auf, welches für eine 100%-ige Durchlässigkeit der sekundären charakteristischen Röntgenstrahlen von der Blutprobe oberhalb 10 keV ausgewählt war. Um überlegene Auflösungseigenschaften beizubehalten, war der Si(Li)-Detektor auf Temperaturen des flüssigen Stickstoffs abgekühlt.The detector was housed in a vacuum-tight container with an X-ray entrance window and was used for instruction 5/1000 inch thick beryllium window 49, which for 100% permeability of the secondary characteristic X-rays from the blood sample above 10 keV was selected. In order to maintain superior dissolution properties, was the Si (Li) detector is cooled to liquid nitrogen temperatures.

Die verwendete Eichkurve für den Si(Li)-Detektor wurde mit einerThe calibration curve used for the Si (Li) detector was with a

Co-Quelle mit Photonenenergien von 6,399 keV, 7,057 keV undCo-source with photon energies of 6.399 keV, 7.057 keV and

14,40 keV hergestellt. Dies lieferte eine Energieeichung, wo14.40 keV produced. This provided an energy calibration where

409831/0901409831/0901

der Mittelpunkt der 10,5 keV Pb L-Röntgenstrahlenspitze im Kanal 270 des Analysators erschien.the center of the 10.5 keV Pb L X-ray peak im Channel 270 of the analyzer appeared.

2 Die folgenden Instrumente wurde zusammen mit einem 200 mm Si(Li) Detektor 24 verwendet:2 The following instruments were used together with a 200 mm Si (Li) Detector 24 uses:

1. Vorverstärker1. Preamplifier

2. Spektroskopischer Verstärker2. Spectroscopic amplifier

Ein leerer Proben-Ringwulst ergab eine erste Mehrkanalanalysatorausgangsgröße und somit eine bleifreie Dunkelstoßzählung. Wenn dann die Ringwülste Blei enthielten, wurden qualitative und quantitative Kanalausgangsgroßen erzeugt, die für das im Ringwulst vorhandene Blei charakteristisch sind.An empty sample ring bulge provided a first multichannel analyzer output and thus a lead-free dark shock count. Then, when the bulges contained lead, they became qualitative and Quantitative channel output variables generated for that in the annular bead existing lead are characteristic.

Die Auswahl der Betektorgröße gründete sich auf die beiden Faktoren der Auflösung und des geometrischen Wirkungsgrades. Die Auflösung war gut genug, um einen, wenn nicht beide, der am meisten vorhandenen L-Röntgenstrahlen vom Blei in der Blutprobe, d.h. 10,5 keV und 12,6 keV, gegenüber anderen Röntgenstrahlen von der Blutprobe zu trennen. Die Detektorfläche war so groß als möglich, um maximalen geometrischen Wirkungsgrad zu erhalten.The choice of actuator size was based on the two Resolution and geometric efficiency factors. The resolution was good enough to make one, if not both, of the am Most of the L-X-rays from lead present in the blood sample, i.e. 10.5 keV and 12.6 keV, versus other X-rays from the blood sample. The detector area was as large as possible in order to obtain maximum geometric efficiency.

Da die von dem Si(Li)-Detektor erhaltbare Auflösung eine umgekehrte Funktion seiner Größe war, war die gewählte Größe ein primär durch die anderen Röntgenstrahlen vom Blut diktierter Kompromiss. Die Tabelle I gibt die Normalwerte mit Bereichen des Elektrolytgehalts des menschlichen Bluts an:Since the resolution obtainable from the Si (Li) detector is reversed As a function of its size, the size chosen was one dictated primarily by the other x-rays from the blood Compromise. Table I gives the normal values with ranges of the electrolyte content of the human blood:

409831/0901409831/0901

- 11 -
TABELLE I
- 11 -
TABLE I.
der
Bestandteil
the
component
Gesamtblutwert
der gleichen Art
(jag/100 ml)
Total blood count
of the same kind
(hunt / 100 ml)
Bestandteilcomponent Gesamtblutwert
gleichen Art
(ug/100 ml)
Total blood count
same kind
(ug / 100 ml)
Lithiumlithium 1,9(0,9-3,0)1.9 (0.9-3.0)
Aluminiumaluminum (21-94)(21-94) Manganmanganese 4,040(3580-4500)4.040 (3580-4500) Brombromine 810(330-1730)810 (330-1730) Quecksilbermercury 0,385(0,16-0,510.385 (0.16-0.51 Kalziumcalcium 9,7009,700 Phosphor
(gesamt)
phosphorus
(total)
35,00035,000
Chloridchloride 295,000295,000 Kaliumpotassium 168 000168,000 Chromchrome 3,53.5 RubidiumRubidium 303(260-345)303 (260-345) Kupfercopper 98(72-124)98 (72-124) Siliziumsilicon 830830 Fluorfluorine (11-45)(11-45) Silbersilver Spurentraces Goldgold 1212th Natriumsodium 200,000200,000 Jodiodine 9,7(2,5-16,9)9.7 (2.5-16.9) Schwefel
(gesamt)
sulfur
(total)
1,9281.928
Eiseniron (45,500-52,300)(45,500-52,300) Zinntin 1313th Bleilead 29(18-49)29 (18-49) Zinkzinc 880(480-1280)880 (480-1280)

war
Zwar/eine große Anzahl von Elementen in der Blutprobe, die sämtlich mehr oder weniger zu Matrixwirkungen in der Probe beitragen könnten, nichtsdestoweniger erfordern aber Rubidium (ungefähr 300 Mikrogramm/100ml), Brom (ungefähr 800 Mikrogramm/ 100 ml) und Zink (ungefähr 900 Mikrogramm/100 ml) die sorgfältigste Betrachtung im Hinblick auf ihre mögliche spektrale Interferenz mit den Bleispitzen in den durch den Detektor erzeugten Ausgangssignalen.
was
A large number of elements in the blood sample, all of which could more or less contribute to matrix effects in the sample, nonetheless require rubidium (approximately 300 micrograms / 100 ml), bromine (approximately 800 micrograms / 100 ml) and zinc (approximately 900 Micrograms / 100 ml) the most careful consideration with regard to their possible spectral interference with the lead tips in the output signals generated by the detector.

Es wurde in der Praxis festgestellt, daß K^ und K^ von Brom bei 11,9 keV und 13,4 keV und die 15,1 keV und 13,35 keV K^ und K0^ Spitzen des Rubidiums die 14,7 keV L ^-und 12,6 keV L^ Röntgenstrahlen des Bleis in der Blutprobe umklammerten, während die Brom (11,9 keV) und die 9,6 keV K4 Röntgenstrahlen des Zinks die 10,5 keV L ^Röntgenstrahlen des Bleis umgaben. Infolge der geringen Mengen und der engen Nachbarschaft gegenüber den K /3 Röntgenstrahlen des Rubidiums wurden die L ^ Röntgenstrahlen des Bleis vermieden und der Detektor analysierte stattdessen die verbleibenden K.^(10,5 keV) und L a (12,6 keV) Röntgenstrahlen des Bleis, die beide um ungefähr 900 eV gegenüber möglichenIt has been found in practice that K ^ and K ^ of bromine at 11.9 keV and 13.4 keV and the 15.1 keV and 13.35 keV K ^ and K 0 ^ peaks of rubidium the 14.7 keV L ^ and 12.6 keV L ^ x-rays of lead in the blood sample clasped, while the bromine (11.9 keV) and 9.6 keV K 4 x-rays of zinc surrounded the 10.5 keV L ^ x-rays of lead. Due to the small amount and the close proximity to the K / 3 X-rays of the rubidium, the L ^ X-rays of the lead were avoided and the detector analyzed the remaining K ^ (10.5 keV) and L a (12.6 keV) X-rays instead of lead, both of which are possible by about 900 eV opposite

409831 /090 1409831/090 1

240Λ618240Λ618

Interferenzröntgenstrahlen getrennt waren. Die minimale Auflösung betrug somit 350 eV (volle Breite der Spitze bei 1/2 maximalerInterference x-rays were separated. The minimum resolution was thus 350 eV (full width of the peak at 1/2 maximum

2
Höhe). Zu dem Zwecke wurde ein 200 mm Si(Li)-Detektor mit garantierten Auflösungen von < 300 eV (volle Breite der Spitze bei 1/2 maximaler Höhe) bei der 5,9 keV Mn K. Energie verwendet. Das tatsächliche System hatte eine garantierte Auflösung von 270 eV, volle Breite der Spitze bei 1/2 Maximalhöhe, (5,9 keV), was unter Verwendung von 6,4 keV Fe K0^ Röntgenstrahlen bei 280 eV (volle Breite der Spitze bei 1/2 Maximalhöhe) geprüft wurde. Ein tatsächlich verwendetes System war ein Ortec-Modell Nr. 7016-16270 aus Oak Ridge, Tennessee, USA.
2
Height). For this purpose, a 200 mm Si (Li) detector with guaranteed resolutions of <300 eV (full width of the tip at 1/2 maximum height) at 5.9 keV Mn K. energy was used. The actual system had a guaranteed resolution of 270 eV, full width of the tip at 1/2 maximum height, (5.9 keV), using 6.4 keV Fe K 0 ^ X-rays at 280 eV (full width of the tip at 1/2 maximum height) has been checked. An actual system used was an Ortec Model No. 7016-16270 of Oak Ridge, Tennessee, USA.

Im Hinblick auf Sicherheitsbetrachtungen bei der tragbaren Vorrichtung dieses Beispiels wurde die Quelle allgemein auf Stärken in der Größenordnung von Millicurie gehalten, was jedoch die verfügbaren primären Ausgangsemissionen auf die Größenordnung vonWith regard to safety considerations in the portable device In this example, the source was generally held to strengths on the order of millicurie, which, however, did the available primary output emissions to the order of

7 R
10 bis 10 Photonen/Sekunde begrenzte. Um eine Isotopenquelle mit den korrekten Emissionen für die erforderliche wirkungsvolle Anregung der Probe zu erhalten, wurden gleiche Größe aufweisende
7 R
10 to 10 photons / second limited. In order to obtain an isotope source with the correct emissions for the required effective excitation of the sample, same-sized

Pu-MikroSphären (Mikrokügelchen) von FuO« mit Durchmessern vonPu microspheres (microspheres) from FuO «with diameters of

250 Mikron als zweckmäßig erkannt, obwohl auch größere oder kleinere Durchmesser-Quellen benutzt werden können. Diese Sphärengröße hat eine Aktivität pro Sphäre gemäß der folgenden Tabelle II- 250 microns is found useful, although larger or smaller diameter sources can be used. This sphere size has an activity per sphere according to the following table II-

TABELLE IITABLE II

Volumen = 4/3 iTr3 = 4,2 (1,25 χ 10~2 cm)3 = 8,15 χ 1O~6 cm3 Volume = 4/3 iTr 3 = 4.2 (1.25 χ 10 ~ 2 cm) 3 = 8.15 χ 1O ~ 6 cm 3

Masse von Pu = 8,15 χ 10 cnT χ 7,35 gm/cirr5 Mass of Pu = 8.15 χ 10 cnT χ 7.35 gm / cirr 5

= 6,0 χ 10 gm Pu= 6.0 χ 10 gm Pu

238Pu Aktivität = 6,0 χ 10~5 gm χ 17,5 Ci/gm 238 Pu activity = 6.0 10 ~ 5 gm χ 17.5 Ci / gm

= 105 χ 10~5 Ci
oder κ 1,0 mCi/250 μ Sphäre PuO „
= 105 χ 10 ~ 5 Ci
or κ 1.0 mCi / 250 μ sphere PuO "

Dies ergibt eine Aktivität von 25 m Ci in einem 2 mm Durchmesserkreis, der die kleinere Achse der Ringanordnung der radioaktiven Mikrosphären, d.h. der eingekapselten Pellets bildet.This gives an activity of 25 m Ci in a 2 mm diameter circle, which forms the minor axis of the ring arrangement of the radioactive microspheres, i.e. the encapsulated pellets.

409831/0901409831/0901

Die Quellen waren vorteilhafterweise frei von störenden Strahlungen und hatten angemessene Kosten. Eine Plutionium-238 Quelle zerfällt durch Alphateilchenemission mit einer Halbwertszeit von 86 Jahren, während der Uran-234-Abkömmling L Röntgenstrahlen von 11,6 keV, 13,5 keV, 17,0 keV und 20,2 keV in annähernd 13% seiner Zerfälle emittiert. Die Uran-L-Röntgenstrahlen sind 2,5 χ größerThe sources were advantageously free from interfering radiation and had a reasonable cost. A Plutionium-238 source decays through alpha particle emission with a half-life of 86 years, while the uranium-234-derivative L X-rays of 11.6 keV, 13.5 keV, 17.0 keV and 20.2 keV in approximately 13% of its Decays emitted. The uranium L-X-rays are 2.5 χ larger

109
als diejenigen von Cd.
109
than those of Cd.

Eine tatsächlich verwendete Quelle war eine 4 mm Durchmesser 20 m Ci-Quelle von Amersham-Searle, die fünf 1 mm DurchmesserAn actual source used was a 4 mm diameter 20 m Ci source from Amersham-Searle, the five 1 mm diameter

238238

perlenförmige Pellets verwendete, wobei jede 4 m Ci Pu für eine Gesamtaktivität von 20 mi Ci sandwichartig zwischen 0,5 mm Kupferscheiben enthielt. Eine Quelle der Mound Laboratorienbead-shaped pellets were used, each 4 m Ci Pu sandwiched between 0.5 mm for a total activity of 20 mi Ci Contained copper washers. A source of the Mound Laboratories

ο O Qο O Q

wies Pu-Sphären in der Form von PuO2 von 50 Mikron bis 400 Mikron Durchmesser auf, wobei die erwünschten 250 Mikronsphären eine Aktivität pro Sphäre gemäß der obigen Berechnung aufwiesen. Durch Anordnung der Mikrosphären in der in der Zeichnung gezeigten Weise ist es möglich, 25 m Ci Aktivität in einem 2 mm Durchmesser-Kreis zu erhalten.had Pu spheres in the form of PuO 2 from 50 microns to 400 microns in diameter, with the desired 250 micron spheres having activity per sphere as calculated above. By arranging the microspheres as shown in the drawing it is possible to obtain 25 m Ci of activity in a 2 mm diameter circle.

Um die niedrigste mögliche Feststellungsgrenze mit dem beschriebenen Röntgenstrahlenfluß zu erhalten, optimierte die Ausbildung der Ringquelle, des Halters und des Kollimators dieser Erfindung die Quellen-Proben-Detektor-Geometrie durch Anordnung der Probe dicht am Detektor zur Maximierung des Detektorwirkungsgrads, wobei gleichzeitig die Anzahl der von der Quelle zum Dektektor direkt übertragenen Röntgenstrahlen minimiert, die Steuerung und Fluoreszenz von den Strukturmaterialien um die Quelle herum minimiert und das Fluoreszenz/Streuungs-Verhältnis der Probe maximiert wird. Darüber hinaus bringt die erfindungsgemäße ringwulstartige Ausbildung der Quellen-Proben-Geometrie eine Streuung für die Anregungsphotonen unter den besten Winkeln, um das Energieinkrement zwischen den Bleiröntgenstrahlen und die Streuinterferenz zu erhöhen und die Anzahl der gestreuten Photonen zu vermindern.To the lowest possible detection limit with the one described Maintaining x-ray flux optimized the design of the ring source, holder, and collimator of this invention source-sample-detector geometry by placing the sample close to the detector to maximize detector efficiency, where at the same time minimizing the number of x-rays transmitted directly from the source to the detector, the controller and Minimizes fluorescence from structural materials around the source and maximizes the fluorescence / scattering ratio of the sample will. In addition, the annular bead-like design of the source-sample geometry according to the invention brings about a scattering for the excitation photons at the best angles to increase the energy increment between the lead x-rays and scatter interference and to reduce the number of scattered photons.

Zu diesem Zweck wurde die Blutprobe in Wulstringform geformt, um so ein wulstringförmiges Ziel zu schaffen, das um 60 herum bestrahlt wurde. Die Wulstringe wurde mit einem 8 mm Aussendurch-To this end, the blood sample was shaped into a bead ring shape so as to create a bead ring-shaped target that irradiates around 60 degrees became. The bead rings have an 8 mm outer diameter

409831/0901409831/0901

.. 14 - 24ÜA618.. 14 - 24ÜA618

messer und einem 4,2 mm Innendurchmesser geschnitten, um dieknife and a 4.2 mm inner diameter cut to the

die Probe leicht über die 4 mm Quelle zu schieben. Die/Quelle in ihrer Lage haltende Fadenkreuze hielten auch den Ringwulst in seiner Lage um das Berylliumaustrittsfenster herum, welches für die Quelle im Kollimationsraum ausgebildet im Kollimator vorgesehen ist.to slide the sample lightly over the 4 mm source. The crosshairs holding the / source in place also held the annular bead in place its location around the beryllium exit window, which is provided in the collimator for the source in the collimation space is.

Während der Herstellung wurde der Wulstring auf einer 4,2 mm Durchmesser-Welle mit einer Grundbefestigungsanordnung gehalten, die aus einer Polytetrafluoräthylenstange geschnitten war, an der Blut nicht anhaftet. Ein filterpapierartiges toroidförmiges Aufsaugelement von 0,8 mm Dicke wurde zu einem Ringwulst geformt, worauf nach Hinzufügung der Blutprobe der Ringwulst unter einer Wärmelampe getrocknet wurde, während die Welle stillstand. Eine ausreichende Trocknung erfolgte innerhalb von 3 bis 4 Minuten, worauf dann der Ringwulst für die Fluoreszenzanalyse bereit war und um eine Ringanordnung von eingekapselten radioaktiven Pellets angeordnet wurde, welche als hohler Zentralkern nahe der Probe um 360° angeordnet waren, während die Probe von der Quelle durch den Kollimator abgeschirmt, aber dicht zum Detektor um 360 herum lag. Diese Anordnung gestattet die Bestrahlung der Probe in der Quellenebene um 360° herum, während die Quelle innerhalb eines Abstands von ungefähr 1 mm gegenüber der Oberfläche der Probe lag und die Probe ungefähr 1 mm vom Be-Eintrittsfenster 49 des Detektorkryostaten 51 angeordnet war. Die Detektorlage innerhalb des Kryostaten war durch den Hersteller auf einen Minimalabstand von 5 mm gegenüber dem Fenstereintritt eines vakuumdichten Behälterkryostaten 51 festgelegt.During manufacture, the bead ring was held on a 4.2 mm diameter shaft with a base mounting arrangement, cut from a polytetrafluoroethylene rod to which blood does not adhere. A filter paper-like toroidal one Absorbent element 0.8 mm thick was formed into an annular bulge, whereupon, after adding the blood sample, the annular bulge under a Heat lamp was dried while the shaft was stationary. Sufficient drying took place within 3 to 4 minutes, whereupon the bead was ready for fluorescence analysis and around a ring array of encapsulated radioactive pellets was arranged, which were arranged as a hollow central core close to the sample by 360 °, while the sample from the source through shielded the collimator, but was close to the detector around 360. This arrangement allows the sample to be irradiated in the source plane around 360 °, while the source is within a distance of approximately 1 mm from the surface of the Sample lay and the sample was approximately 1 mm from the Be entry window 49 of the detector cryostat 51 was arranged. The detector position within of the cryostat was set by the manufacturer to a minimum distance of 5 mm from the window entrance of a vacuum-tight Container cryostat 51 set.

Bei der ringwulstförmigen Ausbildung dieses Beispiels verhinderte ein 1 mm Kollimationsraum zwischen der Quelle und der Probe die direkte Übertragung der Quellenemissionen von der Quelle zum Detektor, und durch Anordnung der Quelle innerhalb der Probe wurde aussenliegendes Struktur- oder Konstruktionsmaterial eliminiert, wodurch die Streuinterferenz auf die Probe selbst beschränkt wurde, während eine minimale Streumenge und Fluoreszenz von den Kanten des Quellenhalters, gebildet durch den Kollimator, erzeugt wurde. Darüber hinaus bestand der Kollimator aus Nickel, so daßIn the toroidal configuration of this example, a 1 mm collimation space between the source and the sample prevented the direct transmission of the source emissions from the source to the detector, and by placing the source within the sample external structural or construction material eliminated, thereby limiting the scattering interference to the sample itself while minimizing the amount of scatter and fluorescence from the Edges of the source holder, formed by the collimator, was generated. In addition, the collimator was made of nickel, so that

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seine Fluoreszenzrontgenstrahlen keine Interferenz mit der 10,5 keV Pb-Region hervorriefen. Wegen der durch den beschriebenen Aufbau und den Kollimator bezüglich des Detektors hervorgerufenen Richtung der Quellenemissionen war die Streuung vorherrschend 90 , so daß die Verminderung in der Anzahl der bei diesem Winkel gestreuten Photonen im interessierenden Energiebereich und die angestiegene Energietrennung zwischen dei Pb-Fluoreszenzenergien ausgenützt wurden.its fluorescent X-rays did not cause interference with the 10.5 keV Pb region. Because of the described by the Structure and the collimator with respect to the detector-induced direction of the source emissions, the scattering was predominant 90, so that the reduction in the number of photons scattered at this angle in the energy range of interest and the increased energy separation between the Pb fluorescence energies were exploited.

angestiegene Energietrennung zwischen der 90°-Streuung und denincreased energy separation between the 90 ° scatter and the

Es wurde festgestellt, daß dieser Aufbau somit die Dunkelstöße minimiert, und zwar infolge der Streuung und Fluoreszenz der äußeren Strukturmaterialien, während das Analysatorausgangssignal erhöht wird, und zwar durch die dichtest mögliche Nachbarschaft von sowohl der Quelle-Probe als auch von Probe-Detektor. Schätzungen des geometrischen Wirkungsgrades für die in diesem Beispiel verwendete Ausbildung lagen "bei annähernd 11% für Quelle zu Probe und 10% für Probe zu Detektor mit einem 8 mmIt has been found that this construction thus minimizes the dark shocks due to the scattering and fluorescence of the external structural materials as the analyzer output is increased by the closest possible neighborhood from both the source-sample and sample-detector. Geometric efficiency estimates for those in this Example training used were "approximately 11% for source to sample and 10% for sample to detector with an 8 mm

Durchmesser Be-Eintrittsfenster/am Kryostaten, wie in der Zeichnung gezeigt. Infolge der Symmetrie von Quelle und Probe kann der Proben-Detektor-Wirkungsgrad um 20% durch die richtige Verwendung von zwei der beschriebenen Detektoren erhöht werden.Diameter loading entrance window / on the cryostat, as in the drawing shown. Due to the symmetry of the source and sample, the sample-detector efficiency can be increased by 20% with correct use can be increased by two of the detectors described.

Die Systemempfindlichkeit und die Feststellgrenze für die Messung von Blei in Blut unter Verwendung der beschriebenen 20 m Ci Amersham-Searle Quelle wurde durch Hinzufügung bekannter Mengen standardisierter Bleilösung zu gemessenen Mengen "normalen" Blutes bestimmt. Die verwendete Standardbleilösung enthielt 1000 ppm oder 1 Milligramm Pb/ml. Ein Zehntel ml der Standardlösung, d.h. 100 Mikrogramm Pb wurden 10 ml Blut hinzugefügt, um eine 100 Mikrogramm/10.1 ml = 9,9 Mikrogramm/ml =9,9 ppm enthaltende Lösung herzustellen. Es wurden 9 Blutlösungen hergestellt, die 0,5; 1,0; 2,0; 3,3; 4,3; 5,0; 6,2; 7,4; und 9,9 ppm Blei enthielten.The system sensitivity and the detection limit for the measurement of lead in blood using the described 20 m Ci Amersham-Searle source was obtained by adding known amounts standardized lead solution to measured amounts of "normal" blood. The standard lead solution used contained 1000 ppm or 1 milligram Pb / ml. One tenth of a ml of the standard solution, i.e. 100 micrograms of Pb were added to 10 ml of blood to make a 100 micrograms / 10.1 ml = 9.9 micrograms / ml = 9.9 ppm Prepare containing solution. 9 blood solutions were prepared, each containing 0.5; 1.0; 2.0; 3.3; 4.3; 5.0; 6.2; 7.4; and 9.9 ppm Contained lead.

Blutproben für die Zählgeschwindigkeitsbestimmungen wurden in Ringwülsten hergestellt, und zwar unter Verwendung von Aliquots von 75 Mikroliter jeder der neun Lösungen, die in den Ringwulst eingetropft und getrocknet wurden.Blood samples for counting rate determinations were prepared in annular bulges using aliquots of 75 microliters of each of the nine solutions that were dripped into the annular bead and dried.

409831/0901409831/0901

I k U U 6 1 8 I k U U 6 1 8

Für jede der Proben wurden zehn 1-Minuten-Zählungen durchgeführt, aus welchen die mittleren Standardabweichungen berechnet wurden, die als repräsentativ für die Zählgeschwindigkeit dieser Probe angesehen werden. Die mittlere Zählgeschwindigkeit eines 75 Mikroliter Aliquots von "normalem " Blut mit keinem hinzugefügten Blei, ebenfalls zehnmal gezählt, wurde dann von den 9 Proben abgezogen. Die resultierende Kurve wurde als gerade Linie berechnet (p = 0,994) bei einer Neigung von 29,7 cpm/ppm.Ten 1-minute counts were made for each of the samples, from which the mean standard deviations were calculated, which were considered to be representative of the counting speed of these Sample to be viewed. The mean count rate of a 75 microliter aliquot of "normal" blood with none added lead, also counted ten times, was then subtracted from the 9 samples. The resulting curve was considered straight Line calculated (p = 0.994) at a slope of 29.7 cpm / ppm.

Die folgende Tabelle III faßt die obigen Ergebnisse zusammen:The following table III summarizes the above results:

Zeit
(Min. )
Time
(Min.)

TABELLETABEL IIIIII (pg%)-(pg%) - (yig)(yig) 5959 0,0890.089 (ppm)(ppm) FeststellungsgrenzeDetermination limit 4242 0,0630.063 0,590.59 (jig /ml)(jig / ml) 2626th 0,0400.040 0,420.42 0,590.59 1919th 0,0280.028 0,260.26 0,420.42 1515th 0,0230.023 0,190.19 0,260.26 1111 0,0160.016 0,150.15 0,190.19 0,110.11 0,150.15 0,110.11

Die oben beschriebene tragbare Vorrichtung kann normale Pegel von Blei in Blut mit minimaler Probenaufbereitung innerhalb einer kurzen Analysezeit feststellen; diese Vorrichtung kann im Aussendienst zur überwachung, als Forschungsvorrichtung und/oder in automatischen Systemen benutzt werden. Hinsichtlich der Grundparameter dieses Systems, d.h. Hintergrundempfindlichkeit, Feststellgrenzen und Drift (Basislinie und Verstärkung) ist jedes dieser Systeme identisch, während die Instrumentierung unterschiedlich ist. Das Überwachungssystem erzeugt dabei (die Leistungsversorgung sei hier nicht betrachtet) eine ja/nein-Entscheidung und arbeitet mit nur einem Verstärker, einem Einkanalanalysator und einer Skalen-Zeit-Auslese-Vorrichtung. Das Forschungssystem wird für quantitative Messungen verwendet und ist zur Überwachung des gesamten Energiebereichs von ungefähr 2 keV bis 20 keV ausgerüstet. Letzteres erfordert einen zusätzlichen Mehrkanalanalysator. Für den automatischen Betrieb wirdThe portable device described above can maintain normal levels of lead in blood with minimal sample preparation within one determine short analysis time; This device can be used in the field for monitoring, as a research device and / or in automatic systems are used. With regard to the basic parameters of this system, i.e. background sensitivity, Detection limits and drift (baseline and gain) each of these systems is identical, while the instrumentation is different is. The monitoring system generates a yes / no decision (the power supply is not considered here) and works with only one amplifier, one single-channel analyzer and one dial-time readout device. That Research system is used for quantitative measurements and is equipped to monitor the entire energy range from approximately 2 keV to 20 keV. The latter requires an additional Multi-channel analyzer. For automatic operation is

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2ACK6182ACK618

ein automatischer Ausdrucker und ein Punktzeichner für die Betrachtung des Spektrums hinzugefügt. Im Falle automatischen Betriebs mit dem uberwachungssystem würde bei übernachtbetrieb eine automatische Drucker-Skalenvorrichtung hinzugefügt.an automatic printer and a point marker for the Consideration of the spectrum added. In the case of automatic operation with the monitoring system, there would be overnight operation added an automatic printer scale device.

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Claims (7)

- 18 P ATENT AN SP RÜ CHE- 18 P ATENT ON SPEECH j Röntgenstrahlenfluoreszenzanalysevorrichtung zur Feststellung von Blei im Blut von Kindern mit einer radioaktiven Quelle zur Bestrahlung einer Probe und zur Erzeugung sekundärer Reaktionsprodukte, die entsprechend dem Blei in der Probe festgestellt werden,
gekennzeichnet durch
j X-ray fluorescence analysis device for the detection of lead in the blood of children with a radioactive source for irradiating a sample and for generating secondary reaction products which are determined according to the lead in the sample,
marked by
einen wulstringförmigen Probenring (22), der um 360 herum durch eine radioaktive Quelle in dem Ring innerhalb des Probenrings bestrahlt wird und eine Abschirmung zwischen der Quelle und dem Detektor zur Kollimation der Strahlung von der Quelle zur Probe und vom Detektor weg.a bead ring-shaped sample ring (22) around 360 irradiated by a radioactive source in the ring within the sample ring and a shield between the source and the detector for collimating the radiation from the source to the sample and away from the detector.
2. Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zentrierte erste Kernmittel, die eine Ringanordnung aus radioaktivem Material in einer Ebene bilden, um Primäremissionen aus dem radioaktiven Material zu erzeugen, wobei scheibenförmige zweite Mittel einen Halter mit einer Nut um die Aussenkante herum bilden, um die Ringanordnung des radioaktiven Materials zu halten, einzuschließen und zu umfaßen, und um die Primäremissionen davon nach aussen in der Nut zu kollimieren, und zwar in einer Richtung vom Zentrum der Ringanordnung in der Ebene der Ringanordnung weg, wobei ferner wulstringförmige dritte Mittel einen ringförmigen Behälter bilden, um die biologische Probe in eine entsprechende Form zu bringen, und wobei dieser Behälter auf der Drehachse der Ringanordnung um die Nut herum ausgebildet ist, und wobei schließlich vierte Mittel einen Detektor bilden, der benachbart zu den wulstringförmigen dritten Mitteln liegt und gegenüber den Emissionen des radioaktiven Materials abgeschirmt ist, und zwar durch die scheibenförmigen zweiten Mittel.2. Device in particular according to claim 1, characterized by centered first core means comprising a ring arrangement radioactive material in a plane form to primary emissions from the radioactive material, disc-shaped second means having a holder with a groove around the Forming outer edge around to hold, contain and encompass the ring assembly of radioactive material, and to the primary emissions of it to the outside in the groove collimate in a direction from the center of the ring assembly away in the plane of the ring assembly, further with bead ring-shaped third means an annular container form in order to bring the biological sample into a corresponding shape, and this container on the axis of rotation of the Ring arrangement is formed around the groove, and finally fourth means form a detector, which is adjacent to the bead-ring-shaped third means and shielded from the emissions of the radioactive material is by the disc-shaped second means. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristischen sekundären Emissionen Röntgenstrahlen sind, die von den Atomen des Metallelements abgegeben werden, und zwar infolge der Erzeugung angeregter Zustände durch die3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the characteristic secondary emissions are X-rays given off by the atoms of the metal element due to the generation of excited states by the 409831/0901409831/0901 Primäremissionen, und wobei die vierten Mittel einen Röntgenstrahlenfluoreszenzdetektor für die von dem Metall abgegebenen Röntgenstrahlen aufweisen.Primary emissions, and wherein the fourth means is an x-ray fluorescence detector for the x-rays given off by the metal. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristischen Sekundäremissionen Röntgenstrahlen sind, die von den Atomen des Metallelements abgegeben werden und zwar infolge der Erzeugung von Anregungszustanden in diesen durch die darauf einfallenden Primäremissionen in der biologischen Probe in den dritten Mitteln, wobei die vierten Mittel die charakteristischen Sekuridäremissionen unterscheiden, und zwar durch Energiedispersion als ein Maß für die Menge des in der biologischen Probe vorhandenen Elements, wobei die vierten Mittel eine Ausgangsgröße als Funktion der Energie erzeugen, die in diesen durch die charakteristischen Sekundäremissionen abgeschieden wurde.4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the characteristic secondary emissions are X-rays that are emitted by the atoms of the metal element and indeed as a result of the generation of excited states in these by the primary emissions incident on them in the biological Sample in the third means, the fourth means distinguishing the characteristic secondary emissions, and although by energy dispersion as a measure of the amount of the element present in the biological sample, the fourth means generate an output variable as a function of the energy contained in them by the characteristic secondary emissions was deposited. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß5. Apparatus according to claim 2, characterized in that die vierten Mittel einen Halbleiter aufweisen, und zwar einen Silizium-, Germanium- oder Lithium-Drift-Halbleiterdetektor, und wobei Mittel vorgesehen sind, um eine Ausgangsgröße proportional der Energie der charakteristischen Sekundäremissionen zu erzeugen, die von den Detektoren von der biologischen Probe empfangen werden.the fourth means comprise a semiconductor, namely a silicon, germanium or lithium drift semiconductor detector, and wherein means are provided to provide an output proportional to the energy of the characteristic secondary emissions which are received by the detectors from the biological sample. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Blut als biologische Probe verwendet wird, welches durch Blei als Metallelement verunreinigt ist, und wobei die vierten Mittel auf die charakteristischen Sekundäremissionen des Bleis ansprechen, um eine Ausgangsgröße proportional der Bleimenge in der biologischen Probe zu erzeugen.6. The device according to claim 2, characterized in that blood is used as a biological sample, which by Lead as a metal element is contaminated, and the fourth means on the characteristic secondary emissions of the lead respond to produce an output proportional to the amount of lead in the biological sample. 7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vierten Mittel auf charakteristische -Sekundäremissionen ansprechen, die 10,5 und 12,6 keV K^- Röntgenstrahlen sind, um eine Ausgangsgröße proportional der Bleimenge zu erzeugen.7. The device according to claim 2, characterized in that the fourth means respond to characteristic -Sekundäremissions, which are 10.5 and 12.6 keV K ^ - X-rays to generate an output proportional to the amount of lead. 409831/0901409831/0901 8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vierten Mittel einen vakuumdichten Behälter aufweisen, der kryogen gekühlt ist, und daß für die vierten Mittel ein Berylliumfenster vorgesehen ist, und wobei die vierten Mittel zur Auswahl und Feststellung der Sekundäremissionscharakteristik der Bleiverunreinigung in einer biologischen Probe dienen.8. The device according to claim 2, characterized in that the fourth means have a vacuum-tight container, which is cryogenically cooled, and that a beryllium window is provided for the fourth means, and wherein the fourth means serve to select and determine the secondary emission characteristics of the lead contamination in a biological sample. 9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das9. Apparatus according to claim 2, characterized in that the 238
■ erste Mittel Pu ist, um Primäremissionen im Energiebereich der L-Absorptionszone des Bleis zu erzeugen, und um charakteri
238
■ first means Pu is to generate primary emissions in the energy range of the L absorption zone of the lead, and to characterize
7 8 stische Sekundäremissionen im Bereich von 10 bis 10 Photonen pro Sekunde zur Feststellung der vierten Mittel zu liefern.7 to provide 8 static secondary emissions in the range of 10 to 10 photons per second for determining the fourth means. A 09831/0901A 09831/0901
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