FI91024B - Menetelmä näytteiden mittaamiseksi nestetuikelaskimella ja nestetuikelaskin - Google Patents

Description

91024

MENETELMÄ NÄYTTEIDEN MITTAAMISEKSI NESTETUIKELASKIMELLA JA NESTETUIKELASKIN

Keksinnön kohteena on menetelmä näytteen mittaamiseksi sellaisessa nestetuikelaskimessa, jossa nestemäisen tai kiinteän tuikeaineen kanssa yhteensaatettu, analysoitava aine muodostaa näytteen, jota mitataan näytteen eri puolil-5 le sijoitetujen valodetektorien, kuten esimerkiksi valo-monistinputkien tai vastaavien avulla, joista valodetekto-reista kaksi vastakkaista eli näytteen eri puolilla sijaitsevat valodetektorit toimivat koinsidenssissa eli samanaikaisesti .

10 Nestetuikelaskentamenetelmällä mitataan pääasiassa matala-energisiä beta- tai vastaavia hiukkasia emittoivia radioaktiivisia isotooppeja, kuten tritiumia ja hiili-14 sisältäviä näytteitä. Kyseisten isotooppien hajoamisissa syntyvien matalaenergisten betahiukkasten kantama näytteessä on 15 tavallisesti enintään mikrometrien suuruusluokkaa. Tämän vuoksi analysoitava näyte on liuotettu kiinteään tai nestemäiseen tuikeaineeseen tai analysoitava näyte on jonkin sitoutumisreaktion avulla kiinnittynyt kiinteän tuikeaine-partikkelin pinnalle. Tällöin mitattavan isotoopin molekyy-20 lit ovat niin lähellä tuikeaineen molekyylejä, että mitattavan isotoopin emittoimat betahiukkaset voivat vuorovaikuttaa tuikeainemolekyylien kanssa.

Tässä vuorovaikutusprosessissa osa betahiukkasen energiasta muuttuu valoksi, joka muutetaan nestetuikelaskimessa säh-25 köiseksi pulssiksi tavallisesti kahdella koinsidenssissa eli samanaikaisesti toimivalla valomonistinputkella. Koin-sidenssitoimintaa käytetään valomonistinputkien lämpökohi-nan eliminoimiseksi. Syntyneen sähköisen pulssin amplitudi on verrannollinen tuikeaineen kanssa vuorovaikuttaneen 30 betahiukkasen energiaan ja normaalisti se saadaan summaa-malla kummankin valomonistinputken signaalit yhteen.

Koska emittoituneitten betahiukkasten energiat jakautuvat 2 mitattavalle isotoopille tyypillisellä tavalla, saadaan näytteen mittauksen tuloksena mittauslaitteen monikanava-analysaattorin avulla kummankin valomonistinputken summa-spektri, joka vastaa emittoituneitten betahiukkasten ener-5 giaspektriä. Spektrille on tunnusomaista mm. kokonaispuls-simäärä, pulssimäärä tietyssä ns. "laskentaikkunassa" monikanava-analysaattorin rajatulla kanava-alueella, päätepiste, huippuarvo ja painopiste. Päätepisteelle, huippuarvolle ja painopisteelle voidaan laskea, millä monikanava-10 analysaattorin kanavalla ne sijaitsevat eli mikä on niiden kanavakoordinaatti. Summaspektrin painopisteen kanavakoor-dinaattia käytetään yleisesti näytteen sammutustason mittana.

Nestetuikelaskimen mittaustehokkuudella tai laskentatehok-15 kuudella tarkoitetaan mittaussysteemin tehokkuutta havaita analysoitavan näytteen hajoamisia.

Keskeinen haittailmiö nestetuikelaskentamenetelmässä on mittaustehokkuuden väheneminen näytteen sammutuksen vuoksi. Sammutusta on kahta päätyyppiä: kemiallista ja värisammu-20 tusta. Kemiallinen sammutus on ilmiö, jossa näytteen sisältämät epäpuhtaudet häiritsevät betahiukkasten ja tuikeai-neen välistä vuorovaikutusta estäen tuikevalon synnyn, minkä seurauksena näytteen mittaustehokkuus laskee. Vä-risammutuksessa taas näytteen sisältämät värilliset epäpuh-25 taudet absorboivat tuikevalon fotoneita, jonka seurauksena mittaustehokkuus myös laskee.

Koska sammutuksessa tuikevalon määrä vähenee, niin myös spektri siirtyy kohti alempia amplitudeja eli alempia monikanava-analysaattorin kanavia. Näin ollen sopivaa 30 spektrin sijaintia kuvaavaa suuretta, kuten esimerkiksi päätepiste, huippuarvo tai painopiste voidaan käyttää sammutusparametrina.

Nestetuikelaskennassa on tunnettua, että sammutuksen aiheuttama mittaustehokkuuden lasku voidaan korjata sammutus- ti 91024 3 käyrien avulla, jotka kuvaavat standardinäytteiden mittaus-tehokkuuden riippuvuutta sammutusparametrista. Ongelman on muodostanut se, että sammutuskäyrät eivät ole yhteneviä kemialliselle ja värisammutukselle.

5 US-patentissa 4 700 072 on esitetty menetelmä, jossa määritettävän näytteen mittaustehokkuuden ero verrattuna puhtaasti kemiallisesti sammutettuun näytteeseen voidaan korjata sen perusteella, että näytteen värillisyys aiheuttaa muutoksen koinsidenssissa toimivien valomonistinputkien 10 havaitsemaan pulssinkorkeuksien suhteeseen. Tämä johtuu siitä, että jommalle kummalle valomonistinputkelle tulevat tuikevalon fotonit joutuvat kulkemaan tuikeaineen ja näytteen muodostamassa värillisessä liuoksessa pidemmän matkan, jolloin ko. valomonistinputki havaitsee vähemmän fotoneita 15 siksi, että osa niistä on absorboitunut matkalla.

Vaakatasossa sijaisevalla kuoppalevyllä olevia näytteitä koinsidenssimenetelmällä mittaava nestetuikelaskin mittaa näytteitä valomonistinputkilla, jotka sijaitsevat näytele-20 vyn ylä- ja alapuolella, ja joista valomonistinputkista vastakkaiset toimivat koinsidensissa. Tällainen nestetuikelaskin on mm. Wallac Oy:n valmistama nestetuikelaskin 1450 MicroBeta. Tässä nestetuikelaskimessa käytetään koinsidenssissa toimivan valomonistinputkiparin summaspektrin paino-25 pistettä näytteiden sammutustason määrittämiseen.

Toinen vaakatasossa olevalta kuoppalevyltä mittaava nestetuikelaskin on esitetty PCT-hakemuksessa no. 90114090.5 (EP O 425 767 Ai). Tässä hakemuksessa oleva nestetuikelaskin mittaa kuoppalevyltä näytteitä siten, että yhtä näytet-30 tä mittaa yksi valomonistinputki. Koinsidenssin asemasta valomonistinputken kohinan aiheuttama tausta on pyritty eliminoimaan siten, että mittaussysteemi hylkää ne pulssit, joiden ajallinen kesto on lyhyempi kuin tälle laitteelle suositeltavien tuikeaineiden tuikepulssin kestot.

35 Menetelmä, jossa määritettävän näytteen mittaustehokkuuden 4 ero verrattuna puhtaaksi kemiallisesti sammutettuun näytteeseen koinsidenssimenetelmällä levyltä mittaavassa neste-tuikelaskimessa, on esitetty suomalaisessa patenttihakemuksessa no. 885616. Tässä hakemuksessa esitetyn menetelmän 5 mukaan ero korjataan siten, että ennen tai jälkeen varsinaista nestetuikelaskentamittausta mitataan nestetuike-laskimeen asennetulla fotometrisellä mittauslaitteella näytteen läpi kulkeman valon vaimentuminen, jonka suuruuden perusteella korjaus suoritetaan.

10 Edellä esitetyissä tunnetuissa menetelmissä on kuitenkin epäkohtia. Merkittäviä ongelmia on havaittu vaakatasossa olevalta kuoppalevyltä mittaavassa nestetuikelaskimessa silloin, kun mitataan tunnettua tekniikan tasoa vastaavalla tavalla koinsidenssimenetelmällä. On havaittu, että kemial-15 lisen ja värisammutuksen eron lisäksi myös näytteen vertikaalinen epäsymmetrisyys on virhetuloksia aiheuttava keskeinen ongelma. Näytteen vertikaalinen epäsymmetrisyys syntyy esimerkiksi silloin, kun tuikeainepartikkelien, joihin analysoitava aine on sitoutunut, sakkautuvat kuoppa-20 levyn kuopan pohjalle.

Tämän keksinnön tarkoituksena onkin aikaansaada uusi ja tunnetusta tekniikan tasosta poikkeava menetelmä, jolla ei ole edellä esitettyjä ongelmia. Keksinnön tarkoituksena onkin aikaansaada uusi menetelmä nestetuikelaskennan suo-25 rittamiseksi sellaisessa nestetuikelaskimessa, joka mittaa koinsidenssimenetelmällä vaakatasossa olevalla kuoppalevyl-lä olevia näytteitä.

Keksinnölle on tunnusomaista se, että epäsymmetriset näytteet mitataan siten, että nestetuikelaskimen laskemien 30 tuikevalopulssien määrä määritetään näytteen eri puolilla sijaitsevien, koinsidenssissa toimivien valodetektorien havaitsemien koinsidenssipulssien lukumäärän perusteella, ja että tuikevalopulssien amplitudi ja pulssinkorkeusjakautuma määritetään vain toisen valodetektorin avulla.

il 91024 5 Näin ollen keksinnön mukaan epäsymmetrisen näytteen mit-taustehokkuus määritetään molempien valomonistinputkien koinsidenssipulssien määrän perusteella ja näytteen sammu-tustaso määritetään koinsidenssipulssien pelkästään yläva-5 lomonistinputkella tuottaman spektrin perusteella. Tunnettu tekniikan tasohan on, että näytteen sammutustaso yleensä määritetään koinsidenssipulssien molempien valomonistinputkien summatun spektrin perusteella.

Keksinnön mukaisen menetelmän avulla näytteen epäsymmetri-10 syydestä johtuva mittausvirhe pienenee käytännön kannalta merkityksettömäksi.

Tässä yhteydessä, kuten myös seuraavassa keksinnön kuvauksessa näytteellä tarkoitetaan varsinaisen analysoitavan näytteen ja tuikeaineen muodostamaa liuosta tai seosta, 15 joka on näytekuopassa tai vastaavassa.

Keksinnön tarkoituksena on myös aikaansaada uudenlainen nestetuikelaskin sellaisen näytteen mittaamiseksi, jossa nestemäisen tai kiinteän tuikeaineen kanssa yhteensaatettu, analysoitava aine muodostaa näytteen, johon nestetuikelas-20 kimeen kuuluu näytteen eri puolille sijoitetut valodetekto-rit, kuten esimerkiksi valomonistinputket tai vastaavat, joista valodetektoreista kaksi vastakkaista eli näytteen eri puolilla sijaitsevat valodetektorit toimivat koinsi-denssissa eli samanaikaisesti.

25 Keksinnön mukaiselle nestetuikelaskimelle on tunnusomaista se, että nestetuikelaskimessa epäsymmetrisen näytteen eri puolilla sijaitsevat, koinsidenssissa toimivat valodetektorit mittaavat ainoastaan tuikevalopulssien määrän, ja että vain toinen valodetektori mittaa pulssien amplitudit.

30 Muut keksinnön tunnusmerkit on esitetty jäljempänä seuraa-vissa patenttivaatimuksissa.

6

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittää pystyleikkausta nestetuikelaskimen mit-tausosasta, jossa valomonistinputkien välissä on 5 vertikaalisesti epäsymmetrinen näyte.

Kuvio 2 esittää punaisella ja keltaisella värillä sammutettujen, vertikaalisesti epäsymmetristen näytteiden koinsidenssimittausta tunnetulla menetelmällä, jossa mitataan mittaustehokkuuksien riippuvuutta 10 ylä- ja alavalomonistinputken summaspektrin paino pisteestä.

Kuvio 3 vastaa kuviota 2 ja esittää näiden näytteiden koinsidenssimittausta keksinnön mukaisella menetelmällä, jossa mitataan mittaustehokkuuksien 15 riippuvuutta ainoastaan ylävalomonistinputken spektrin painopisteestä.

Kuviossa 1 on esitetty pystyleikkaus nestetuikelaskimesta, johon on sijoitettu näyteastia 10. Näyteastiassa 10 on näyte, jonka on analysoitavan aineen ja tuikeaineen muodos-20 tama näyteliuos 14. Näyteastian 10 ala- ja yläpuolella ovat valomonistinputket 23 ja 24, jotka havaitsevat näytteestä 14 lähtevät tuikevalopulssit.

Tunnetun nestetuikemittausmenetelmän mukaan näytteestä 14 lähtevät tuikevalopulssit mitataan molemmilla valomonistin-25 putkilla 23 ja 24, jotka toimivat koinsidenssissa eli samanaikaisesti, summaamalla kummankin valomonistinputken signaalit yhteen. Jos kuitenkin näyte 14 on vertikaalisuun-nassa eli pystysuunnassa epäsymmetrinen, niin valomonistinputket eivät saakaan samantehoista pulssia. Kuvion 1 näyte 30 14 on vertikaalisuunnassa epäsymmetrinen siksi, että näy teastian 10 pohjalle on kerääntynyt sakkaa 25.

Keksinnön mukaan tällöin ainoastaan näytteestä 14 saatavien ti 91024 7 tuikevalopulssien määrä lasketaan näytteen ala- ja yläpuolella sijaitsevien, koinsidenssissa toimivien valode-tektorien 23 ja 24 avulla. Tuikevalopulssien amplitudi ja pulssinkorkeusjakautuma määritetäänkin vain toisen valode-5 tektorin avulla eli kuvion 1 tapauksessa näyteastian 10 yläpuolella olevan valomonistinputken 24 avulla.

Kuviossa 2 on esitetty esimerkki mittaustuloksesta, jossa on mitattu punaisella ja keltaisella värillä sammutettujen, vertikaalisesti epäsymmetristen näytteiden koinsidenssimit-10 taus tunnetulla menetelmällä. Tällöin mitataan mittauste-hokkuuksien riippuvuus tunnettuun tapaan ylä- ja alavalo-monistinputken summaspektrin painopisteestä. Viitenumerolla 10' on merkitty punaisella värillä sammutettujen näytteiden mittaustuloskäyrää ja vastaavasti viitenumerolla 11' kel-15 täisellä värillä sammutettujen näytteiden mittaustulos-käyrää .

Näytteet on tehty polystyreenistä valmistetulle kuoppale-vylle, jossa kuopat ovat tasapohjaisia ja niiden tilavuus on 400 mikrolitraa. Mittaustuloksesta havaitaan, että 20 käyrät 10' ja 11' poikkevat toisistaan merkittävästi ja lisäksi ne ovat erittäin jyrkkiä. Tuloksista seuraa, että esim. punaisella värillä sammutetuilla, vertikaalisesti epäsymmetrisillä näytteillä tehdyltä standardikäyrältä 10’ luettujen, keltaisella värillä sammutettujen vertikaalises-25 ti epäsymmetristen näytteiden mittaustehokkuudet ovat täysin virheellisiä. Käyrien jyrkkyyden vuoksi jopa esim. keltaisella värillä sammutettujen vertikaalisesti epäsymmetristen näytteiden lukeminen on standardikäyrältä 10' erittäin epätarkkaa. Tämä johtuu siitä, että pienikin virhe 30 näytteen sammutustasossa aiheuttaa suuren virheen luetussa mittaustehokkuudessa.

Kuviossa 3 on esitetty kuvion 2 mittaustulosta vastaava mittaustulos, kun näytteiden koinsidenssimittaus on tehty keksinnön mukaisella menetelmällä. Tällöin on mitattu 35 mittaustehokkuuksien riippuvuus ainoastaan ylävalomonis- 8 tinputken spektrin painopisteestä. Punaisella värillä sammutettujen, vertikaalisesti epäsymmetristen näytteiden mittaustuloskäyrä on merkitty viitenumerolla 12' ja vastaavasti keltaisella värillä sammutettujen, vertikaalisesti 5 epäsymmetristen näytteiden mittaustuloskäyrä on merkitty viitenumerolla 13'.

Mittaustuloksista havaitaan, että käyrät 12' ja 13' poikkeavat toisistaan paljon vähemmän kuin kuvion 2 vastaavat käyrät 10' ja 11'. Lisäksi käyrät 12' ja 13' ovat paljon 10 loivempia kuin kuvion 2 vastaavat käyrät 10' ja 11'. Tästä on seurauksena se, että esim. punaisella värillä sammutetuilla, vertikaalisesti epäsymmetrisillä näytteillä tehdyltä standardikäyrältä 12' luettujen keltaisella värillä sammutettujen vertikaalisesti epäsymmetristen näytteiden 15 mittaustehokkuudet ovat erittäin tarkkoja verrattuna kuviossa 2 käyrältä 10' luettuihin.

Keksinnön mukainen menetelmä ja laite eivät ole rajoitettu edellä esitettyihin esimerkkeihin. Keksintö sisältää kaikki kuoppalevyltä koinsidenssimenetelmällä mittaavan neste-20 tuikelaskimen mittausmenetelmät, jotka on toteutettu siten, että ylä-ja alavalomonistinputkien summaspektrin asemasta sammutuskorjaukseen käytettävä spektrisuure määrätään ainoastaan toisen valomonistinputken havaitseman spektrin perusteella. Niinpä esimerkiksi, jos näytteen pinnalla 25 kelluu suodatinkappale, niin tällöin oikea mittaustulos saadaan mittaamalla tuikevalopulssien amplitudi ja pulssin-korkeusjakautuma vain alemman valomonistinputken avulla.

Myös sellaiset mittausmenetelmät, joissa mitataan kiinteää näytettä, sisältyvät keksintöön. Voihan tällöinkin muodos-30 tua epäsymmetrinen näyte, joka on mitataan keksinnön mukaisesti. Luonnollisesti tällöin näyte voi olla missä asennossa tahansa ja myös valodetektorit voivat sijaita vastaavasti millä suunnalla tahansa. Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset sovellutusmuodot voivat vaihdella 35 jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.

11

Claims (10)

91024 9

1. Menetelmä näytteen mittaamiseksi sellaisessa nestetuike-laskimessa, jossa nestemäisen tai kiinteän tuikeaineen kanssa yhteensaatettu, analysoitava aine muodostaa näytteen (14), jota mitataan näytteen eri puolille sijoitettujen 5 valodetektorien (23, 24), kuten esimerkiksi valomonistin-putkien tai vastaavien avulla, joista valodetektoreista kaksi vastakkaista eli näytteen eri puolilla sijaitsevat valodetektorit toimivat koinsidenssissa eli samanaikaisesti, tunnettu siitä, että epäsymmetriset näytteet 10 (14) mitataan siten, että nestetuikelaskimen laskemien tuikevalopulssien määrä määritetään näytteen eri puolilla sijaitsevien, koinsidenssissa toimivien valodetektorien (23, 24) havaitsemien koinsidenssipulssien lukumäärän perusteella, ja että tuikevalopulssien amplitudi ja puls-15 sinkorkeusjakautuma määritetään vain toisen valodetektorin (24) avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valodetektorien (23, 24) suhteen epäsymmetrinen nestemäinen tai kiinteä näyte (14) 20 mitataan levyn ala-ja yläpuolelle sijoitettujen, koinsidenssissa toimivien valodetektorien avulla siten, että mittaustehokkuus määritetään sekä ala- ja yläpuolelle sijoitettujen valodetektorien havaitsemien koinsidenssipulssien lukumäärän perusteella, ja että sammutustaso 25 määritetään jomman kumman, joko ala- tai yläpuolelle sijoitetun valodetektorin avulla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että epäsymmetrisen näytteen (14) pulssiamplitudi määritetään vain yläpuolella olevan valode- 30 tektorin (24) avulla.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että epäsymmetrisen näytteen (14) pulssiamplitudi määritetään vain alapuolella olevan valode- 10 tektorin (23) avulla.

5. Nestetuikelaskin sellaisen näytteen mittaamiseksi, jossa nestemäisen tai kiinteän tuikeaineen kanssa yhteensaatettu, analysoitava aine muodostaa näytteen (14), johon neste-5 tuikelaskimeen kuuluu näytteen eri puolille sijoitetut valodetektorit (23, 24), kuten esimerkiksi valomonistinput-ket tai vastaavat, joista valodetektoreista kaksi vastakkaista eli näytteen eri puolilla sijaitsevat valodetektorit toimivat koinsidenssissa eli samanaikaisesti, 10 tunnettu siitä, että nestetuikelaskimessa epäsymmetrisen näytteen (14) eri puolilla sijaitsevat, koinsidenssissa toimivat valodetektorit (23, 24) mittaavat ainoastaan tuikevalopulssien määrän, ja että vain toinen valo-detektori (24) mittaa pulssien amplitudit.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen nestetuikelaskin, tunnettu siitä, että nestetuikelaskimessa valode-tektorien (23, 24) suhteen epäsymmetrisen näytteen ala-ja yläpuolelle sijoitetut, koinsidenssissa toimivat valodetektorit mittaavat ainoastaan mittaustehokkuuden, ja että joko 20 ala- tai yläpuolelle sijoitettu valodetektori mittaa vain sammutustason.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen nestetuikelaskin, tunnettu siitä, että epäsymmetrisen näytteen (14) yläpuolella oleva valodetektori (24) mittaa pulssinkor- 25 keusjakautuman.

8. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen nestetuikelaskin, tunnettu siitä, että epäsymmetrisen näytteen (14) alapuolella oleva valodetektori (23) mittaa pulssinkorkeus-jakautuman.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 5-8 mukainen nestetuikelas kin, tunnettu siitä, että kaksi koinsidenssissa toimivaa valomonistinputkea (23, 24) on sijoitettu vaakatasossa olevan sellaisen kuoppalevyn ala- ja yläpuolelle, 91024 11 jonka näytekuoppiin (10) on asetettu vertikaalisesti epäsymmetrisiä näytteitä siten, että molemmat valomonistinput-ket mittaavat ainoastaan näytteestä saatavien tuikevalo-pulssien määrän, ja että yläpuolelle sijoitettu valomonis-5 tinputki (24) mittaa vain pulssien korkeusjakautuman.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 5-9 mukainen nestetuike-laskin, tunnettu siitä, että nestetukelaskimessa näytekuoppaan (10) on asetettu nestemäinen näyte (14) on vertikaalisesti epäsymmetrinen siten, että näytekuopan 10 pohjalla on sakkaa (25), jolloin näytteen ylä- ja alapuolella sijaitsevat valomonistinputket (23, 24) mittaavat koinsidenssissa ainoastaan näytteestä saatavien tuikevalo-pulssien määrän, ja että näytteen yläpuolelle sijoitettu valomonistinputki (24) mittaa pulssien korkeusjakautuman. 12