大流量气溶胶滤膜标准γ体源制备技术

李 明，徐利军，宋鑫鹏，肖振红，陈克胜，夏 文

(中国原子能科学研究院 剂量与校准技术重点实验室，北京 102413)

大流量气溶胶放射性活度的监测主要有总α、β法和γ谱仪法[1]。近年来，利用γ能谱较高的能量分辨特性，通常采用高纯锗(HPGe)γ谱仪法监测气溶胶放射性活度[2]。γ谱仪法[2-4]使用大流量空气气溶胶取样器进行空气取样，压制成一定形状后，使用γ谱仪对滤膜样品进行测量、定值。该方法是相对测量方法，需要制备与待测样品匹配的标准源对γ谱仪进行效率刻度。

本研究采用滴源装置将放射性标准溶液60Co定量滴注在相应的气溶胶采样滤膜上，晾干对角折叠后置于专用压样模具内，压成密实、形状规则的圆盘形固态物，密封。并对制备的气溶胶滤膜源进行活度定值及均匀性研究，用于测量大流量气溶胶样品的γ谱仪进行效率刻度。

1 实验装置

1.1 滴源装置

本研究滴源装置(图1)是在SF6移液机器人的基础上为本实验专门设计加工。通过对控制软件编写，液体存放模块位置尺寸的确定，改进后的滴源装置由微量液体分配系统[5]、加热板等组成。

微量液体分配系统[5]包括运动模块(机械手) 、工作头(吸取和分配液体的执行器)、液体存放模块(液体分配源位置和目标位置)、控制和用户操作系统等。微量液体分配系统通过工作头将微量液体从源位置吸取、均等地分配到目标位置，是全自动点样器的重要组成部分，一个完整的移液过程包括提取移液尖、液位探测、吸取样本、移液枪移动到样本分配区域、分配样本、退去移液尖。

图1 滴源装置Fig.1 Automatic sampler

1.2 压样装置

为保证制备的标准源与测量样品的几何形状统一，设计加工了专用的压样模具，实物示于图2，装置内部尺寸为Φ50 mm，与通用的γ谱仪测量样品盒相符。压样装置用于放射性气溶胶滤膜标准体源压样时，能保证压制样品几何形状的准确性，避免脱模过程对压制样品的破坏，并减少脱模过程对操作人员造成的辐射伤害。

图2 压样装置Fig.2 Pressure mould equipment

2 实验方法

2.1 滴源

2.1.1滴源装置滴注取样重复性实验

为了保证各点取样量的一致性，通过称量法，采用微量分析天平对滴源装置的滴注量进行重复性实验。

2.1.2滴源参数优化

采用布点式方式滴源，滴源过程中，对液体组成成分、滴源间隔、滴源高度进行研究。

1) 液体组成成分

本实验滴注的放射性标准溶液基质为0.1～0.2 mol/L盐酸水溶液，气溶胶采样滤膜材质为聚丙烯纤维，其亲水性差，因此通过向放射性标准溶液中添加一定比例的乙醇溶液，使放射性溶液能够在滤膜表面浸润达到均匀分布。

2) 滴源间隔

滴源间隔设计需要保证溶液在滤膜上浸润的斑点之间既不会相互重叠也不能留太大间隙，当分液体积为50 μL时，设计7、10、12 mm滴源间隔进行实验。为了明显观察实验现象，向溶液中加入少量甲基橙达到增色效果。

3) 滴源高度

实验中调节滴源高度，使针尖距滤膜表面高度小于产生液滴的直径，但不宜过低，这样分样时产生的液滴可以随即浸润在滤膜内，既可以消除挂滴现象[6]，又可以避免加样针尖与滤膜表面碰触损坏滴源装置。

2.2 标准γ体源制备

2.2.1制备60Co标准溶液

放射性标准溶液制备步骤[7]：(1) 鉴定纯度；(2) 制备溶液；(3) 测定比活度；(4) 分装和贮存；(5) 稳定性检查。

用高纯锗γ谱仪测量制备的60Co标准溶液的活度浓度，活度测量结果为1.62×103Bq，按照公式(1)计算60Co参考溶液的活度浓度：

a=A/m

式中，a为放射性比活度，Bq/g；A为放射性活度，Bq；m为质量，g。计算出制源用60Co参考溶液的活度浓度为7.13×104Bq/g。扩展不确定度U(k=2)为2.6%。

2.2.2标准溶液定量稀释

取60Co参考溶液272.44 mg，稀释后采用差重法称量溶液质量，计算得到放射性标准溶液稀释28.10倍，得到比活度浓度为 2.53×103Bq/g的稀释溶液，稀释的60Co放射性溶液介质条件为：Co载体浓度1.14 mg/g，HCl浓度0.15 mol/L，无水乙醇比例(v/v)75%。溶液稀释在50 mL玻璃瓶中进行，稀释后摇匀密封保存。

2.2.3滴源与压制成型

采用滴源装置将60Co稀释参考液等间距的(10 mm)、定量(每滴50 μL)的滴注在尺寸为260 mm×210 mm的聚丙烯纤维滤膜[8](放射性活性区为230 mm×180 mm)上晾干。折叠过程为避免放射性核素损失，将采样面朝内多次对角折叠成与模具直径相同的圆形源，放入薄塑料袋(食品)袋中，用真空封口机抽气密封，滤膜带着塑料袋仪器放入相应模具中[9]，在2×105N压力下，将样品压成Φ50 mm×3 mm的圆盘状。将制备好的滤膜源装入样品盒中，样品盒中有特制的有机玻璃圆环固定样品的几何位置和形状，密封。每个滤膜源盒均进行编号及标注核素名称。

2.3 标准γ体源均匀性测量

大流量气溶胶滤膜标准γ源压制成型后，采用分样模具[10]，将压制好的盘状源压制切割为6等分，放入压样模具中压制成Φ50 mm盘状源。将压制好的分割样品放入样品盒中，分别置于探测器表面进行测量，用平均值的标准偏差表示滤膜源的均匀性。

3 结果与讨论

3.1 滴源

3.1.1滴源装置滴注取样重复性实验

滴源装置滴注量重复性实验结果列于表1。由表1结果可知，当吸液体积为50 μL，分液体积为50 μL时滴源装置重复性(用相对标准偏差表示)为0.75%，优于其他吸液-分液组合[11]。

表1 滴注量取样重复性Table 1 The repeatability of drip sampling

3.1.2滴源参数优化

1) 液体组成成分

液体组成成分实验结果列于表2。由表2结果可以看出，当乙醇含量大于50%时，溶液能够在滤膜表面分散开，向四周浸润开，为了使溶液能够较快的在滤膜表面分散开，因此实验中设计液体组成成分乙醇含量为75%。

表2 液体组成成分影响Table 2 The effect of solution composition

2) 滴源间隔

滴源间隔结果示于图3。图3结果表明，当滴源间隔为10 mm时，效果最佳。

a——7 mm；b——10 mm；c——12 mm图3 滴源间距效果a——7 mm；b——10 mm；c——12 mmFig.3 The effect of droplet spacing

3.2 标准γ体源制备

通过差重法计算出制源用60Co稀释参考液为17.357 2 g，因此60Co大流量气溶胶滤膜标准γ体源的活度为4.4×104Bq。不确定度分析列于表3，放射性溶液活度定值是标准γ体源活度定值的主要不确定度分量，其他分量可忽略不计。因此该方法制备的气溶胶滤膜标准γ体源活度定值的扩展不确定度小于4%(k=2)。

表3 60Co气溶胶滤膜标准γ体源不确定度分析Table 3 Uncertainties of the measurement

3.3 标准γ体源均匀性测量

大流量气溶胶滤膜标准γ体源均匀性测量结果列于表4。由表4结果可知，滤膜源6等分样品的平均值相对标准偏差均小于5%。

表4 气溶胶滤膜标准γ体源均匀性测量结果Table 4 Uniformity measurement of aerosol filter standard γ source

4 结论

采用自主设计加工的压样模具对滤膜进行压制成型，该压样模具有效的保证了滤膜源几何形状的一致性，能避免脱模过程对压制样品的破坏，并减少脱模过程对操作人员造成的辐射伤害。

建立了气溶胶滤膜标准γ体源的制备方法，制备的气溶胶滤膜标准γ体源活度为4.4×104Bq，相对扩展不确定度(k=2)为3.6%，均匀性相对标准偏差小于5%。可以采用此方法制备其他γ放射性核素的气溶胶滤膜标准源，从而为测量大流量气溶胶样品的γ谱仪效率刻度服务。