Alpha-Spektroskopie – eine Kunst oder eine Wissenschaft?

Das Rätsel der Alpha-Spektroskopie

Es wurde gesagt, dass die Alpha-Spektroskopie mehr eine Kunst als eine Wissenschaft ist. Alpha-Spektroskopie, eine Kunst, keine Wissenschaft? Das American Heritage^®-Wörterbuch der englischen Sprache definiert Kunst als „Fähigkeit, die durch Studium, Praxis oder Beobachtung erlangt wird: die Kunst des Bäckers; die Kunst des Schmieds“. Radiochemiker können sich dieser Definition zuordnen und würden zugeben, dass „die Kunst des Radiochemikers“ leicht in die Definition eingefügt werden könnte, wenn es sich um die Probenvorbereitung mit Alpha-Spezifikationen handelt. Was ist das Rätsel dabei? Dieser Anwendungshinweis nimmt Sie mit auf eine Reise zur Vereinfachung und Erklärung der Komplexität der Alpha-Spektroskopie, die von Fachleuten als Kunstform und nicht als Wissenschaft bezeichnet wird. Die Absicht dieses Hinweises ist keine vollständige technische Erklärung, sondern einfache und prägnante für komplexe und oft falsch verstandene Theorien im Zusammenhang mit der Alpha-Spektroskopie.

Probenvorbereitung – ist das mehr als nur das Wiegen von Proben?

Beginnen wir mit dem Vergleich der Alpha-Spektroskopie mit der Gammaspektroskopie, einem Feld, das ziemlich einfach und leichter zu verstehen ist. Angenommen, ich habe eine Vor dem Zählen muss ich eine geeignete Probenmenge wiegen, sie in ein Gefäß legen, das einer in meiner Zählsoftware gespeicherten Kalibrierungsdatei entspricht, und sie zählen – einfach, richtig? Okay, obwohl diese Erklärung etwas zu stark vereinfacht ist, beschreibt sie den Gamma-Probenvorbereitungsprozess genau – wiegen Sie sie (oder messen Sie das Volumen) und zählen Sie sie. Was ist, wenn dieselbe Bodenprobe auch die Alpha-Analyse erfordert? Die Vorbereitung der Probe für die Alpha-Spektroskopie-Analyse wird immer schwieriger.

Warum?

Als Ernest Rutherford das Alpha-Teilchen zum ersten Mal identifizierte und benannte, ergaben seine Tests, dass es sich nur um den Kern eines Heliumatoms handelte. Die allgemeine Gleichung für den Alpha-Abfall ist unten dargestellt, wobei P = Elternkern und D = Tochterkern sind. A = Anzahl der Protonen und Neutronen im Kern, während Z die Ordnungszahl oder Anzahl der Protonen ist.

Warum ist das wichtig? Beachten Sie die Ordnungszahl von ²²⁶Ra während des Abfalls. Die Ordnungszahl nimmt aufgrund der +2 Alpha-Ladung um zwei Einheiten ab, was uns einen Grund gibt, ein Alpha-Teilchen als „geladenes Teilchen“ zu bezeichnen. Dies ist ein Schlüsselwort, um uns beim Verständnis des Alpha-Teilchens zu helfen. Geladene Teilchen wie Alpha-Teilchen haben bestimmte und feste Bereiche im Gegensatz zu Photonen, d. h. Gammastrahlen, die keine festen Bereiche haben.

Was hat der Bereich mit dem Zählen von Bodenproben zu tun? In unserem Beispiel kann der Bereich am besten als die Entfernung beschrieben werden, die ein Alpha-Teilchen in der Bodenprobe zurücklegen und „gezählt“ werden kann, bevor es seine gesamte Energie verliert und von unserem Zählinstrument nicht erkannt wird.

Wie weit kann sich ein Alpha-Teilchen bewegen? Die Antwort ist: nicht sehr weit. Aufgrund ihrer begrenzten Reichweite werden Alpha-Teilchen durch die tote Hautschicht auf unserem Körper oder ein einzelnes Blatt Papier vollständig gestoppt; sogar Luft kann sie stoppen. Alle Alpha-Teilchen in der Bodenprobe würden vom Boden selbst gestoppt und von unserem Zählinstrument nie erkannt. Nur die wenigen Alpha-Teilchen auf der Bodenoberfläche konnten nachgewiesen werden. Aus diesem Grund müssen alle Arten von Proben, Böden, Filter, Wasser, Öle, Urin usw. einer Behandlung unterzogen werden, bevor sie von einem Alpha-Spektroskopie-basierten Instrument detektiert werden können. Die drei grundlegenden chemischen Verfahren oder Behandlungen, die Alpha-Proben vor dem Zählen durchlaufen müssen, sind:

• Probenvorbereitung
• Chemische Trennung
• Probenaufnahme

Chemische Verfahren – das Rätsel liegt in

Wir haben bereits ermittelt, dass eine direkte Zählung von Proben für die alpha-spektroskopische Analyse aufgrund des begrenzten Bereichs eines Alpha-Teilchens nicht möglich ist. Diese Tatsache basiert ausschließlich auf physikalischen Prinzipien und ist recht leicht zu verstehen. Unser erstes Thema, die Probenvorbereitung, die Physik mit etwas Chemie vermischt. Jetzt können Sie auch noch verschiedene Arten von Probenmatrizen wie Böden, Wasser und Filter mischen und es wird noch verworrener. Hier steigen die meisten Physiker aus und hier liegt ein Großteil der Geheimnisse um die Alpha-Spezifikation verborgen. Lassen Sie uns das vereinfachen.

Probenvorbereitung

Die Probenvorbereitung ist in der Regel für jeden Typ von Probenmatrix unterschiedlich. Wasserproben werden beispielsweise in der Regel einer Mitfällungstechnik unterzogen, die alle Actinide (die alpha-emittierenden Elemente wie Thorium, Uran, Neptunium, Plutonium und Americium, um nur einige der gut bekannten zu nennen) in der Probe vorkonzentriert. Bodenproben erfordern in der Regel eine strengere Technik, die als Fusion bezeichnet wird. Manchmal ist nur eine Auslaugungstechnik erforderlich. Alle Probenvorbereitungen sind jedoch für eines ausgelegt: Entfernen Sie so viele Verunreinigungen wie möglich aus der Probe und wandeln Sie sie in der Regel in eine gesäuerte Flüssigkeit um, die für nachfolgende chemische Verfahren geeignet ist. Diese Verfahren umfassen eine chemische Trennung und Aufnahme der Probe, die häufig als unbekannt bezeichnet wird.

Hinweis: Ab diesem Punkt bezeichnen wir die „Probe“ aus Gründen der Übersichtlichkeit als „unbekannt“.

Chemische Trennung

Es gibt zahlreiche Methoden und Produkte für chemische Trennungen. Aber bevor wir diese diskutieren fragen Sie vielleicht, warum wir sie chemisch trennen müssen? Am Besten beschreiben wir das mit einem Beispiel.

Angenommen, wir haben einen Unbekannten, der eine Analyse für ²⁴¹Am und ²³⁸Pu erfordert. 241Am hat eine Energie von 5486 keV (Hauptpeak) und ²³⁸Pu hat eine Energie von 5499 keV (Hauptpeak) – ein Abstand von 13 keV. Diejenigen von Ihnen, die mit Gamma-Spezifikationen vertraut sind, sagen wahrscheinlich: „Was ist das Problem? “ Das Problem mit der Alpha-Spezifikation ist eine Einschränkung der Detektortechnologie. Die passivierten, implantierten planaren Siliziumdetektoren (PIPS^®) sind die fortschrittlichsten Produkte der Halbleitertechnologie für die Zählung von Alpha-Spezifikationen. Das superdünne Fenster ermöglicht eine optimale Auflösung in den Nahabständen, die für eine hocheffiziente Alpha-Zählung erforderlich sind, aber es gibt immer noch eine Grenze. Die besten heute verfügbaren Alpha-Detektoren können nur Peaks mit einem Abstand von mehr als 17 keV auflösen (zwischen ihnen unterscheiden), unter idealen Zählbedingungen und mit einer kommerziell vorbereiteten Quelle. In unserem Beispiel für ²⁴¹Am und ²³⁸Pu beträgt der Unterschied 13 keV, daher ist eine chemische Trennung erforderlich.

Wie funktioniert die chemische Trennung? Technisch hängt es von der Art der Trennung ab – Mitfällung, Flüssig-Flüssig-Extraktion, Ionenaustausch oder Extraktionschromatographie oder eine Kombination davon. Wir haben jedoch gesagt, dass wir nicht so technisch wären, daher ist hier eine vereinfachte Ansicht. Wenn wir ein Unbekanntes auf Plutonium-Isotope – 238, 239/240 – analysieren müssen, sollten wir eine Methode durchführen, die zur Entfernung aller störenden radioaktiven Isotope optimiert ist, die unsere Spektralanalyse negativ beeinflussen könnten. Einer davon ist ²⁴¹Am. Unsere chemische Trennung muss auch alle anderen anorganischen oder organischen Stoffe entfernen, die die Chemie unserer Methode stören könnten. Die chemische Trennung konzentriert und reinigt unsere Probe für das oder die Elemente, die wir messen müssen.

Probenaufnahme

Jetzt, wo wir eine vorbereitete Probe haben, die konzentriert und gereinigt ist und in geeigneter Form vorliegt sind wir bereit, die Probe vor dem Zählen zu montieren. Unser Ziel bei der Probenmontage ist es, die bestmögliche Auflösung zu erhalten. Dazu muss Ablagerung der Nuklide in der Probe dünn, flach und gleichmäßig sein. Erinnern Sie sich an früher, als wir die Alpha-Teilchenbereiche besprochen haben? Dies ist eine wichtige Information bei der Diskussion von Probenmontagetechniken. Wenn die Probe „dick“ ist, d. h. jede Art von Fremdstoffen auf der Oberfläche, tritt die Dämpfung des Alpha-Teilchens auf, was zu Zählverlust und schlechter Peakform führt. Denken Sie daran: dünn, gleichmäßig und stabil.

Es gibt mehrere Methoden für die Probenmontage Die Elektroabscheidung ergibt die besten Probenhalterungen für die Alpha-Spektroskopie. Ein Beispiel ist oben auf einer Edelstahlscheibe montiert gezeigt. Sein größter Nachteil ist die für jede Da eine Platinanode verwendet werden muss, ist sie für die meisten Labore auch teuer. Die am häufigsten verwendete Methode ist die Fällung der interessierenden Nuklide mit einem Selten-Erdelement-Träger wie Neodym. Diese Methode hat sich als erfolgreich, schnell, kostengünstig und reproduzierbar erwiesen.

Qualitätssicherungsproben

Wie Sie deutlich sehen können, beinhalten die Probenvorbereitung, die chemische Trennung und die Probenmontage viele Schritte, die während des gesamten Prozesses zu potenziellen Fehlern führen. Wie können wir sicher sein, dass wir hochwertige Ergebnisse liefern? Die Antwort sind Qualitätssicherungsproben (QA-Proben). QA-Proben müssen vorbereitet und denselben Schritten wie die unbekannten Proben unterzogen werden. Die Qualitätssicherungsproben sagen uns, ob wir die chemischen Verfahren richtig durchgeführt haben und ob unsere Ergebnisse alle Leistungsanforderungen erfüllen. Diese Gruppierung von unbekannten Proben und Qualitätssicherungsproben wird als „Charge“ bezeichnet.

Es gibt vier grundlegende Arten von Qualitätssicherungsproben (QA), die zur Überwachung der Qualität der Probenvorbereitung mit Alpha-Spezifikationen verwendet werden:

• Rohling oder Tracer-Rohling
• Laborsteuerung
• Matrix-Duplikat
• Matrix-Spike

Da ein Großteil der Arbeit für die Alpha-Spektroskopie clientgesteuert ist und jeder Kunde die für die Datenvalidierung erforderliche Qualitätskontrolle angibt, benötigt der Radiochemiker bei der Erstellung einer Charge Flexibilität. Normalerweise besteht eine „Charge“ aus nicht mehr als 20 unbekannten Proben und einer oder mehreren Qualitätssicherungsproben. Definitionsgemäß hat eine „Charge“ von Proben in der Regel dieselbe Probenmatrix, wie z. B. Boden und wird in der Regel für die Analyse eines einzelnen interessierenden Elements wie Uran vorbereitet. Wie in Abbildung 1 dargestellt, ermöglicht sie dem Radiochemiker beispielsweise mit der Mirion Apex-Alpha™-Software die Anzahl der Unbekannten auszuwählen, die Probenmatrix auszuwählen und bei der Erstellung einer Charge eine oder mehrere Arten von Qualitätssicherungsproben aufzunehmen.

Methode Rohlinge und Tracer-Rohlinge – zum Spike oder nicht zum Spike?

Die Methode Rohlinge und Tracer-Rohlinge sind die am einfachsten zu verstehenden QA-Proben. Ein Methodenrohling ist leer. Er ist eine Probe, von der bekannt ist, dass sie frei von radioaktiven Elementen ist. De-ionisiertes Wasser ist die typische Wahl. Warum benötigen Sie diese? Da wir es mit Radioaktivität zu tun haben, müssen wir sicherstellen, dass wir keine Radioaktivität bzw. Kontamination im Labor verbreiten. So einfach ist das. Der Methoden-Rohling sagt uns, ob unsere Glaswaren, chemischen Reagenzien oder anderen Labormaterialien und Geräte während des Vorbereitungsprozesses kontaminiert wurden. Sie kann uns auch sagen, ob wir über die gute Laborpraxis (GLP) verfügen. Mit anderen Worten, sie kann uns sagen, ob unser Glasgeräte sauber und Reagenzien nicht kontaminiert sind usw. Wenn der Methoden-Rohling eine Kontamination aufweist, müssen wir davon ausgehen, dass unsere unbekannten Proben möglicherweise auch kontaminiert sind. Ein „kontaminierter“ Rohling verlangt in der Regel, die gesamte Probencharge neu zu verarbeiten.

Okay, das sorgt sich um die Methoden-Rohlinge, aber was ist mit den Tracer-Rohlingen? Tracer-Rohlinge werden auch als Reagenz-Rohlinge bezeichnet. Der Tracer-Rohling ähnelt dem Methoden-Rohling, da es sich in der Regel um de-ionisiertes Wasser handelt, aber der Radiochemiker fügt der Probe ein radioaktives Tracer-Isotop hinzu. Ein wenig verwirrend, da wir gerade gelernt haben, dass ein Methoden-Rohling zur Bestimmung einer Kontamination verwendet wurde. Jetzt fügen wir einem Rohling Radioaktivität hinzu? Verwirrend? Nicht wirklich. Das Verständnis eines Tracer-Isotops, normalerweise nur Tracer genannt, und die Gründe für die Verwendung helfen dabei.

Tracer – ansonsten als Sanity-Checks bekannt

Unser Ziel ist es, letztendlich zu messen, wie viel und welche Art von Alpha-Teilchen in unseren unbekannten Proben sind. Da wir mit einem Unbekannten beginnen, benötigen wir eine Marker- oder Sauberkeitsprüfung, um festzustellen, ob wir bei der Identifizierung von Isotopen auf dem richtigen Weg sind. Der Tracer ist hierfür ein gutes Werkzeug. Der Radiochemiker wählt einen Tracer für ein zu analysierendes Element wie Plutonium aus, aber kein Isotop, das im Unbekannten zu finden sein soll. Wenn unsere interessierenden Isotope (was wir identifizieren und messen wollen) beispielsweise ²³⁸Pu und ²³⁹Pu sind, können wir ²³⁶Pu als Tracer wählen. Eine bekannte Menge von ²³⁶Pu würde dann allen Unbekannten und QA-Proben der Charge hinzugefügt werden. ²³⁶Pu verhalten sich chemisch genauso wie unsere interessierenden Isotope ²³⁸Pu und ²³⁹Pu. Daher kann eine chemische Ausbeute oder Rückgewinnung für jede unbekannte und QA-Probe auf Grundlage des Verhältnisses der bekannten Menge an Tracer und der gemessenen Menge an Tracer die wir mit unseren Instrumenten gezählt haben berechnet werden. '

Jetzt zurück zum Tracer-Rohling. Ein Tracer-Rohling enthält de-ionisiertes Wasser und eine bekannte Menge eines radioaktiven Isotops, das in den unbekannten Proben nicht erwartet ist. Was sagt uns die Analyse des Wenn wir unserem ^Tracer-Rohling Eine der Informationen, die wir vom Tracer-Rohling erhalten, ist Leistung unserer Methoden ohne Störungen durch die Probenmatrix. Es gibt auch eine zweite und wichtigere Verwendung für den Tracer-Rohling. Immer wenn eine radioaktive Komponente in eine Probe eingeführt wird gibt es ein Interferenzrisiko. Einige Tracer-Isotope können aufgrund des natürlichen Zerfallsprozesses in den Isotopen Interferenzen verursachen. Das Tracer-Rohlingsspektrum zeigt diese Interferenz bei der Analyse an. Da wir auch unseren unbekannten Proben Tracer hinzufügen, können wir davon ausgehen, dass die im Tracer-Rohling detektierte Interferenz der Interferenz in den unbekannten Proben entspricht. Basierend auf diesen Informationen wird der Tracer-Rohling mit seiner Interferenz von den unbekannten Probenspektren subtrahiert. Die Apex-Alpha-Software verwendet die folgende Gleichung, um jede mögliche Interferenz zu subtrahieren.

Nettoprobenzählungen = (S – _SB) – (T – T_B)
S = Probenzählungen
S_B = Probenkammer-Hintergrundzählungen
T = Tracer-Rohlingszählungen
T_B = Tracer-Rohlingskammer-Hintergrundzählungen

Mit diesem Algorithmus kann der Tracer-Rohling in einer anderen Kammer als die Probe gezählt werden, aber die Hintergründe für jedes dieser Spektren stammen aus denselben Kammern, in denen Rohling und Probe gezählt wurden. Die Zählungen werden auf der Grundlage des Tracer-Peakbereichs im Probenspektrum und im Tracer-Rohlingsspektrum normiert, wenn nicht identische Tracer-Mengen in jeder Probe vorhanden sind.

Im Allgemeinen wählen Radiochemiker entweder den Rohling oder den Tracer-Rohling aus, basierend auf der in der spezifischen Methode verwendeten Tracer-Lösung oder gemäß dem Wunsch ihres Kunden. Es gibt einige Elemente wie ²³⁷Np, die keine alpha-emittierende Tracer-Wahl aufweisen. In diesen Fällen muss zur Berechnung einer Wiederherstellung ein externer Faktor verwendet werden. Die Apex-Alpha-Software ermöglicht einen externen Wiederherstellungsfaktor für jede unbekannte Probe wie in Abbildung 2 dargestellt.

Laborkontrollproben (LCS) – Auf die Genauigkeit kommt es an

Stellen Sie sich die Laborkontrollprobe als Test vor. Ein Test ist eine kritische Untersuchung, Beobachtung oder Bewertung. Einfach gesagt sagt Ihnen ein LCS, ob Sie alle für die Alpha-Spektroskopie erforderlichen Chemieschritte bestanden oder nicht bestanden haben. Was ist ein LCS? Es ist eine Probe, die de-ionisiertes Wasser, eine bekannte Menge Tracer und eine bekannte Menge der interessierenden Isotope enthält. Wenn unsere interessierenden Isotope ²³⁸Pu und ²³⁹Pu sind, wird eine bekannte Menge eines oder beider dieser Isotope dem LCS hinzugefügt, zusammen mit derselben ²³⁶Pu-Tracer-Lösung, die wir zuvor besprochen haben. Das LCS wird als die „perfekte“ Probe angesehen, da es de-ionisiertes Wasser verwendet und jede mögliche Matrixinterferenz eliminiert wird. Wenn jeder Probenvorbereitungsschritt richtig durchgeführt wird, sollte das LCS im Idealfall eine 100 %ige Wiederherstellung anzeigen. Wenn unser LCS ungenaue Ergebnisse zeigt, müssen wir davon ausgehen, dass unsere Chemiemethoden aus irgendeinem Grund fehlgeschlagen sind. Dieser Fehler kann durch einen Analystenfehler, einen Methodenfehler oder eine Kombination aus beiden verursacht werden. Ein schlechtes LCS-Ergebnis sollte eine Untersuchung zur Bestimmung der Fehlerursache einleiten. Da Laborkontrollproben die umfassendste Methode zur Überprüfung der Genauigkeit einer Methode sind, ist die Verfolgung ihrer Leistung im Laufe der Zeit ein unschätzbares Werkzeug für den Radiochemiker. Die Apex-Alpha-Software kann Qualitätskontrolldiagramme für alle in der Software definierten Verfahren speichern und anzeigen. Eine Beispiel-Steuergrafik für eine ²³⁸Pu LCS-Serie ist in Abbildung 3 dargestellt. Das Beispiel zeigt die Ergebnisse, die man von einem ordnungsgemäß geführten Labor erwarten kann – Wiederherstellungen nahe 1 (oder 100 %, aber nicht überschreiten).

Die Speicherung und Verfolgung von LCS-Daten im Laufe der Zeit unterstützt die Untersuchung des Radiochemikers bei der Bestimmung der Grundursache eines Genauigkeitsfehlers. Wie zuvor angegeben, könnte der Fehler auf etwas so Einfachem wie einem neuen Techniker im Labor oder einer schlechten Menge Reagenzien beruhen. Wenn die Grafik jedoch einen Trend zu den erwarteten Daten zeigt, ist es an der Zeit, die Laborprozesse detaillierter zu überprüfen, um die Analysen wieder auf den richtigen Weg zu bringen.

Matrix-Duplikat-Proben – genau und wichtig

Als ob die Genauigkeit nicht ausreichen würde; wir müssen auch präzise sein! Die Matrix-Duplikat-Probe, normalerweise als Duplikat oder Dupel bezeichnet, gibt dem Radiochemiker einige wichtige Informationen über die Charge. Im Grunde ist das Duplikat eine „Kopie“ einer der unbekannten Proben. Wenn das Labor eine Flasche einer unbekannten Wasserprobe erhält, entfernt der Radiochemiker zwei Probenaliquots aus der Flasche, etikettiert sie entsprechend und analysiert sie auf identische Weise, um die Matrix-Duplikat-Analyse durchzuführen. Die Ergebnisse für die beiden Proben sollten gleich oder innerhalb angemessener Unsicherheitsränder sein. Wenn die Ergebnisse nicht günstig sind, können wir

Da die Genauigkeit eine statistisch basierte Berechnung ist und Statistiker Mathe lieben, gibt es mehrere Möglichkeiten, die Genauigkeit der Ergebnisse unserer doppelten Proben zu berechnen und zu analysieren. Der Radiochemiker kann aufgrund der verschiedenen spezifischen Anforderungen des Kunden zahlreichen Präzisionsberechnungsanforderungen gegenüberstehen. Die Anforderungen basieren in der Regel auf einem oder mehreren der folgenden Kriterien: Vergleich mit historischen Daten aus denselben Probenarten, Datenprüferpräferenz des Kunden oder Datensatzkonsistenz für ein bestimmtes Projekt.

Die Apex-Alpha-Software vereinfacht dieses „Statistik“-Problem, indem sie dem Radiochemiker die Flexibilität bietet, eine der drei beliebtesten Arten von Duplikat-Gleichungen (RPD, RER oder NAD) für jede Probencharge auszuwählen. Der Batch-Erstellungs-Bildschirm in Abbildung 4 zeigt, wie eine Gleichung für eine bestimmte Charge ausgewählt wird, wenn gewünscht.

Von den drei Arten von Duplikat-Gleichungen ist die relative Prozentdifferenz (RPD) die einfachste und die am häufigsten verwendete Sie berechnet eine Prozentdifferenz zwischen den beiden Probenergebnissen. In der Regel legen Labore Obergrenzen auf der Grundlage von Probenmatrizen fest. Für Wasserproben kann beispielsweise ein 5 % RPD für eine Charge akzeptabel sein. Für die komplizierteren Bodenproben könnte ein 10 % RPD akzeptabel sein. Die Gleichung ist wie folgt:

RPD = ( | S - D

S = Probenergebnis
D = Duplikat-Ergebnis

Das relative Fehlerverhältnis (RER), manchmal als Duplikat-Fehlerverhältnis (DER) bezeichnet, berücksichtigt die Unsicherheiten sowohl der unbekannten als auch der doppelten Probe in die Gleichung. Denken Sie daran, was wir über Statistiker gesagt haben – sie lieben Mathe. Das gewünschte Ergebnis für den RER nähert sich 1. Die Gleichung befindet sich unten.

RER oder DER = ( | S - D | ) ÷ ( 2σ_s + 2σ_d )

S =
Probenergebni_s
D= Duplikatergebnis
σs = Probenunsicherheit σs = Duplikatunsicherheit

Normalisierte Absolute Difference (NAD) ist ähnlich dem RER und die Gleichung finden Sie unten. Wie Sie sehen können, werden die Unsicherheiten in den beiden Gleichungen etwas anders behandelt.

NAD = ( | S - D | ) ÷ ( √ σ_s² + σ_d²

S =
Probenergebni_s
D
=

In der Zusammenfassung werden die Duplikat-Berechnungen zur Bestimmung der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse verwendet. Jede Gleichung bietet dem Datenprüfer eine einzigartige Möglichkeit zum Vergleichen und Kontrasten von Datensätzen.

Matrix-Spike – ähnlich einer Laborkontrollprobe

Der Matrix-Spike, normalerweise als Spike bezeichnet, ist dasselbe wie ein LCS. Anstelle von de-ionisiertem Wasser wird jedoch ein unbekanntes Probenaliquot verwendet. Einfach ausgedrückt zeigt das Spike-Ergebnis an, ob die Methode für ein bestimmtes Element und Matrixkombination eine Vorspannung aufweist. Beispielsweise kann dieselbe Uranchemie-Trennmethode sowohl für Wasserproben als auch Uranproben im Labor verwendet werden. Dies scheint vernünftig zu sein, da sie beide Flüssigkeiten sind. Was ist, wenn die Spike-Probenausbeuten aus den Wasserproben immer größer sind als die Erträge für Urinproben? Ist meine Methode fehlerhaft? Hat der Analyst einen Fehler gemacht? Hier zahlt sich ein gutes Qualitätskontrollprogramm aus. Die Laborkontrollprobenausbeute aus der Charge sollte mit der Matrix-Spike-Probenausbeute verglichen werden. Wenn das LCS akzeptabel ist, die Matrix-Spike-Ausbeute aber nicht, können wir davon ausgehen, dass die Urinmatrix eine Art von Interferenz eingeführt hat. Zusätzlich zu unserer Analyse können historische Daten verwendet werden, um zu zeigen, dass eine Urinmatrix routinemäßig geringere Erträge als Wasser liefert.

Die Apex-Alpha-Software stattet den Radiochemiker mit Werkzeugen zum einfachen Abruf historischer QA-Daten zum Vergleich aus. Der QA-Datenauswahl-Bildschirm ist in Abbildung 5 dargestellt. Ein Paar Datendiagramme von Matrix-Spikes für ein Element (232U) in zwei Matrizen (Wasser und Urin) können in Abbildung 6 gesehen werden. Die Daten zeigen in der Tat einen Wiedergewinnungstrend für Wasserproben von etwa 98 % gegenüber einer Wiedergewinnung in Urinproben von etwa 91 %.

Das Matrix-Spike-Ergebnis ist nur eine weitere wertvolle Information, die der Radiochemiker zur Bestimmung der Qualität der Ergebnisse verwenden kann. Sie kann auch zur Festlegung der Erwartungen für die Erträge mit verschiedenen Matrizen auf der Grundlage historischer Daten verwendet werden.

Ein letztes Wort zur Chemie

In der Welt der Gamma-Spezifikationen ist unser grundlegendstes Anliegen bei der Erzielung hochwertiger Ergebnisse die richtige Kalibrierung des Detektors und der Elektronik. Obwohl dies in der Alpha-Spezifikation ebenso wichtig ist, sind die wichtigsten Faktoren zur Erzielung hochwertiger Ergebnisse die richtige Probenvorbereitung, reproduzierbare radiochemische Trennung sowie Montagetechniken, die dünne, einheitliche Proben produzieren. Mehr als jeder andere Faktor bestimmt die Chemie die Qualität des Ergebnisses. Da diese Chemiemethoden Hunderte von Einzelschritten von zahlreichen Analysten im Labor erfordern, werden Alpha-Spektroskopie-Daten in der Regel von Datenprüfern viel stärker untersucht als die meisten anderen vom Labor generierten Daten. Diese Prüfung erfordert die Verwendung der verschiedenen Arten von Qualitätssicherungsproben, die wir besprochen haben. Auch wenn sie zeitaufwendig und teuer in der Vorbereitung sein können, sind sie zur Validierung der Alpha-Spektroskopie-Ergebnisse unbedingt erforderlich.

Jenseits der Chemie – Die Datenprüfung

Im Allgemeinen führen die meisten Labore einen rigorosen und strengen Peer-Review-Prozess der Daten durch, bevor diese an den Kunden freigegeben werden. Meistens wird dieser Peer-Review-Prozess manuell unter Verwendung eines Deckblatts manuell vollzogen, welches dem zu überprüfenden Datensatz beigefügt wird. Die Canberra Apex-Alpha-Software eliminiert die manuelle Papierspur und bietet einen elektronischen Peer-Review-Prozess, der von der Software durchgesetzt werden kann. Probenergebnisse können nur genehmigt werden, wenn die benutzerdefinierte Peer-Review-Stufe erfüllt wurde, was das Potenzial der Freigabe falscher Daten reduziert. Abbildung 7 zeigt den Datenüberprüfungs-Einrichtungsbildschirm für Apex-Alpha.

Obwohl der Peer-Review-Prozess die meisten eklatanten Fehler aufdeckt, unterziehen die Kunden die Daten ihrem eigenen Datenverifizierungs- und Validierungsprozess (V&V). Wenn Fragen auftreten, muss das Labor schnell und effizient reagieren, um die Laborakkreditierung sicherzustellen. Oft bedeutet dies das Abrufen großer Mengen historischer Daten, um ein mögliches Problem zu untersuchen. Diese Aufgabe ist in der Regel für die meisten Labore sehr aufwendig. Die Apex-Alpha-Software entlastet die Arbeit, indem sie es dem Analysten ermöglicht, alle Ergebnisse und die im System gezählten Spektren schnell und effizient abzurufen, wie auf dem Datenüberprüfungs-Suchbildschirm in Abbildung 8 zu sehen ist.

Unabhängig davon, ob eine gesamte Charge oder ein einzelnes Probenergebnis erforderlich ist, kann Apex-Alpha die Ergebnisse in Sekunden statt in Stunden oder sogar Tagen lokalisieren. Nachdem das Probenergebnis gefunden wurde, beginnt die Untersuchung. Es kann zahlreiche Gründe für ein fragwürdiges Ergebnis geben. Die falsche Platzierung der Region of Interest (ROI)-Marker ist jedoch einer der häufigsten Fehler bei der Alpha-Spektroskopie-Analyse. Der Grund dafür basiert auf einem Prinzip, das wir zuvor erkannt haben: Das Alpha-Teilchen wird stark abgebremst. Dieses Dämpfungspotenzial verursacht folglich einen „Low-Tail“ auf der niederenergetischen Seite des Alpha-Peaks. Dieses Tailing kann durch viele Faktoren während der Vorbereitungsphase verursacht werden. Nur extreme Dämpfungsfälle erfordern eine „Re-Analyse“ (eine zweite Vorbereitung, Trennung und Montage) der Probe. In den meisten Fällen ist lediglich eine Anpassung der ROI-Marker erforderlich.

Die Apex-Alpha-Software wurde speziell für diese Aktion entwickelt. Beachten sie in Abbildung 9 die umfassenden Schiebereglersteuerungen „Alle ROIs“ und „Nur linken Marker verschieben“ sowie andere ROI-Steuertasten, die dem Analysten zur Verfügung stehen. Der ROI-Shift „Short Cuts“ kann zur Einstellung aller ROIs in einem Spektrum auf die gleiche Weise verwendet werden oder jeder ROI kann nach dem Ermessen des Prüfers separat eingestellt werden. Im Beispiel müssen die linken ROI-Marker etwas nach links verschoben werden, um alle Zählungen für die Peaks zu einzuschließen.

Cradle to Grave – mehr Wissenschaft als Kunst

Die meisten Menschen haben den Ausdruck „cradle to grave“ (von der Wiege bis zur Bahre) gehört, wenn sie sich auf den Datenvalidierungs- und Verifizierungsprozess beziehen. Die Geburt einer Probe beginnt mit der Probenentnahme, und der Tod tritt auf, wenn der Kunde das Probenergebnis genehmigt und akzeptiert. Der V&V-Prozess umfasst den Nachweis, dass die Ergebnisse während der gesamten Reise genau sind. Wie wir gesehen haben, ist der Zeitraum zwischen der Wiege und dem Grab eine sehr lange Reise für die Alpha-Probe (und auch für den Alpha-Spektroskopen). Obwohl der V&V-Prozess nicht nur für die Alpha-Spezifikation geeignet ist, erfordern die Natur des Alpha-Teilchens und die damit verbundene komplexe Chemie einen rigorosen V&V-Prozess. Daher sollten wir mittlerweile in der Lage sein zu verstehen, dass es einen wissenschaftlich basierten Grund für all die geheimnisvollen und oft falsch verstandenen Chemiemethoden und QA-Anforderungen rund um die Alpha-Spezifikation gibt. Alpha-Spektroskopie – sie ist doch nicht so geheimnisvoll. Mehr Wissenschaft als Kunst? Sie werden zugeben, dass es sich um ein wenig von beiden handelt.

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