DE3329133A1

DE3329133A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der radioaktivitaet in saeulen-eluaten

Info

Publication number: DE3329133A1
Application number: DE19833329133
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr. 7530 Pforzheim Berthold; Manfred Ing.(grad.) 7547 Wildbad Pfleger
Original assignee: Laboratorium Prof Dr Rudolf Berthold GmbH and Co KG
Current assignee: Laboratorium Prof Dr Rudolf Berthold GmbH and Co KG
Priority date: 1983-08-12
Filing date: 1983-08-12
Publication date: 1985-02-28
Also published as: GB8420512D0; US4704531A; GB2148000B; GB2148000A

Description

Laboratorium Prof. Dr. Berthold, D-7547 Wildbad 1

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Radioaktivität in
Säulen-Eluaten.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchfuhrung des
Verfahrens.

Die Radioaktivität in Säulen-Eluaten kann nach zwei Methoden gemessen werden (Journal of Chromatography 72 (1972) S. 303-309): Entweder in einer mit einem Feststoff szintillator gefüllten Zelle, die vom Eluat durchflossen wird (heterogene Methode), oder durch Zumischen einer Szintillatorflüssigkeit zum Eluat und anschließendes Durchführen des Gemisches durch eine leere Meßzelle (homogene Methode). Letztere Methode, von der die Erfindung ausgeht, muß man bei der Messung von Tritium mit höchster Empfindlichkeit oder im Falle von Kontaminationen auf dem Feststoffszintillator anwenden. Besonders geeignet hierzu sind Meßzellen, bei denen der Schlauch, in dem das Gemisch Szintillatorflüssigkeit-Eluat geführt wird, in Form einer bifilar gewickelten, ebenen Spirale zwischen zwei in Koinzidenz geschalteten Photomultipliem ausgebildet ist.

Beim gattungsgemäßen Verfahren wird ein Teil vom Gesamteluatstrom taktweise abgespalten (analytischer Teilstrom), der dann mit der Szintillatorflüssigkeit vermischt wird, wogegen der andere Teil zum Beispiel in einem Fraktionssammler aufgefangen wird und für weitere Messungen oder Anwendungen zur Verfugung steht. Das Prinzip der taktweisen Abspaltung besteht darin, daß periodisch für eine. ■ Dauer T₁ der Gesamteluatstrom zur Mischung mit der Szintillatorflüssigkeit gelangt (analytischer Teilstrom) und für eine Dauer Ί der Gesamteluatstrom unverändert weitergeleitet wird, zum Beispiel

in den Fraktionssammler. Das Verhältnis der über einen Arbeitszyklus T₁ + T₂ gemittelten Teilstromgeschwindigkeiten ist dann durch das Verhältnis der jeweiligen Zeitdauer T₁ZT₂ der beiden Phasen eines Arbeitszyklus gegeben.

Die Anwendung dieses bekannten Prinzips beim gattungsgemäßen Verfahren bringt jedoch Probleme mit sich: Die zur Zumischung von Flüssigszintillator zum analytischen Teilstrom erforderliche Pumpe fördert normalerweise einen kontinuierlichen Strom, der analytische Teilstrom kommt aber wegen des zeitgetakteten Splittens impulsförmig im Mischer an. Deshalb erfolgt hier keine ausreichende Durchmischung, weil in den kontinuierlichen Szintillatorstrom impulsförmig Pfropfen von Eluat hineingepumpt werden, was zu niedrigen oder nicht reproduzierbaren Zählausbeuten führt.

Ein weiteres Problem besteht auch in der sehr geringen Pumpgeschwindigkeit der Szintillatorpunpe: beispielsweise bei einem typischen Gesamteluatstrom von 1 ml/min und einem Absplitten von 10% als analytischem Teilstrom beträgt dessen mittlere Flußgeschwindigkeit nur noch 0,1 ml/min. Bei einem Mischungsverhältnis Szintillatorflüssigkeit/Eluat von 2:1 mußte die Förderleistung der Szintillatorpunpe 0,2 ml/min betragen; in diesem Bereich arbeiten die meisten Pumpen jedoch nur ungenau.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, bei einem möglichst geringen Verbrauch an Flüssigszintillator hohe und reproduzierbare Meßempfindlichkeiten zu erhalten.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Immer dann und nur dann, wenn während der Dauer T, der ersten Phase des Arbeitszyklus der Gesamteluatstrom den analytischen Teilstrom bildet, wird diesem Szintillatorflüssigkeit zugemischt, wogegen

die Zumischung während der Dauer T_? der anderen Phase des Arbeitszyklus unterbleibt. Während der Dauer T„ befindet sich das System somit in einem Zustand, bei dem das Gemisch von Szintillator und Eluat in der Meßzelle stehen bleibt ("stopped-flow"-Zustand).

Damit wird eine optimale Durchmischung Eluat-Szintillatorflüssigkeit erzielt sowie gleichbleibend hohe Zählausbeuten.

Die Länge T . + T„ eines Arbeitszyklus und das Verhältnis T, /T _ der Phasendauer des Arbeitszyklus können je nach Anwendungsfall individuell eingestellt bzw. gesteuert werden, wie dies weiter unten näher erläutert wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 5 beinhaltet Mittel, die eine synchrone Zumischung der Szintillatorflüssigkeit zum analytischen Teilstrom erlauben.

Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Ausfuhrungsbeispiel wird anhand der Zeichnung erläutert.

In bekannter Weise wird das Eluat mit Hilfe einer Hochdruckpumpe durch eine Trennsäule 10 gepumpt und zunächst durch einen optischen Detektor 11 geleitet. Durch ein 2/3-Wege-Elektroventil 12 wird das Eluat gesplittet und jeweils für vorgegebene Zeitabschnitte (Phasen) innerhalb eines Zyklus einem Fraktionssammler 13 und einem Mischer 15 zugeleitet, eine Szintillatorpumpe 17 saugt aus einem Vorratsbehälter 18 Flüssigszintillator an und führt diese einem 2/3-Wege-Ventil 14 zu. Immer wenn das Ventil 12 in Richtung A offen ist, ist auch das Ventil 14 in Richtung A¹ offen, so daß die beiden Flüssigkeitsströme synchron im Mischer 15 aufeinandertreffen. Die resultierende Mischung aus analytischem Teilstrom und Flüssigszintillator

wird dann durch eine Meßanordnung 16, die sich zwischen zwei Photomultipliern befindet, und anschließend in ein Auffanggefäß geschickt.

Steht Ventil 12 in Stellung B, so daß das Eluat dem Fraktionssanmler 13 zugeführt wird, so steht gleichzeitig Ventil 14 in Stellung B¹ und fuhrt den Szintillatorstrom in den Vorratsbehälter 18 zurück.

Eine Steuerschaltung 19 steuert die beiden Ventile 14 und 16 in der beschriebenen Weise derart, daß nur die Positionskombinationen A- A' und B-B¹ auftreten können. Zur Einstellung bzw. Steuerung der Parameter T . + T_ und T₁ /T _ sind zwei SET-Eingänge symbolisch angedeutet.

Die Einstellung erfolgt in der Regel manuell in Abhängigkeit von dem auszumessenden Eluat. Hierbei ist davon auszugehen, daß die Dauer T₁ + T_? eines Arbeitszyklus einerseits so kurz wie möglich relativ zur Halbwertsbreite der auftretenden Peaks zu wählen-ist, andererseits aber auf die absinkende Lebensdauer oder auch trägheitsbedingte Schaltschwierigkeiten der verwendeten Ventile bei sehr kurzen Dauern T - + T_? bzw. hohen Taktfrequenzen 1/T₁ + T Rücksicht genommen werden muß. In der Praxis vorkommende Werte liegen bei T₁ + T₂ = 1 Sekunde und T₁ /T₂ =1/9.

Wenn eine in der Meßzelle befindliche radioaktive Substanz zur Erzielung besserer statistischer Genauigkeit über längere Zeit ausgemessen werden soll, kann durch eine Unterbrechung bzw. Aufhebung des getakteten Betriebs das Szintillator/Eluat-Gemisch im stoppedflow-Zustand verharren, bei dem der Gesamteluatstrom in den Fraktionssammler 13 geleitet wird und kein Szintillatorstrom zugemischt wird.

Diese Unterbrechung kann durch ein externes Signal beispielsweise eines UV-Monitors (optischer Detektor 11) an die Steuerschaltung 19 oder ein von der gemessenen Radioaktivität abgeleitetes Signal

bewirkt werden, oder auch nach Ablauf einer ersten, fest vorgegebenen Zeitspanne nach Meßbeginn.

Zwischen dem Auftreten dieses Steuersignals und dem Beginn des stoppedflow-Zustandes des Gemischs kann je nach dem Ursprung des Steuersignals eine Verzögerungszeit T^ vorgegeben sein, die beispielsweise bei einem Steuersignal vom UV-Monitor 11 etwa der Zeitdifferenz zwischen dem Erkennen einer Eluatkomponente im UV-Monitor 11 und deren Auftreten in der Meßzelle entspricht.

Die Kückschaltung in den getakteten Betrieb kann entsprechend veranlaßt werden, beispielsweise nach Ablauf einer zweiten, fest vorgegebenen Zeitspanne nach Beginn des stopped-flow-Zustandes oder durch ein weiteres Signal des UV-Monitors 11, welches das Auftreten einer weiteren Eluatkomponente anzeigt.

Die Auswertung dieses weiteren Signals vom UV-Monitor 11 hangt nun davon ab, ob das System wieder auf den Taktbetrieb zurückgeführt werden soll, oder ob die detektierte Eluatkomponente ebenfalls im stopped-flow-Zustand ausgemessen werden soll.

In beiden Fällen wird unmittelbar auf den Taktbetrieb zurückgeschaltet, im zweiten Fall erfolgt dann, wie oben beschrieben, nach Ablauf der Verzögerungszeit %, wieder der Übergang in den stopped-flow-Zustand.

Während der Verzögerungszeit T_v muß die erste Komponente aus der Meßzelle ausgespült sein. Dies ist gegebenenfalls durch eine geeignete Dimensionierung der Meßzelle, des Leitungssystems, oder durch Zwischenschalten eines separaten Spülvorgangs zu erreichen. Dieser Spülvorgang kann durch eine Durchleitung des gesamten Szintillatorstroms durch die Meßzelle für eine Zeit erfolgen, bis zu der der die detektierte Eluatkomponente enthaltende analytische Teilstrom den Mischer 15 erreicht hat.

Bei niedrigen Taktfrequenzen l/T - + T _? kann man auf das Ventil 14 ganz verzichten und stattdessen die Pumpe 17 getaktet an- und abschalten, so daß nur dann Szintillatorflüssigkeit gepumpt wird, wenn das Ventil 12 in Richtung A steht, also das Eluat zum Mischer 15 geleitet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich überall dort einsetzen, wo die Zumischung einer Nachweisflüssigkeit zu einem getaktet abgesplitteten analytischen Teilstrom erfolgen soll; auch hier ist es aus den genannten Gründen vorteilhaft, auch die Nachweisflüssigkeit getaktet zuzugeben.

Leerseite -

Claims

Patentansprüche

'. Verfahren zur Messung der Radioaktivität in Säulen-Eluaten nach der homogenen Methode, bei der ein vom Gesamteluatstrom taktweise abgesplitteter Teil des Eluats (analytischer Teilstrom) mit einer Szintillatorflüssigkeit (Szintillatorstrom) vermischt wird und die Mischung durch eine Meßzelle geleitet wird, wobei bei der taktweisen Abspaltung in einer ersten Phase des Arbeitszyklus der Gesamteluatstrom zur Mischung mit der Szintillatorflüssigkeit gelangt (= analytischer Teilstrom) und in einer zweiten Phase unverändert weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumischung des Szintillatorstroms zum analytischen Teilstrorn synchron mit der ersten Phase erfolgt, in der der Gesamteluatstrom den analytischen Teilstrom bildet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Szintillatorstroms außerhalb der ersten Phase gleich Null ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Szintillatorstroms außerhalb der ersten Phase gleich seiner Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der ersten Phase ist und daß der Szintillatorstrom innerhalb der zweiten Phase in einem Kreislauf geführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die T₁ + T _?) eines Arbeits
manuell festgelegt werden.

Länge (T₁ + T _?) eines Arbeitszyklus und das Phasenverhältnis
5. Verfahren nach Anspruch 1 - Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Steuersignal während der Dauer (T _? ) der zweiten Phase der ge taktete Betrieb unterbrochen oder beendet wird, so

daß das Eluat-Szintillator-Gemisch in der Meßzelle verharrt (stoppedflow-Betrieb), bis gegebenenfalls ein erneutes Steuersignal wieder in den getakteten Betrieb zurückschaltet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale für den stopped-flow-Betrieb aus der Radioaktivitätsmessung des in der Meßzelle befindlichen Eluat-Szintillator-Gemischs abgeleitet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale für den stopped-flow-Betrieb zu fest vorgegebenen Zeiten nach Meßbeginn erzeugt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale für den stopped-flow-Betrieb von einem optischen Detektor (11), bzw. einem UV-Monitor erzeugt werden, der der Trennsäule (10) nachgeschaltet ist.
9. Verfahren zur Messung von Flüssigkeiten, bei dem die Meßwerte aus einem vom gesamten Flüssigkeitsstrom taktweise abgespalteten (analytischen) Teilstrom durch Zugabe einer Nachweisflüssigkeit gewonnen werden, wobei bei der taktweise Abspaltung in einer ersten Phase des Arbeitszyklus¹ der gesamte Flüssigkeitsstrom mit der Nachweisflüssigkeit gemischt wird und in einer zweiten Phase unverändert weitergeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumischung der Nachweisflüssigkeit zum analytischen Teilstrom synchron mit der ersten Phase erfolgt, in der der gesamte Flüssigkeitsstrom den analytischen Teilstrom bildet.
10. Vorrichtung zur Messung der Radioaktivität nach Anspruch 1, mit einem Mischer zur Mischung des analytischen Teilstroms mit dem Szintillatorstrom, dessen erster Eingang mit einem 2/3-Wege-Ventil zur Absplittung des analytischen Teilstromes vom Gesamteluatstrom

verbunden ist und dessen zweiter Eingang der Szintillatorstrom zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung des Szintillatorstroms Mittel zur Steuerung der dem zweiten Mischereingang zugeführten Szintillatorflüssigkeit vorgesehen sind, deren Schaltzustand von der Position des 2/3-Wege-Ventils (12) bestimmt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 2 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel die ein- und ausschaltbare Pumpe (17) für die Szintillatorflüssigkeit ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 3 und Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel ein zweites 2/3-Wege-Ventil (14) ist, dessen Eingang ausgangseitig alternativ mit dem zweiten Mischereingang oder einem eingangseitig angeordneten Vorratsbehälter (18) verbindbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur synchronen Steuerung der Pumpe (17) oder des zweiten 2/3-Wege-Ventils (14) mit dem ersten 2/3-Yfege-Ventil (12) eine separate Steuerschaltung (19) vorgesehen ist, die eine gemeinsame umschaltung bewirkt.