FI91024C - Menetelmä näytteiden mittaamiseksi nestetuikelaskimella ja nestetuikelaskin - Google Patents

Description

91024

MENETELMA NAYTTEIDEN MITTAAMISEKSI NESTETUIKELASKIMELLA JA NESTETUIKELASKIN

Keksinnon kohteena on menetelma nåytteen mittaamiseksi sellaisessa nestetuikelaskimessa, jossa nestemåisen tai kiintean tuikeaineen kanssa yhteensaatettu, analysoitava aine muodostaa nåytteen, jota mitataan nåytteen eri puolil-5 le sijoitetujen valodetektorien, kuten esimerkiksi valo-monistinputkien tai vastaavien avulla, joista valodetekto-reista kaksi vastakkaista eli nåytteen eri puolilla sijait-sevat valodetektorit toimivat koinsidenssissa eli samanai-kaisesti.

10 Nestetuikelaskentamenetelmallå mitataan påaasiassa matala-energisia beta- tai vastaavia hiukkasia emittoivia radioak-tiivisia isotooppeja, kuten tritiumia ja hiili-14 sisalta-via naytteitå. Kyseisten isotooppien hajoamisissa syntyvien matalaenergisten betahiukkasten kantama nåytteessa on 15 tavallisesti enintaan mikrometrien suuruusluokkaa. Tåmån vxioksi analysoitava nayte on liuotettu kiinteaån tai neste-maiseen tuikeaineeseen tai analysoitava nayte on jonkin sitoutumisreaktion avulla kiinnittynyt kiintean tuikeaine-partikkelin pinnalle. Talloin mitattavan isotoopin molekyy-20 lit ovat niin lahella tuikeaineen molekyyleja, etta mitat-tavan isotoopin emittoimat betahiukkaset voivat vuorovai-kuttaa tuikeainemolekyylien kanssa.

Tassa vuorovaikutusprosessissa osa betahiukkasen energiasta muuttuu valoksi, joka muutetaan nestetuikelaskimessa såh-25 koiseksi pulssiksi tavallisesti kahdella koinsidenssissa eli samanaikaisesti toimivalla valomonistinputkella. Koin-sidenssitoimintaa kaytetåan valomonistinputkien lampokohi-nan eliminoimiseksi. Syntyneen sahkoisen 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 tyypillisella tavalla, saadaan naytteen mittauksen tuloksena mittauslaitteen monikanava-analysaattorin avulla kummankin valomonistinputken summa-spektri, joka vastaa emittoituneitten betahiukkasten ener-5 giaspektriå. Spektrille on tunnusomaista mm. kokonaispuls-simaara, pulssimåårå tietysså ns. "laskentaikkunassa" monikanava-analysaattorin rajatulla kanava-alueella, pååte-piste, huippuarvo ja painopiste. Pååtepisteelle, huippuar-volle ja painopisteelle voidaan laskea, millå monikanava-10 analysaattorin kanavalla ne sijaitsevat eli mikå on niiden kanavakoordinaatti. Summaspektrin painopisteen kanavakoor-dinaattia kåytetåån yleisesti naytteen sammutustason mitta-na.

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

Keskeinen haittailmio nestetuikelaskentamenetelmåsså on mittaustehokkuuden våheneminen naytteen sammutuksen vuoksi. Sammutusta on kahta pååtyyppiå: kemiallista ja vårisammu-20 tusta. Kemiallinen sammutus on ilmio, jossa naytteen sisål-tåmåt epåpuhtaudet håiritsevåt betahiukkasten ja tuikeai-neen vålistå vuorovaikutusta eståen tuikevalon synnyn, minkå seurauksena naytteen mittaustehokkuus laskee. Vå-risammutuksessa taas naytteen sisåltåmat vårilliset epåpuh-25 taudet absorboivat tuikevalon fotoneita, jonka seurauksena mittaustehokkuus myos laskee.

Koska sammutuksessa tuikevalon måårå våhenee, niin myos spektri siirtyy kohti alempia amplitudeja eli alempia monikanava-analysaattorin kanavia. Nåin olien sopivaa 30 spektrin sijaintia kuvaavaa suuretta, kuten esimerkiksi pååtepiste, huippuarvo tai painopiste voidaan kåyttåå sammutusparametrina.

Nestetuikelaskennassa on tunnettua, ettå sammutuksen aihe-uttama mittaustehokkuuden lasku voidaan korjata sammutus- ti 91024 3 kayrien avulla, jotka kuvaavat standardinåytteiden mittaus-tehokkuuden riippuvuutta sammutusparametrista. Ongelman on muodostanut se, ettå sammutuskåyråt eivat ole yhteneviå kemialliselle ja vårisammutukselle.

5 US-patentissa 4 700 072 on esitetty menetelmå, jossa mååri-tettavan nåytteen mittaustehokkuuden ero verrattuna puh-taasti kemiallisesti sanunutettuun nåytteeseen voidaan korjata sen perusteella, ettå naytteen varillisyys aiheut-taa muutoksen koinsidenssissa toimivien valomonistinputkien 10 havaitsemaan pulssinkorkeuksien suhteeseen. Tåmå johtuu siitå, ettå jommalle kummalle valomonistinputkelle tulevat tuikevalon fotonit joutuvat kulkemaan tuikeaineen ja naytteen muodostamassa vårillisesså liuoksessa pidenunån matkan, jolloin ko. valomonistinputki havaitsee våhemmån fotoneita 15 siksi, ettå osa niistå on absorboitunut matkalla.

Vaakatasossa sijaisevalla kuoppalevyllå olevia nåytteitå koinsidenssimenetelmållå mittaava nestetuikelaskin mittaa nåytteitå valomonistinputkilla, jotka sijaitsevat nåytele-20 vyn ylå- ja alapuolella, ja joista valomonistinputkista vastakkaiset toimivat koinsidensissa. Tållainen nestetuikelaskin on mm. Wallac Oy:n valmistama nestetuikelaskin 1450 MicroBeta. Tåsså nestetuikelaskimessa kåytetåån koinsidenssissa toimivan valomonistinputkiparin summaspektrin paino-25 pistettå nåytteiden sammutustason måårittåmiseen.

Toinen vaakatasossa olevalta kuoppalevyltå mittaava nestetuikelaskin on esitetty PCT-hakemuksessa no. 90114090.5 (EP O 425 767 Al). Tåsså hakemuksessa oleva nestetuikelaskin mittaa kuoppalevyltå nåytteitå siten, ettå yhtå nåytet-30 tå mittaa yksi valomonistinputki. Koinsidenssin asemasta valomonistinputken kohinan aiheuttama tausta on pyritty eliminoimaan siten, ettå mittaussysteemi hylkåå ne pulssit, joiden ajallinen kesto on lyhyempi kuin tålle laitteelle suositeltavien tuikeaineiden tuikepulssin kestot.

35 Menetelmå, jossa mååritettåvån naytteen mittaustehokkuuden 4 ero verrattuna puhtaaksi kemiallisesti sammutettuun nayt-teeseen koinsidenssimenetelmållå levylta mittaavassa nestetuikelaskimessa, on esitetty suomalaisessa patenttihakemuk-sessa no. 885616. Tåsså hakemuksessa esitetyn menetelmån 5 mukaan ero korjataan siten, ettå ennen tai jålkeen var-sinaista nestetuikelaskentamittausta mitataan nestetuike-laskimeen asennetulla fotometrisella mittauslaitteella nåytteen låpi kulkeman valon vaimentmninen, jonka suuruuden perusteella korjaus suoritetaan.

10 Edellå esitetyisså tunnetuissa menetelmisså on kuitenkin epåkohtia. Merkittåviå ongelmia on havaittu vaakatasossa olevalta kuoppalevyltå mittaavassa nestetuikelaskimessa silloin, kun mitataan tunnettua tekniikan tasoa vastaavalla tavalla koinsidenssimenetelmalla. On havaittu, ettå kemial-15 lisen ja vårisammutuksen eron lisåksi myos naytteen verti-kaalinen epåsymmetrisyys on virhetuloksia aiheuttava kes-keinen ongelma. Naytteen vertikaalinen epåsymmetrisyys syntyy esimerkiksi silloin, kun tuikeainepartikkelien, joihin analysoitava aine on sitoutunut, sakkautuvat kuoppa-20 levyn kuopan pohjaile.

Tamån keksinnon tarkoituksena onkin aikaansaada uusi ja tunnetusta tekniikan tasosta poikkeava menetelmå, jolla ei ole edella esitettyjå ongelmia. Keksinnon tarkoituksena onkin aikaansaada uusi menetelmå nestetuikelaskennan suo-25 rittamiseksi sellaisessa nestetuikelaskimessa, joka mittaa koinsidenssimenetelmållå vaakatasossa olevalla kuoppalevyl-lå olevia nåytteitå.

Keksinnolle on tunnusomaista se, ettå epåsymmetriset nåyt-teet mitataan siten, ettå nestetuikelaskimen laskemien 30 tuikevalopulssien måårå mååritetåån nåytteen eri puolilla sijaitsevien, koinsidenssissa toimivien valodetektorien havaitsemien koinsidenssipulssien lukumåårån perusteella, ja ettå tuikevalopulssien amplitudi ja pulssinkorkeusjakau-tuma mååritetåån vain toisen valodetektorin avulla.

il 91024 5

Nain olien keksinnon mukaan epåsymmetrisen nåytteen mit-taustehokkuus mååritetåån molempien valomonistinputkien koinsidenssipulssien måårån perusteella ja nåytteen sammu-tustaso maåritetåan koinsidenssipulssien pelkåståån ylåva-5 lomonistinputkella tuottaman spektrin perusteella. Tunnettu tekniikan tasohan on, ettå nåytteen sammutustaso yleenså maåritetåån koinsidenssipulssien molempien valomonistinputkien summatun spektrin perusteella.

Keksinnon mukaisen menetelmån avulla nåytteen epåsymmetri-10 syydestå johtuva mittausvirhe pienenee kåytånnon kannalta merkityksettomåksi.

Tåsså yhteydesså, kuten mybs seuraavassa keksinnon kuvauk-sessa nåytteellå tarkoitetaan varsinaisen analysoitavan nåytteen ja tuikeaineen muodostamaa liuosta tai seosta, 15 joka on nåytekuopassa tai vastaavassa.

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

25 Keksinnon mukaiselle nestetuikelaskimelle on tunnusomaista se, ettå nestetuikelaskimessa epasymmetrisen nåytteen eri puolilla sijaitsevat, koinsidenssissa toimivat valodetektorit mittaavat ainoastaan tuikevalopulssien måårån, ja ettå vain toinen valodetektori mittaa pulssien amplitudit.

30 Muut keksinnon tunnusmerkit on esitetty jåljempånå seuraa-vissa patenttivaatimuksissa.

6

Keksintoa selostetaan seuraavassa esimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuvio 1 esittåa pystyleikkausta nestetuikelaskimen mit-tausosasta, jossa valomonistinputkien vålisså on 5 vertikaalisesti epåsymmetrinen nåyte.

Kuvio 2 esittåå punaisella ja keltaisella vårillå sammu- tettujen, vertikaalisesti epåsymmetristen nåyttei-den koinsidenssimittausta tunnetulla menetelmållå, jossa mitataan mittaustehokkuuksien riippuvuutta 10 ylå- ja alavalomonistinputken summaspektrin paino- pisteestå.

Kuvio 3 vastaa kuviota 2 ja esittåa nåiden nåytteiden koinsidenssimittausta keksinnon mukaisella menetelmalla, jossa mitataan mittaustehokkuuksien 15 riippuvuutta ainoastaan ylåvalomonistinputken spektrin painopisteestå.

Kuviossa 1 on esitetty pystyleikkaus nestetuikelaskimesta, johon on sijoitettu nåyteastia 10. Nåyteastiassa 10 on nayte, jonka on analysoitavan aineen ja tuikeaineen muodos-20 tama nåyteliuos 14. Nåyteastian 10 ala- ja ylåpuolella ovat valomonistinputket 23 ja 24, jotka havaitsevat nåytteestå 14 låhtevåt tuikevalopulssit.

Tunnetun nestetuikemittausmenetelman mukaan nåytteestå 14 låhtevåt tuikevalopulssit mitataan molemmilla valomonistin-25 putkilla 23 ja 24, jotka toimivat koinsidenssissa eli samanaikaisesti, summaamalla kummankin valomonistinputken signaalit yhteen. Jos kuitenkin nåyte 14 on vertikaalisuun-nassa eli pystysuunnassa epåsymmetrinen, niin valomonistinputket eivåt saakaan samantehoista pulssia. Kuvion 1 nåyte 30 14 on vertikaalisuunnassa epåsymmetrinen siksi, ettå nåy teastian 10 pohjalle on kerååntynyt sakkaa 25.

Keksinnon mukaan tålloin ainoastaan nåytteestå 14 saatavien ti 91024 7 tuikevalopulssien måårå lasketaan nåytteen ala- ja ylåpuolella sijaitsevien, koinsidenssissa toimivien valode-tektorien 23 ja 24 avulla. Tuikevalopulssien amplitudi ja pulssinkorkeusjakautuma mååritetåånkin vain toisen valode-5 tektorin avulla eli kuvion 1 tapauksessa nåyteastian 10 ylapuolella olevan valomonistinputken 24 avulla.

Kuviossa 2 on esitetty esimerkki mittaustuloksesta, jossa on mitattu punaisella ja keltaisella vårilla sammutettujen, vertikaalisesti epåsymmetristen nåytteiden koinsidenssimit-10 taus tunnetulla menetelmållå. Tålloin mitataan mittauste-hokkuuksien riippuvuus tunnettuun tapaan ylå- ja alavalo-monistinputken summaspektrin painopisteestå. Viitenumerolla 10' on merkitty punaisella vårillå sammutettujen nåytteiden mittaustuloskåyråå ja vastaavasti viitenumerolla 11' kel-15 taisella vårillå sammutettujen nåytteiden mittaustuloskåyråå .

Nåytteet on tehty polystyreenistå valmistetulle kuoppale-vylle, jossa kuopat ovat tasapohjaisia ja niiden tilavuus on 400 mikrolitraa. Mittaustuloksesta havaitaan, ettå 20 kåyråt 10' ja 11' poikkevat toisistaan merkittåvåsti ja lisåksi ne ovat erittåin jyrkkiå. Tuloksista seuraa, ettå esim. punaisella vårillå sammutetuilla, vertikaalisesti epåsymmetrisillå nåytteillå tehdyltå standardikåyråltå 10’ luettujen, keltaisella vårillå sammutettujen vertikaalises-25 ti epåsymmetristen nåytteiden mittaustehokkuudet ovat tåysin virheellisiå. Kåyrien jyrkkyyden vuoksi jopa esim. keltaisella vårillå sammutettujen vertikaalisesti epåsymmetristen nåytteiden lukeminen on standardikåyråltå 10' erittåin epåtarkkaa. Tåmå johtuu siitå, ettå pienikin virhe 30 nåytteen sammutustasossa aiheuttaa suuren virheen luetussa mittaustehokkuudessa.

Kuviossa 3 on esitetty kuvion 2 mittaustulosta vastaava mittaustulos, kun nåytteiden koinsidenssimittaus on tehty keksinnon mukaisella menetelmållå. Tålldin on mitattu 35 mittaustehokkuuksien riippuvuus ainoastaan ylåvalomonis- 8 tinputken spektrin painopisteestå. Punaisella vårillå sammutettujen, vertikaalisesti epåsymmetr isten nåytteiden mittaustuloskayra on merkitty viitenumerolla 12' ja vastaa-vasti keltaisella vårillå sammutettujen, vertikaalisesti 5 epasymmetristen nåytteiden mittaustuloskayra on merkitty viitenumerolla 13'.

Mittaustuloksista havaitaan, ettå kåyrat 12' ja 13' poik-keavat toisistaan paljon vahemmån kuin kuvion 2 vastaavat kayrat 10' ja 11'. Lisaksi kåyrat 12' ja 13' ovat paljon 10 loivempia kuin kuvion 2 vastaavat kåyrat 10' ja 11'. Tåstå on seurauksena se, ettå esim. punaisella vårillå sammute-tuilla, vertikaalisesti epåsymmetrisillå nåytteillå tehdyl-tå standardikåyråltå 12' luettujen keltaisella vårillå sammutettujen vertikaalisesti epåsymmetristen nåytteiden 15 mittaustehokkuudet ovat erittåin tarkkoja verrattuna ku-viossa 2 kåyråltå 10' luettuihin.

Keksinnon mukainen menetelmå ja laite eivåt ole rajoitettu edellå esitettyihin esimerkkeihin. Keksinto sisåltåå kaikki kuoppalevyltå koinsidenssimenetelmållå mittaavan neste-20 tuikelaskimen mittausmenetelmåt, jotka on toteutettu siten, ettå ylå-ja alavalomonistinputkien summaspektrin asemasta sammutuskorjaukseen kåytettåvå spektrisuure mååråtåån ainoastaan toisen valomonistinputken havaitseman spektrin perusteella. Niinpå esimerkiksi, jos nåytteen pinnalla 25 kelluu suodatinkappale, niin tålloin oikea mittaustulos saadaan mittaamalla tuikevalopulssien amplitudi ja pulssin-korkeusjakautuma vain alemman valomonistinputken avulla.

Myos sellaiset mittausmenetelmåt, joissa mitataan kiinteåå nåytettå, sisåltyvåt keksintoon. Voihan tålloinkin muodos-30 tua epåsymmetrinen nåyte, joka on mitataan keksinnon mukai-sesti. Luonnollisesti tålloin nåyte voi olla misså asennos-sa tahansa ja myos valodetektorit voivat sijaita vastaavas-ti millå suunnalla tahansa. Alan ammattimiehelle on selvåå, ettå keksinnon erilaiset sovellutusmuodot voivat vaihdella 35 jåljempånå esitettåvien patenttivaatimusten puitteissa.

II

Claims (10)

91024 9

1. Menetelmå nåytteen mittaamiseksi sellaisessa nestetuike-laskimessa, jossa nestemåisen tai kiintean tuikeaineen kanssa yhteensaatettu, analysoitava aine muodostaa nåytteen (14), jota mitataan nåytteen eri puolille sijoitettujen 5 valodetektorien (23, 24), kuten esimerkiksi valomonistin-putkien tai vastaavien avulla, joista valodetektoreista kaksi vastakkaista eli nåytteen eri puolilla sijaitsevat valodetektorit toimivat koinsidenssissa eli samanaikaises-ti, tunnettu siitå, ettå epåsymmetriset nåytteet 10 (14) mitataan siten, ettå nestetuikelaskimen laskemien tuikevalopulssien måårå mååritetåån nåytteen eri puolilla sijaitsevien, koinsidenssissa toimivien valodetektorien (23, 24) havaitsemien koinsidenssipulssien lukumåårån perusteella, ja ettå tuikevalopulssien amplitudi ja puls-15 sinkorkeusjakautuma mååritetåån vain toisen valodetektorin (24) avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå valodetektorien (23, 24) suhteen epåsymmetrinen nestemåinen tai kiinteå nåyte (14) 20 mitataan levyn ala-ja ylåpuolelle sijoitettujen, koinsidenssissa toimivien valodetektorien avulla siten, ettå mittaustehokkuus mååritetåån sekå ala- ja ylåpuolelle sijoitettujen valodetektorien havaitsemien koinsidenssipulssien lukumåårån perusteella, ja ettå sammutustaso 25 mååritetåån jomman kumman, joko ala- tai ylåpuolelle sijoi-tetun valodetektorin avulla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå epåsymmetrisen nåytteen (14) pulssiamplitudi mååritetåån vain ylåpuolella olevan valode- 30 tektorin (24) avulla.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå epåsymmetrisen nåytteen (14) pulssiamplitudi mååritetåån vain alapuolella olevan valode- 10 tektorin (23) avulla.

5. Nestetuikelaskin sellaisen naytteen mittaamiseksi, jossa nestemåisen tai kiintean tuikeaineen kanssa yhteensaatettu, analysoitava aine muodostaa naytteen (14), johon neste-5 tuikelaskimeen kuuluu naytteen eri puolille sijoitetut valodetektorit (23, 24), kuten esimerkiksi valomonistinput-ket tai vastaavat, joista valodetektoreista kaksi vastak-kaista eli naytteen eri puolilla sijaitsevat valodetektorit toimivat koinsidenssissa eli samanaikaisesti, 10 tunnettu siita, etta nestetuikelaskimessa epåsymmetrisen naytteen (14) eri puolilla sijaitsevat, koinsidenssissa toimivat valodetektorit (23, 24) mittaavat aino-astaan tuikevalopulssien måårån, ja etta vain toinen valo-detektori (24) mittaa pulssien amplitudit.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen nestetuikelaskin, tunnettu siita, etta nestetuikelaskimessa valode-tektorien (23, 24) suhteen epåsymmetrisen naytteen ala-ja ylapuolelle sijoitetut, koinsidenssissa toimivat valodetektorit mittaavat ainoastaan mittaustehokkuuden, ja etta joko 20 ala- tai ylapuolelle sijoitettu valodetektori mittaa vain sammutustason.

7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen nestetuikelaskin, tunnettu siita, etta epåsymmetrisen naytteen (14) ylapuolella oleva valodetektori (24) mittaa pulssinkor- 25 keusjakautuman.

8. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen nestetuikelaskin, tunnettu siita, etta epåsymmetrisen naytteen (14) alapuolella oleva valodetektori (23) mittaa pulssinkorkeus-jakautuman.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 5-8 mukainen nestetuikelas kin, tunnettu siita, etta kaksi koinsidenssissa toimivaa valomonistinputkea (23, 24) on sijoitettu vaaka-tasossa olevan sellaisen kuoppalevyn ala- ja ylapuolelle, 91024 11 jonka naytekuoppiin (10) on asetettu vertikaalisesti epa-symmetrisiå naytteita siten, ettå molemmat valomonistinput-ket mittaavat ainoastaan nåytteestå saatavien tuikevalo-pulssien måårån, ja ettå ylapuolelle sijoitettu valomonis-5 tinputki (24) mittaa vain pulssien korkeusjakautuman.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 5-9 mukainen nestetuike-laskin, tunnettu siita, etta nestetukelaskimessa nåytekuoppaan (10) on asetettu nestemainen nayte (14) on vertikaalisesti epåsymmetrinen siten, ettå nåytekuopan 10 pohjalla on sakkaa (25), jolloin nåytteen ylå- ja alapuo-lella sijaitsevat valoinonistinputket (23, 24) mittaavat koinsidenssissa ainoastaan naytteesta saatavien tuikevalo-pulssien måårån, ja ettå nåytteen ylåpuolelle sijoitettu valomonistinputki (24) mittaa pulssien korkeusjakautuman. 12