回到顶部

当前位置: 首页>新闻中心>技术文章
C14放射同位素分析仪,开启精准测量¹⁴CO₂气体分子新时代
发布时间:2024-06-11 来源:本站 浏览量:476

C14同位素即碳-14(Carbon-14),其原子核含有6个质子和8个中子,相对于碳的两种稳定同位素(碳-12和碳-13)而言,碳-14具有放射性。

碳-14的形成主要是由宇宙射线中的中子轰击氮-14原子核,使其转变为碳-14,这一过程称为宇宙射线产生的核反应。

1940年2月,美国科学家卡门与同事鲁宾,在加州大学伯克利实验室的加速器上,用氘核轰打石墨靶获得碳的放射性同位素碳-14,几年后科学家确定碳十四的物理半衰期为5730年,衰变方式为β衰变。

图片

来源:中国同辐

C14的主要应用·穿梭古今的神奇碳元素

01 碳14测年

C14测年方法建立的基础是核物理学。由宇宙射线中子对大气中的氮作用产生C14。生物生长过程中,由于一直处于与大气的交换状态,生物体C14水平与大气C14水平保持一致。一旦生物死亡,脱离了交换状态,其体内C14水平随着时间的流逝因衰变而逐渐降低。通过测定生物体中剩余C14含量,就可获悉生物死亡的年代,这是C14测年的基本原理。

图片

碳14衰变正弦曲线

图片

ESR/U系联合牙齿化石测年技术流程

C14测年方法主要包括常规测年法和加速器质谱测年法。在考古学、地质学中、古生态学等研究中,C14测年迄今仍是一项强大可靠的、广泛适用的技术,对于科学家来说极其宝贵。

图片

碳十四测年的在考古学中的应用 研究实例:二里头遗址

02 标记化合物示踪

用放射性核素C14取代化合物中它的稳定同位素碳12(C12),并以C14作为标记的放射性标记化合物。

80年代初,国际市场上提供的C14标记化合物以及生物学研究中感兴趣的各种化合物近千种。到80年代中期,C14标记化合物已成为探索化学和生命科学微观运动的不可缺少的工具。

图片

C14在检测幽门螺旋杆菌中的应用(网络图片)

C14的标记化合物可用于:

⑴ 研究农作物的光合作用、含碳农药在土壤和农作物中的残留情况等;

⑵ 可用于识别化学反应的中间产物、研究反应动力学和反应途径、研究化学键的形成过程、确定化学键的断裂位置、研究催化剂中毒的原因等;

⑶ 用于诊断疾病(如C14–黄嘌呤可用于检查肝功能、幽门螺旋杆菌检测)和制成低能β放射源;

⑷ 观察标记的蛋白质、脂肪、氨基酸等在体内的代谢过程;

⑸ 观察标记的药物在体内的代谢行径及由体内的排除情况等。

图片

放射性碳(14C)示踪化石源碳排放示意图(来源:地学之家)

C14检测方法对比及选择

01 传统放射性检测仪器

⑴ 液体闪烁计数器(LSC)

使用液体闪烁体(闪烁液)接受射线并转换成荧光光子的放射性计量仪。但是使用的闪烁液可能是有毒的,需要特殊的处理和处置。另外需要将样品转化为可溶解或悬浮在闪烁液中的形式。环境中的本底辐射和仪器本身的本底可能会干扰测量结果。

⑵ 气体正比计数器(GPC)

是一种放射性检测仪器,用于检测和量化放射性样品中发射的粒子,尤其是β粒子。但操作过程中需要特殊的气体处理和监控系统。电场的稳定性对计数器的性能至关重要,环境中的本底辐射和仪器本身的本底可能会干扰测量结果。

⑶ 加速器质谱(AMS)

是一种高度灵敏的分析技术,用于测量极微量的放射性同位素,特别是用于C14的定年。但是AMS系统非常复杂且昂贵,需要专门的设施和维护。操作AMS需要高度专业的技术知识和训练,样品的制备过程可能复杂且耗时。

02 新兴放射性检测技术

光谱法工业在线放射性C14检测

和实验室检测方法以及检测仪器相比,在核工业、环境保护、石油和天然气开采等方面,工业在线放射性检测的有很强的市场需求。例如在核电站、核燃料循环设施、核废物处理设施等需要实时监测放射性物质的泄漏和排放,以确保工作人员和周围环境的安全。

与液体闪烁计数器(LSC)相比,光谱法工业在线放射性C14检测的灵敏度更高、需要的样品量少、检测时间更短以及实时监测能力更强。C14光谱法工业在线检测不依赖于放射性测量,因此不需要特殊的放射性安全措施和许可,光谱法通常能够提供快速的分析结果,适合在线监测和实时分析。

另一项研究中,建立了使用中红外(mid-IR)范围腔衰荡光谱(CRDS)系统的¹⁴CO₂浓度测量系统,用于核电站中C14的监测。该技术以其高灵敏度(约50ppt)和对¹⁴CO₂的高效测量能力,显示出了替代目前核电站中使用的液体闪烁计数(LSC)技术的潜力。

国内首个碳14放射性光谱法检测仪器,是苏州冠德科技参加国家重点研发计划的重要成果,新产品新技术的出现,为更严格和高效的C14管理和监测提供了新的可能性。


C14放射同位素分析仪

图片

Grand¹⁴CO₂为C14同位素分析仪,该仪器是通过腔衰荡光谱测量技术,利用中红外量子级联激光器高品质光学腔实时测量¹⁴CO₂气体分子的光谱信息,可实现对CO₂中的C14浓度进行高灵敏度、高分辨率、高响应速度的实时在线检测。

该仪器无需高真空系统,系统稳定性强,体积小,不仅可在实验室中使用,也可应用在核电站现场、医疗机构等场景,尤其适用于针对核废料检测、核电站附近大气环境监测、地质年代测定、幽门螺旋杆菌诊断等工作。

核心优势

1.可在现场部署,实时在线检测

2.测量灵敏度高,可做到亚 ppb量级精准检测

3.测量速度快,几分钟便可得到¹⁴CO₂浓度值

4.测量范围广,能做到ppt~ppm量级间的测量

5.所需样品气量小,1毫升即可测样

6.可对CO₂气体进行直接检测,给出同位素值

应用领域

存在特定的监测需求时,例如在核工业中监测放射性物质的排放,光谱法工业在线放射性C14检测可能用于以下领域:

核工业:核电站和核燃料循环设施需要监测C14的排放,以确保安全和合规

放射性碳示踪:在环境科学和地质学中,用于进行放射性示踪研究,以追踪放射性同位素在生态系统中的流动

生物医药:在生物医学研究中,C14同位素分析仪用于研究生物体内外的碳循环,以及药物和生物分子在生物体内的代谢和分布

地质环境:研究地质事件和生物地层学,以及评估地质和气候变迁;研究生物地球化学循环,如碳循环和生态系统动态

在上述提到的应用领域中,目前最广泛应用的领域是核工业。核工业包括核电站、核燃料循环设施、核废物处理设施等,这些设施需要实时监测放射性物质的泄漏和排放,以确保工作人员和周围环境的安全。

应用案例

核电站样品检测:在核电站周围的大气环境中存在着一定量的C14同位素分布,对其进行快速精确的测量可以监控核电站周围环境指标是否正常,有无泄漏位置,对确保核电站附近环境的安全起到一定作用。

核电站产生的废料具有较大放射性,对环境及人体都有很大危害,对其进行高精度检测可以监控排放指标情况,避免对周围环境及居民造成危害。以下是使用本仪器对核工业提供的核电站C14样品进行的检测测试结果。

图片

动态浓度稀释已实现亚ppb量级的¹⁴CO₂检测

图片

Allan方差分析, ¹⁴CO₂的最低检测限可到1.2 ppt


© 苏州冠德能源科技有限公司 苏ICP备2023015245号
咨询电话
咨询手机
公众号
Email
截图至相册,微信扫一扫
截图至相册,微信扫一扫