DE2904656A1 - MEANS OF COUNTING SCINTILLATION - Google Patents
MEANS OF COUNTING SCINTILLATIONInfo
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Mittel zur SzintillationszShlungScintillation counting means
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Case 1-11609/+Case 1-11609 / + 29046562904656
Mittel zur SzintillationszählungScintillation counting means
Die vorliegende Erfindung betrifft Mittel zur Szintillationszählung enthaltend eine stabilisierende organische Verbindung des zweiwertigen Schwefels sowie die Verwendung dieser Mittel zur Flüssigkeits-Szintillationszählung. The present invention relates to means for scintillation counting containing a stabilizing agent organic compound of divalent sulfur and the use of these means for liquid scintillation counting.
Es ist dem Fachmann geläufig, dass Szintillator-Zählproben vor der Zählung für einige Zeit im Dunkeln aufbewahrt (äquilibriert) werden müssen, da sie dazu neigen, durch Lichteinwirkung vorübergehend einen oft beträchtlich erhöhten Zählwert (cpm » counts per minute) zu ergeben. Dies führt zu fehlerhaften Messwerten, die umso störender sind, als sie nur beim Blindwert ohne Tracer deutlich zu Tage treten. Es steht nicht mit Sicherheit fest, ob es sich dabei um Phosphoreszenz, Chemolumineszenz oder andere Phänomene handelt. Da es sich aber um einen offenbar langsam ablaufenden Vorgang handelt, ergibt sich eine unerwünschte Verzögerung zwischen der Zubereitung der Zählprobe und deren störungsfreier Messung.It is known to those skilled in the art that scintillator counts must be kept (equilibrated) in the dark for some time before counting, as this is what they do tend to temporarily increase the count value (cpm »counts per minute) due to exposure to light. to surrender. This leads to incorrect measured values, which are all the more disruptive as they are only available for the blank value without Tracer clearly come to light. It is not certain whether this is phosphorescence, Chemiluminescence or other phenomena. But since this is an apparently slow process acts, there is an undesirable delay between the preparation of the count sample and its undisturbed Measurement.
Zur Beseitigung dieses Nachteiles war es bis jetzt notwendig, die Szintillator-Zubereitung rechtzeitig vorzubereiten und sie bei konstanter, möglichstIn order to eliminate this disadvantage, it has been necessary up to now to start the scintillator preparation in good time prepare and use them at constant, if possible
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tiefer Temperatur (O bis + 40C)31 unter Lichtausschluss aufzubewahren. Diese "Adaptationszeit" variierte innerhalb breiten Grenzen, d.h. zwischen mindestens 30 Minuten und 24 Stunden.low temperature (0 to + 4 0 C) 31 to be kept under exclusion of light. This "adaptation time" varied within wide limits, ie between at least 30 minutes and 24 hours.
Gemäss der Offenbarung in der Deutschen Offenlegungsschrift 20 22 390 kann die dort postulierte Chemolumineszenz auf einen annehmbaren Blindwert, d„h„ auf einen Blindwert zwischen 48 und 120 Impulse/Minute (cpm = counts per minute) herabgesetzt werden, wenn man die Szintillator» Zubereitung mit bestimmten basischen Verbindungen behandelt, doch ist die Wirkung nur von sehr beschränkter Dauer.-According to the disclosure in German Offenlegungsschrift 20 22 390, the chemiluminescence postulated there can to an acceptable blank value, i.e. to a Blank value between 48 and 120 pulses / minute (cpm = counts per minute) can be reduced if the scintillator » Preparation treated with certain basic compounds, but the effect is only of a very limited duration.
Es wurde nun gefunden, dass man die Lichtempfindlichkeit in vorteilhafter Weise herabsetzen kann, wenn man den Stintillator-Zubereitungen·stabilisierende organische Verbindungen des zweiwertigen Schwefels zugibt. Diese Zusätze ermöglichen eine lange Adaptationszeit zu vermeiden und eine mögliche Fehlerquelle bei der Messung auszuschalten.It has now been found that you can reduce the photosensitivity in an advantageous manner if you adding stabilizing organic compounds of divalent sulfur to the stintillator preparations. These additions enable a long adaptation time to be avoided and a possible source of error during the measurement to be eliminated.
Die erfindungsgemässen Mittel zur Szintillationszählung sind dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine solche stabilisierende Verbindung enthalten.The means according to the invention for scintillation counting are characterized in that they contain at least one such stabilizing compound.
Als solche stabilisierende Verbindungen kommen reduzierend wirkende Verbindungen des zweiwertigen Schwefels sowie deren Mischungen in Betracht.Such stabilizing compounds are compounds of divalent sulfur which have a reducing effect as well as their mixtures into consideration.
Bevorzugt sind dabei Mercaptane, deren Dissoziationskonstante grosser ist als diejenige des Phenols sowie Sulfide, die der FormelMercaptans whose dissociation constant is greater than that of phenol are preferred Sulfides that are of the formula
(D R1-S-R2 (DR 1 -SR 2
entsprechen, worin R-, und R2 unabhängig voneinander einen aliphatischen Rest mit vorzugsweise 1 bis 8, insbesondere 1 bis 4 C-Atomen oder R1 und R2 zusammen mit dem Schwefelatom auch einen 5- oder 6-gliedrigen Ring bedeuten.correspond, where R and R 2 independently of one another an aliphatic radical with preferably 1 to 8, in particular 1 to 4 carbon atoms or R 1 and R 2 together with the sulfur atom also mean a 5- or 6-membered ring.
Unter "aliphatisch" versteht man acyclische, geradkettige oder verzweigte, gesättigte oder ungesättigte, unsub-"Aliphatic" means acyclic, straight-chain ones or branched, saturated or unsaturated, unsub-
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stituierte oder durch nicht-ehromophore und nicht-ionogene Gruppen substituierte Kohlenwasserstoffreste mit vorzugsweise 1 bis 8, insbesondere 1 bis 4 C-Atomen. Als nicht- -chromophore und nicht-ionogene Gruppen kommen besonders in Betracht: Hydroxy-, Ammonium-, Mercapto- und Carboxygruppen sowie der Phenylrest. Bevorzugte aliphatische Reste sind geradkettige Gruppen mit 1 bis 4 C-Atomen. Aliphatische Reste R-, und R2 können auch andere Heteroatome enthalten, z.B. Sauerstoff- oder Schwefelatome. Heterocyclische Ringe, welche durch R-, und R2 zusammen mit dem Schwefelatom gebildet werden, sind vorzugsweise gesättigte Ringe, die weitere Heteroatome enthalten können. Mercaptane sind vorzugsweise aromatische und heterocyclische Mercaptane, worunter z.B. Verbindungen zu verstehen sind, welche neben der Mercaptogruppe auch andere Substituenten am aromatischen oder heterocyclischen Ring, wie Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen, Aminogruppen, Hydrazinogruppen, Hydroxygruppen oder eine weitere Mercaptogruppe aufweisen können.Hydrocarbon radicals which are substituted or substituted by non-homomophore and non-ionic groups and preferably have 1 to 8, in particular 1 to 4, carbon atoms. Particularly suitable non-chromophoric and non-ionic groups are: hydroxy, ammonium, mercapto and carboxy groups and the phenyl radical. Preferred aliphatic radicals are straight-chain groups with 1 to 4 carbon atoms. Aliphatic radicals R- and R 2 can also contain other heteroatoms, for example oxygen or sulfur atoms. Heterocyclic rings which are formed by R and R 2 together with the sulfur atom are preferably saturated rings which can contain further heteroatoms. Mercaptans are preferably aromatic and heterocyclic mercaptans, which include, for example, compounds which, in addition to the mercapto group, can also have other substituents on the aromatic or heterocyclic ring, such as alkyl radicals with 1 to 4 carbon atoms, amino groups, hydrazino groups, hydroxyl groups or another mercapto group.
Als Beispiele solcher Mercaptane und Sulfide seien genannt: l-Methyl-2-mercapto-imidazol, 2-Mercapto-benzimidazol, 4-Mercapto-pyridin, 2-Mercaptopyridin, 2-Mercapto-4,6- -dimethy1-pyrimidin, 2-Mercapto-4-hydroxypyrimidin, Pyridinthion-1-oxid, 2-Mercapto-benzthiazol,2-Mercapto-benzoxazol, Thiophenol, 2-Mercapto-A4-thiazolin, 2,5-Dimercapto-l,3,4- -thiadiazol, 3-Mercapto-4-amino-5-hydrazino-4,l,2-triazol, Thioanisol, Dibutylsulfid, 3,3-Thiodipropionsäure, Thiodiäthylenglycol, 1,3-Dithian, Diammoniumsulfid, 3,3-Thiodiproprionitril, 2-Mercaptoäthylsulfid und Tetrahydrothiophen. Examples of such mercaptans and sulfides are: l-methyl-2-mercapto-imidazole, 2-mercapto-benzimidazole, 4-mercapto-pyridine, 2-mercaptopyridine, 2-mercapto-4,6- -dimethy1-pyrimidine, 2-mercapto-4-hydroxypyrimidine, pyridinthione-1-oxide, 2-mercapto-benzothiazole, 2-mercapto-benzoxazole, thiophenol, 2-mercapto-A4-thiazoline, 2,5-dimercapto-l, 3,4- -thiadiazole, 3-mercapto-4-amino-5-hydrazino-4, l, 2-triazole, thioanisole, dibutyl sulfide, 3,3-thiodipropionic acid, thiodiethylene glycol, 1,3-dithiane, diammonium sulfide, 3,3-thiodiproprionitrile, 2-mercaptoethyl sulfide and tetrahydrothiophene.
Mit den erfindungsgemäss verwendbaren Verbindungen erreicht man, dass frisch zubereitete Szintillations-Zählproben vorgängig der Zählung viel kürzer oder überhaupt nicht im Dunkeln äquilibriert werden müssen, bis sich derWith the compounds which can be used according to the invention one achieves that freshly prepared scintillation counts must be equilibrated much shorter or not at all in the dark prior to the count, until the
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Blindwert auf das Minimum stabilisiert hat. Dieser Vorteil geht eindeutig hervor, z.B. bei einem als sekundären Soluten 4,4'-Bis-(2",5"-dimethylstyryl)-biphenyl enthaltenden FlUssig-Szintillator, welcher ohne Zusatz erfindungsgemäss verwendbarer Verbindungen bereits bei einer massigen Lichteinwirkung vorübergehend erhöhte Blindwerte angibt. Die Wirksamkeit der erfindungsgemäss verwendbaren Verbindungen wird deutlich, wenn man die Szintillations-Zählproben durch Bestrahlung mit einer zusätzlichen UV-Lichtquelle extremen Bedingungen aussetzt. Trotz solchen extremen Bedingungen ist der Blindwert 15 Minuten nach der Belichtung um mindestens einen Faktor 10 kleiner als derjenige einer Kontrollprobe ohne erfindungsgemäss verwendbare Verbindung.Has stabilized the blank value to the minimum. This advantage is clearly evident, e.g. with one as a secondary solute 4,4'-bis (2 ", 5" -dimethylstyryl) -biphenyl containing Liquid scintillator, which according to the invention without additive usable compounds even with a moderate exposure to light indicates temporarily increased blank values. The effectiveness of the compounds which can be used according to the invention becomes clear when the scintillation counts are extreme by exposure to an additional UV light source Suspends conditions. Despite such extreme conditions, the blank value is at least 15 minutes after exposure a factor of 10 smaller than that of a control sample without a compound which can be used according to the invention.
Die erfindungsgemässen Mittel enthalten den stabilisierenden Zusatz in Mengen bis zu 100 Gewichtsprozent, besonders von 0,005 bis 100 Gewichtsprozent und vorzugsweise von 0,05 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf die Szintillator -Aktivsubstanz. In zählfertigen Lösungen werden, bezogen auf diese Lösungen, 0,00005 bis 1 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,0005 bis 0,1 Gewichtsprozent an stabilisierendem Zusatz verwendet.The agents according to the invention contain the stabilizing additive in amounts of up to 100 percent by weight, particularly from 0.005 to 100 percent by weight and preferably from 0.05 to 10 percent by weight, based on the scintillator -Active substance. In ready-to-count solutions, are obtained on these solutions, 0.00005 to 1 percent by weight, preferably 0.0005 to 0.1 percent by weight of the stabilizing agent Addition used.
Das Ueberraschende an der Verwendung dieser Stabilisatoren ist, dass die zu erwartende Löschung (chemical quenching) auf ein tragbares Mass beschränkt bleibt.The surprising thing about the use of these stabilizers is that the expected extinction (chemical quenching) remains limited to an acceptable level.
Als Szintillator-Substanzen für die erfindungsgemässen Mittel kommen sowohl primäre Solute als auch Gemische von primären mit sekundären Soluten in Betracht, wie z.B. die aus Nucleonics _13, Nr. 12, December 1955, Seiten und 44, die aus Journal Chem. Physic _50, Nr. 11, June 1969, Seite 4962 und die aus der Deutschen Offenlegungsschrift 20 22 309 bekannt gewordenen Verbindungen. Als Szintillator-Substanzen können auch das 4,4'-Bis-(2>5-dimethylstyryl)-Both primary solutes and mixtures of primary with secondary solutes can be used as scintillator substances for the agents according to the invention, such as those from Nucleonics _13, No. 12, December 1955, pages and 44, from Journal Chem. Physic _50, No. 11, June 1969, page 4962 and the compounds known from German Offenlegungsschrift 20 22 309. 4,4'-bis- (2> 5-dimethylstyryl) - can also be used as scintillator substances
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-biphenyl und das 4,4'-Bis-(2,4,5-trimethylstyryl)-biphenyl verwendet werden, die aus der US Patentschrift 3,984,399 bekannt sind.-biphenyl and 4,4'-bis- (2,4,5-trimethylstyryl) -biphenyl which are known from US Pat. No. 3,984,399 can be used.
Die erfindungsgemässen Mittel sind entweder bereits gebrauchsfertige FlUssig-Szintillatoren oder Solut-Konzentrate, die zur Herstellung von flüssigen Szintillator-Zubereitungen für die FlUssigkeits-Szintillations-Zahlung verwendet werden können.The agents according to the invention are either ready-to-use liquid scintillators or solute concentrates, used for the production of liquid scintillator preparations for liquid scintillation payment can be.
Geeignete Lösungsmittel für die FlUssigkeits- ' Szintillations-Zählung sind vor allem aromatische, bei Raumtemperatur flüssige Kohlenwasserstoffe bzw. -gemische, wie z.B. Benzol, Toluol, Xylole, Aethylbenzol, 1,3,5-Triäthylbenzol, Cumol, Cymole, Phenylcyclohexan, ferner Aether wie Anisol, Dioxan, 1,2-Dimethoxyäthan, nichtaromatische Kohlenwasserstoffe wie Cyclohexan, Heptan usw., oder schliesslich Lösungsmittelgemische wie Toluol/Methanol und gegebenenfalls Wasser, Toluol/Aethanol, Naphthalin/Dioxan, Naphthalin/Toluol und gegebenenfalls Wasser, Naphthalin/Dioxan/Wasser, Methylcellosolve/Naphthalin/Toluol und gegebenenfalls Wasser, Naphthalin/Tributylphosphat, andere handelsübliche für diese Zwecke empfohlene aromatische Kohlenwasserstoffmischungen oder Gemische von aromatischen Kohlenwasserstoffen, z.B. die vorstehend genannten, mit Tensiden wie z.B. äthoxylierte Alkylphenole, äthoxylierte Fettalkohole, Polyoxyäthylenalkylphenylsulfate, Polycarbonsäureestersulfonate, Alkylsulfonate, Alkylsulfate, Alkylnaphthalinsulfonate, Alkylarylpolyglykoläther, sulfatierte Aethylenoxidaddukte und Fettsäuresulfate.Suitable solvents for liquid scintillation counting are primarily aromatic solvents at room temperature liquid hydrocarbons or mixtures, such as benzene, toluene, xylenes, ethylbenzene, 1,3,5-triethylbenzene, Cumene, cymene, phenylcyclohexane, and ethers such as Anisole, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, non-aromatic hydrocarbons such as cyclohexane, heptane, etc., or finally solvent mixtures such as toluene / methanol and optionally Water, toluene / ethanol, naphthalene / dioxane, naphthalene / toluene and optionally water, naphthalene / dioxane / water, methyl cellosolve / naphthalene / toluene and optionally water, naphthalene / tributyl phosphate, other commercially available ones for these Aromatic hydrocarbon mixtures or mixtures of aromatic hydrocarbons recommended for purposes, e.g. the above, with surfactants such as ethoxylated alkylphenols, ethoxylated fatty alcohols, polyoxyethylene alkylphenyl sulfates, Polycarboxylic ester sulfonates, alkyl sulfonates, alkyl sulfates, alkyl naphthalene sulfonates, alkylaryl polyglycol ethers, sulfated ethylene oxide adducts and fatty acid sulfates.
Die Konzentration der Szintillator-Substanzen in erfindungsgemässen Zubereitungen kann prinzipiell innerhalb breiter Grenzen variieren und bestimmt oder begrenzt sich aus praktischen Bedürfnissen heraus. Sie muss z.B. in der unteren Grenze so bemessen sein, dass eine angemessene UebermittlungThe concentration of the scintillator substances in preparations according to the invention can in principle be within vary widely and are determined or limited out of practical needs. For example, it must be in the lower Limit to be dimensioned so that an adequate transmission
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an das Szintillations-Aufnahmesystem (Photomultiplier) gewährleistet ist, während sich die obere Grenze durch bemerkbar werdende Absorption der Eigenemission ("self- -quenching") setzt. Obwohl also zum Beispiel für die Herstellung von Stammlösungen (die also zum Gebrauch entsprechend verdünnt werden) Konzentrationen von 10% und höher ohne weiteres möglich sind, liegen die praktisch interessanten Arbeitskonzentrationen zwischen ungefähr O3Ol und 5%, besonders 0,1 und 3% und vorzugsweise 0,4 bis 2% (immer Gewichtsprozente bezogen auf Gesamtgewicht der Lösung)»to the scintillation recording system (photomultiplier) is guaranteed, while the upper limit is set by the noticeable absorption of self-emission ("self-quenching"). Although, for example, for the production of stock solutions (which are diluted accordingly for use), concentrations of 10% and higher are easily possible, the practically interesting working concentrations are between approximately O 3 O and 5%, especially 0.1 and 3%. and preferably 0.4 to 2% (always weight percent based on the total weight of the solution) »
Bevorzugte Lösungsmittelsysteme stellen neben Toluol und den Xylolen die Systeme Toluol/Methanol (1:1) mit Zusatz von etwa 2% Wasser, Methylcellosolve/Toluol/Naphthalin (40:60:8) mit bis zu 4% Wasser, Dioxan/Toluol/Naphthalin (40:60:8) mit bis zu 10% Wasser oder Toluol/Methanol/Aethanolamin (50:44:6) oder die entsprechenden Gemische mit den Xylolen dar. Die Anordnung des Lösungsmittelsystems richtet sich dabei vor allem nach der Natur des zu messenden Substrates bzw. des zu messenden Isotopes, wobei für letztere beispielsweise als am häufigsten in Betracht kommende Vertreter C , „3 O35 32 „59 _ 55 T125 , T131In addition to toluene and the xylenes, preferred solvent systems are the systems toluene / methanol (1: 1) with the addition of about 2% water, methyl cellosolve / toluene / naphthalene (40: 60: 8) with up to 4% water, dioxane / toluene / naphthalene (40: 60: 8) with up to 10% water or toluene / methanol / ethanolamine (50: 44: 6) or the corresponding mixtures with the xylenes. The arrangement of the solvent system depends primarily on the nature of the one to be measured Substrate or the isotope to be measured, whereby for the latter, for example, C, "3 O 35 32" 59 _ 55 T 125, T 131
H , S ,p ,Fe ,Fe ,1 und I genannt sexen.H, S, p, Fe, Fe, 1 and I are called sexen.
Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung ohne sie einzuschränken. Prozente sind Gewichtsprozente .The following examples illustrate the invention without restricting it. Percentages are percentages by weight .
Einer gebrauchsfertigen Szintillatorlösung, die, gelöst in 100 ml Toluol, als primären Soluten 800 mg 2-(4'-tert.-Butylphenyl)-5-biphenylyl-l,3,4-oxdiazol (Butyl-PBD) und als sekundären Soluten 180 mg 4,4I-Bis-(2ri,5"-dimethylstyryl)-biphenyl enthält, werden als Stabilisator 100 mg 2-Mercaptobenzthiazol zugesetzt.A ready-to-use scintillator solution which, dissolved in 100 ml of toluene, contains 800 mg of 2- (4'-tert-butylphenyl) -5-biphenylyl-1,3,4-oxdiazole (butyl-PBD) as the primary solute and 180 mg containing 4.4 I-bis- (2 ri, 5 "-dimethylstyryl) biphenyl, can be added as a stabilizer, 100 mg of 2-mercaptobenzothiazole.
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K)K)
20 ml dieser Lösung werden während 15 Minuten einer UV-Lampe (366 mu) ausgesetzt. Die sofort anschliessend vorgenommene
Messung der Impulse pro Minute zeigt im Vergleich zu einer Probi
Blindwert.20 ml of this solution are exposed to a UV lamp (366 mu) for 15 minutes. The immediately following measurement of the impulses per minute shows in comparison to a Probi
Blank value.
4 einer Probe ohne Stabilisator einen ca. 10 Mal kleineren4 a sample without stabilizer is about 10 times smaller
Nach 22-minutiger Aequilibrierung im Dunkeln beiAfter equilibration in the dark for 22 minutes
30C weist die nicht-stabilisierte Probe immer noch einen ca.3 0 C the non-stabilized sample still has an approx.
3
10 Mal höheren Wert auf als die stabilisierte Probe.3
10 times higher than the stabilized sample.
Zu Resultaten gleicher Grössenordnung gelangt man, wenn anstelle des 2-Mercaptobenzthiazols, 3,3-Thiodipropionsäure, 2-Mercapto-1-methy!imidazo1 oder 2-Mercaptobenzimidazo1 verwendet wird.Results of the same order of magnitude are obtained if, instead of 2-mercaptobenzothiazole, 3,3-thiodipropionic acid, 2-mercapto-1-methy! Imidazo1 or 2-mercaptobenzimidazo1 is used.
Verfährt man wie in Beispiel 1 beschrieben, verwendet jedoch als sekundären Soluten l,4-Bis-(2"-methylstyryl)-benzol, so kommt man zu ähnlich guten Ergebnissen.Proceeding as described in Example 1, but using 1,4-bis (2 "-methylstyryl) benzene as secondary solutes, in this way one arrives at similarly good results.
Wenn man zur Herstellung der Szintillatorlösung von Beispiel 1 anstelle von Toluol ein Gemisch von Toluol und einem Tensid, wie z.B. äthoKyliertes Isooctylphenol, (ca. 1:1) verwendet, so gelangt man zu einer ebenfalls hervorragenden Stabilisierung. Beispiel 4If to prepare the scintillator solution of Example 1 instead of toluene, a mixture of toluene and a surfactant, such as ethoxylated isooctylphenol, (approx. 1: 1) is used, an equally excellent stabilization is obtained. Example 4
Verfährt man wie in Beispiel 1 beschrieben, verwendet jedoch als stabilisierende Verbindung Thiodiäthylenglycol, Dibutylsulfid, 1,3-Dithian, Pyridinthion, Thiophenol, 2-Mercaptobenzoxazol, 2-Mercaptothiazolin oder Tetrahydrothiophen anstelle des 2-Mercaptobenzthiazole, dann erzieltIf the procedure is as described in Example 1, used but thiodiethylene glycol as a stabilizing compound, Dibutyl sulfide, 1,3-dithiane, pyridinthione, thiophenol, 2-mercaptobenzoxazole, 2-mercaptothiazoline or tetrahydrothiophene instead of the 2-mercaptobenzothiazole, then achieved
2 32 3
man Blindwerte, die um 10 bis 10 Mal kleiner sind als jene nicht-stabilisierter Proben.one blank values that are 10 to 10 times smaller than those of non-stabilized samples.
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Sulfur.
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