sobchuk

где Е — энергия, освободившаяся при одном акте распада; k — коэффициент, учитывающий степень поглощения излучения в стенке калориметра.

Метод наиболее перспективен при измерении больших активностей (109—1012 Бк), где использование других методов затруднено из-за больших погрешностей в определении мертвого времени, эффектов наложения импульсов и т. д. Он может обеспечить измерение активности α-излучающих нуклидов с погрешностью 0,2— 0,5%, β-излучающих нуклидов — 0,8—1,5%, γ-излучающих нуклидов— 1—3% . Погрешность определения активности β-излучающих нуклидов в основном определяется погрешностью, с которой установлены значения средней энергии β- частиц.

Электростатический метод основан на измерении электрического заряда, накопленного на изолированном источнике за счет уноса из него заряда противоположного знака α- или β-частицами. Зная заряд, накопленный источником за определенное время, и тип распада, можно определить активность нуклида в источнике.

Выбор того или иного метода должен осуществляться с учетом различных факторов: диапазона измеряемых активностей, особенностей схем распада, физикохимического состояния радиоактивного образца, требуемой точности изм-ий и т.д.

Методы относительных измерений

Абсолютные методы измерений активности и производных от нее величин сложны, поскольку требуют тщательного анализа источников систематической погрешности и способов их устранения или учета. Абсолютные методы реализуются с помощью прецизионных установок, имеющих зачастую уникальный характер и предназначенных для эксплуатации в лабораторных помещениях, отвечающих определенным требованиям. Поэтому абсолютные методы измерений используются лишь в научных исследованиях и в метрологической практике. В последнем случае абсолютные методы, как будет показано ниже, реализуются в эталонных установках.

Во всех других случаях используют методы относительных измерений. Эти методы значительно проще в практической реализации, методика измерения в них не требует анализа и оценки источников погрешности в том объеме, как это требуется для абсолютных методов.

Все методы абсолютных измерений активности можно сделать относительными, если градуировку приборов и установок осуществлять с помощью образцов с известным содержанием радионуклида. В наиболее простом варианте, когда трассировочный образец и исследуемый источник аналогичны по технологии изготовления и конструкции и содержат один и тот же радионуклид, данные средства измерения представляют собой компарирующее устройство,

(образцового источника) соответственно; IХ, I0 — зарегистрированные эффекты за один и тот же промежуток времени от измеряемого и образцового источников соответственно…

70 Измеритель радиоактивности типа КРВП-3АБ. Технические данные.

Радиометр обеспечивает измерение объемной α -активности воды и пищевых продуктов прямым методом при равномерном распределении α -активных веществ по

объему приготовленной пробы в пределах от 3 109 до1 106 .

Радиометр обеспечивает измерение объемной β -активности воды и пищевых продуктов, загрязненных β -активными веществами в пределах:

1)прямым методом от 5 109 до 3 106 Ки/л при измерении активности воды, пищевых продуктов;

2)методом с предварительным обогащением, от 1 1010 до1 108 Ки/л при измерении β - активности воды, загрязнѐнной радионуклидами стронций-90+иттрий-90.

Принцип работы радиометра.

Радиометр КРВП-3 представляет собой установку счета импульсов с блоками детектирования α -излучения и β -излучения, а также блоком обработки, с помощью которого на катионообменные и анионообменные фильтры происходит осаждение β - активных катионов и анионов.

Измерение α - β -активности воды и пищевых продуктов основано на измерении с помощью пересчетного устройства и секундомера числа импульсов, поступающих из блока-детектирования за определенное время. В качестве детектора β -излучения используется низковольтный галогенный счетчик типа СБТ10А, заключенный в свинцовый домик для снижения влияния внешнего гамма-излучения. Для регистрации α-излучения используется сцинтиллятор ФС-4 на основе ZnS (Ag), нанесѐнный на подложку из оргстекла, имеющей оптический контакт с фотоэлектронным умножителем, электрические импульсы с которого через формирующий каскад поступают на вход пересчетного блока. В качестве блока обогащения при измерении

β-активности воды в диапазоне 1 -10 10 - 10 8 Ки/л используется блок обработки. Радиометр КРВП-3 состоит из следующих блоков (рис. 70.1):

1. Блок обработки. 2. Блок детектирования β -излучения. Для измерения β - активности воды и пищевых продуктов. 3. Блок детектирования α -излучения для измерения α -активности воды и пищевых продуктов (входит только в КРВП-3АВ). 4. Пересчѐтный блок, который включает в себя следующие каскады:

1) дискриминатор; 2) усилитель; 3) формирующее устройство; 4) пересчѐтную декаду;5) узел проверки; 6) секундомер;7) блок питания, состоящий из: стабилизированного выпрямителя, 300В, 390В, 450В, -10В, -8В, источника переменного напряжения, 6,3 В, источника пульсирующего напряжения, 40 В.

Импульсы, возникающие в блоке детектирования, по кабелю через дискриминатор и усилитель попадают на формирующий каскад.

В качестве формирующего каскада используется ждущий мультивибратор, обеспечивающий импульс для запуска первого каскада пересчетных декад. Пересчѐтная схема включает в себя 5 пересчетных декад на декатронах ОГ-4 и обеспечивает предельный объем счета 105 импульсов с непосредственной визуальной индикацией числа зарегистрированных импульсов.

Для определения средней скорости счѐта статистически распределенных во времени импульсов пересчетный блок включает в себя часы 59ЧП, синхронно связанные с пуском и остановкой пересчетной схемы.

71 Оптоэлектронный детектор амиака в крови.

Аmmonia Сhecker модели АА4120, прибор для быстрого и лѐгкого измерения концентрации аммиака в крови, который используется совместно с одноразовыми реагентами, в виде химической активной узкой полоски. Для компенсации температурного влияния используется встроенный термосенсор. Инструмент калибруется путѐм введения специальных коэффициентов, записанных на каждой упаковке с реагентом (AIm package) и проверяется при тестировании эталонов, с учѐтом этого система выдаѐт высокоточные результаты. Аmmonia Сhecker сконструирован как измеритель света, отражѐнного от площадки химического реагента, который собирается с помощью сферической оптики. Измеpения производятся в следующем порядке:

-берется кровь на анализ и приготавливается тест.

-нажимается кнопка START и запускается встроенный таймер , который выдает сигнал через 3 мин. 20 сек. (это время необходимо для проявления цветного пятна на реагирующей зоне полоски).

-по истечении этого времени тест помещается в держатель, при этом измеряется интенсивность отражѐнного света, зависящего от концентрации аммония. с помощью микропроцессора значение концентрации индицируется на дисплее.

Он состоит из лампы (lamp), реагента (test strip), интегрирующей сферы, фотодетектора (photodetektor), усилителя (amp), аналого-цифpового преобразователя (A/D conv), датчика температуры (temp.sensor), источника питания (battery), и датчика напряжения батарей питания (power supply clrcullry), микропроцессора

(microccomputer), дисплея (display) и клавиатуры.

При проведении стандартного теста цвет реагента изменяется в зависимости от концентрации аммония в крови при измерении.

Когда свет от лампы (lamp) попадает на поверхность цветного проявителя (test strip), часть его поглощается в слое реагента, а часть отражается.

Отраженный свет раскладывается и усредняется в интегрирующей сфере и затем с помощью фотодетектора (photodetektor) преобразуется в электронный сигнал, усиливается (amp) и поступает через АЦП (A/D conv) в микропроцессор

(microccomputer), где обрабатывается.

Зависимость между уровнем полученного сигнала и концентрацией аммиака положена в основу работы прибора.

72 Потенциометрические методы измерения рН.

Даже самая чистая вода имеет некоторую электрическую проводимость, обусловленную наличием ионов. Эти ионы возникают в результате реакции, именуемой автолротолизом: Н20+Н2О → Н3О+ + ОН-.(1)

Ионное произведение воды Kw, получаемое на основе закона действия масс, позволяет судить о степени развития диссоциации. При активностях ионов а при 25 °С оно составляет Kw=α Н3О+ +αОН.=10-14 (2)

Величина Kw зависит от температуры. Из выражения (2) следует, что

α Н3О+ = αОН.=10-7 (3)

В 1 л самой чистой воды при 25 °С содержится 19 ·10-7 г ионов Н3О+ и 17· 10-7 г ионов ОН-. Такая вода считается нейтральной. В водных растворах нейтральность, характеризуемая равенством (2) , наблюдается лишь в редких случаях. Напротив, равенство (1) в некоторых пределах оказывается справедливым. Реакцию раствора можно характеризовать указанием одной только активности протонов:

a Н3О+ = Kw/ αОН (4)

Реакция раствора характеризуется величиной показателя рН, определенным образом

связанного с активностью протонов. Этот показатель определяется по выражению pH = -lg αН3О+ (5)

Зависимость ионного произведения Kw от температуры приводит к тому, что точка нейтральности смещается с изменением температуры. Например, при 100°С точка нейтральной реакции рН = 6,14 , при 0°С - рН = 7,5. Границы диапазона изменения рН тоже изменяются в зависимости от температуры. При комнатной температуре диапазон изменения рН от 0 до 14, а при 60 °С - от 1 до 15.

Техника измерения водородного показателя рН. Стеклянные электроды для измерения рН. В качестве измерительных электродов в настоящее время применяют преимущественно стеклянные. Они выполнены в виде стержня из стекла с высокой изолирующей способностью, не влияющего на величину рН; на стержень наплавлен тонкостенный баллон из мембранного стекла, чувствительного к ионам Н+. Устройство измерительной цепи со стеклянными электродами показано на рис. 72.1

Схема устройства измерительной цепи, состоящей из стеклянного (измерительного) электрода (I) и электрода сравнения (II): 1 и 4 - стержни электродов; 3 и 5 - системы сравнения; 2 - стеклянная мембрана, заполненная буферным раствором; 6 – диафрагма..

На схеме (рис. 72.2) показаны частные потенциалы ε, появляющиеся на различных границах раздела фаз; только два из этих частных потенциалов (ε2 и ε3) зависят от величины рН.

При заполнении баллона, образованного мембраной 2, буферным раствором с величиной показателя рН, потенциал мембраны ε2, возникающий на ее внутренней поверхности, будет постоянным. Результирующий потенциал измерительной цепи

U = (ε2- ε3) + ε1- ε5, (8)

поэтому он определяется только величиной рН-пробы, соприкасающейся с наружной поверхностью мембраны.

Поскольку различные частные потенциалы (рис. 72.2) недоступны измерению и, следовательно неизвестны, усилитель каждой измерительной цепи должен быть настроен по крайней мере по двум буферным растворам.

Рис. 72.2. Частные потенциалы, составляющие измерительный потенциал цепи со стеклянным электродом (рН-метра): ε1 - внутренний электрод Сравнения; ε2- внутренняя поверхность мембраны; ε3 - наружная поверхность мембраны; ε4 - диффузионный потенциал; ε5- наружный электрод сравнения

При этом один буферный раствор, применяемый для компенсации так называемого потенциала асимметрии измерительной цепи, должен иметь величину рН, близкую к pHi, а второй буферный раствор но величине рН должен отличаться от первого, по крайней мере, на две единицы. С его помощью настраивается крутизна характеристики измерительной цепи, которая представляет собой изменение потенциала измерительной цепи U на один шаг величины рН, т.е. отношение ∆U/∆pH.

Современные мембранные стекла обладают в отличие от применявшихся прежде стекол пренебрежимо малой щелочной ошибкой. Щелочной ошибкой называется искажение результатов измерения, наблюдающееся в щелочной области, с повышением рН в связи с присутствием ионов натрия. Щелочная ошибка занижает значения показателя рН и функционально зависит от рН и концентрации ионов натрия.

При имеющихся в настоящее время сравнительно хорошо проводящих стеклах внутреннее сопротивление прочной стеклянной мембраны при комнатной температуре составляет от 100 до 500 МОм. Оно изменяется в зависимости от температуры по экспоненциальному закону.

Действие стеклянного электрода в значительной степени определяется свойствами внутреннего буферного раствора, который заполняет баллон, образованный мембраной и частью стержня. Значение показателя pHi внутреннего буферного раствора определяет нулевую точку измерительной цепи.

73 Устройство и принцип работы рН-метра.

Работа рНметра (рис 73.1) основана на преобразовании Э.Д.С. электродной системы, состоящей из измерительного 1 и вспомогательного 2 электродов, в постоянный ток, пропорциональный измеряемой величине. Преобразование Э.Д.С. электродной системы в постоянный ток осуществляется высокоомным преобразователем, основанным на автокомпенсационном принципе действия. Преобразователь состоит из усилителя, построенного по схеме МодуляторДемодулятор, измерительного блока, позволяющего подстраиваться под реальную электродную систему, и блока питания. Усилитель состоит из входного преобразователя, усилителя с демодулятором и генератора импульсов. Электродвижущая сила Еx0 электродной системы сравнивается с падением напряжения на сопротивлении R, через которое протекает ток Iвых0 оконечного каскада усилителя. Падение напряжения Uвых0 на сопротивлении R противоположно по знаку электродвижущей силе Еx0 и на вход усилителя подается напряжение:

Uвых0= Еx0 - Uвых0= Еx0 - Iвых0 R .

Напряжение Uвх преобразуется в переменное напряжение, которое затем многократно усиливается и при помощи демодулятора вновь преобразуется в постоянное напряжение. Это напряжение управляет током Iвых оконечного каскада усилителя. При достаточно большом коэффициенте усиления напряжение Uвых мало отличается от Э.Д.С. Ех и, благодаря этому, ток, протекающий через электроды в процессе измерения Э. Д. С., весьма мал. Ток Iвых, протекающий через сопротивление R, пропорционален Э.Д.С. электродной системы, т. е. рН контролируемого раствора.

74. Согласование спектральных приборов по спектральным характеристикам.

Общее правило согласования по спектральным своствам сводится к тому, что спектральные свойства излучателя приемника и среды между ними должны быть по возможности близкими. Поскольку эти свойства неодинаковые то их необходимо сближать:

1.Непосредственным подбором элементов системы по задданому спектральному диапазону прибора.

2.Выделением необходимого интервала длин волн из спектра излучателя.

3.Преобразованием спектра излучения.

Спектральные свойства излучателя и приемника устанавливаются опытным путем. Эти экспериментально полученные характеристики используются при согласовании.

Непосредственный подбор элементов: назначение и условия работы прибора определяют его спектральный диапазон. Предположим какое-то вещество подвергается исследованию и наиболее интенсивно пропускает излучение на λ=1,7- 5мкм. Для обнаружения используются определенные фотоприемники, наибольшая спектральная чувствительность которых соотвествует λ=2,1мкм. Часто прибор должен обеспечивать широкий спектральный диапазон. В этом случае необходимо использовать набор источников и приемников излучения. Для выбора количества приемников анализируются справочные данные. После того как подобрали приемник по справочным данным необходимо оценить коэффициент использования луучистого

получится ряд значений используя который можно построить кривую использования светового потока. Отношение площади между кривой использования потока и осью λ, и между относительной спектральной характеристикой излучателя и осью λ покажет какая доля всего потока воспринимается фотоприемником. Отношение этих двух площадей коэффициент использования лучистого потока (Ки). Интегральная чувствительность приемника Si=Sλmax*Ки

Выделение необходимого интервала длин волн: Для устранения мешающей измерению части спектра излучателя можно использовать светофильтры. Чаще всего светофильтры работают на пропускание, каждый обладает своим коэф-том пропускания. Существует 3 вида фильтров:

1.Полосовые – пропускают определенный узкий интервал длин волн.

2.Длинноволновые фильтры – пропускают излучение с длиной волны больше граничной.

3.Коротковолновые фильтры – пропускают излучение с длиной волны меньше данной.

Если перед приемником светофильтр с коэффициентом η(λ), то тогда спектральная характеристика системы: S’(λ)= S(λ)*η(λ).

Чтобы получить такую характеристику необходимо добавить светофильтр со своей спектральной характеристикой: η(λ)= S’(λ)/ S(λ)

После того как найден коэффициент пропускания подбираем светофильтр используя справочные данные. При слабых оптических сигнлах надо учитывать влияние шумов.

Преобразование спектра: При взаимодействии излучения сос редой переходы электронов возбужденных атомов на уровни с меньшей энергией пораждают вторичное излучение. У возбужденных молекул оно может оказаться сложным и отличным от первичного. В некоторых средах вторичное излучение может быть очень

интенсивным. Такие среды можно использовать для преобразования спектра, которое применяется когда спектр излучателя не соответсвует спектральной характеристике приемника, а излучатель и приемник заданы условиями измерения. Преобразование спектра может потребоваться если нужно УФизлучение преобразовать в видимое (используется люминофор), Расширение спектральной области работы приемника в ИК-область (используют электронно-оптический преобразователь), использование мощных лазеров ( лазер работает на одной длине волны и воздействует на вещество которое будет излучать на другой меньшей длине волны.

75. Согласование спектральных приборов по временным характеристикам.

На фотоприемник часто воздействует последовательность импульсов. Основными параметрами последовательности импульсов потока являются: длительность импульса tи, период повторения (или следования) Tn и величина потока в импульсе Ф’m.

Рассмотрим воздействие последовательности импульсов потока при различных соотношениях между постоянной времени фотоприемника и параметрами последовательности.

1. η>> tи и η>> Tn

В начале действия последовательности импульсов приращение тока больше, чем его уменьшение. По мере возрастания величины Iф спад тока ∆I” увеличивается в то время, как возрастание ∆I’ остается неизменным. Поэтому через время, примерно равное 2,2η, возрастание и убыль тока окажутся одинако-выми. После этого устанавливается среднее значение тока Приравнивая абсолютные значения токов ∆I” и

Колебания фототока относительно среднего значения при большом значении т оказываются очень малыми, а фототок — практически постоянным и равным среднему значению.

Форма потока, падающего на приемник, не воспроизводится в изменениях фототока. Если в параметрах импульсов потока, а также в его форме была отображена какаялибо информация, то она окажется утерянной. Если информация заключена в среднем значении то такой приемник можно использовать для получения нужной информации.

tи, то ему будет соответствовать новое значение фототока. В ряде случаев применяется компенсация инерционности приемника путем введения соответствующей коррекции

2. Когда η>> tи и η<< Tn.

При действии импульса фототок возрастает по закону возрастания I’ф одиночного импульса, а между имульсами снижается по закону I”ф. Это снижение происходит до 0 так как η<< Tn.

Сигнал на входе будет потерян совсем. Форма сигнала на выходе

Инерционный приемник не может быть использован для регистрации одиночных импульсов или импульсов с большой скважностью.

3. η<< tи

Из-за инерционности приемника происходит искажение импульса. Iф0=Si*Ф’

Если информация отображалась в длительности потока, в периоде, в амплитуде полностью сохраняется для фототока. При регистрации одиночного импульса надо применять фотоприемник с малой η.