Калий в организме человека и определение его содержания с помощью гамма-спектрометра

Август 1, 2022

Главная
Медицина
Калий в организме человека и определение его содержания с помощью гамма-спектрометра

Содержание

2. . В теле человека с массой 70 кг содержится ~ 140 г калия, т.е. 2 г/кг
3. Распад 40К 89 % β-распад → 40Ca 11 % K-захват → 40Ar Т1/2 = 1.25×109 лет
4. 40К в продуктах питания Суточная норма потребления калия составляет 2 гр/день. Удельная активность калия равна ~
5. Функции калия в организме человека поддерживает функционирование клеточных мембран; регулирует кислотно - щелочное равновесие крови, водный
6. Вид радиоизотопа и его количество можно определить по виду и энергии излучения, испускаемого при распаде радионуклида.
7. Назначение Гамма-спектрометр предназначен для определения состава и измерения активности гамма-излучающих радионуклидов. Сцинтилляционный гамма-спектрометр «МУЛЬТИРАД – гамма»
8. Устройство и работа Назначение прибора заключается в измерении спектра импульсов от детектора, регистрирующего γ-излучение исследуемого образца.
9. Фотоны из синтиллятора NaI(Tl) попадают на фотокатод фотоэлектронного умножителя. При поглощении фотонов фотокатод испускает фотоэлектроны, которые
10. Вид гамма-спектрометра «МУЛЬТИРАД – гамма» 1 – стойка; 2 – цилиндр; 3 – крышка; 4 -
11. При каждом зарегистрированном гамма-кванте происходит добавление +1 в определённый канал ( 0 ÷ 1999) амплитудного анализатора
12. Определение содержания калия в продуктах питания с помощью гамма-спектрометра 1. Измерить энергетический спектр 40К для эталонного
13. Критерии оценки выполнения работы на предпрофэкзамене (из 60 баллов)
15. Скачать презентацию

Слайд 2

.
В теле человека с массой 70 кг содержится ~ 140 г калия,

т.е. 2 г/кг веса. Следовательно, удельная активность тела составляет ~ 62 Бк/кг.

Радиоактивный Калий-40 (40К)

Кроме урана и тория, существуют ещё несколько долгоживущих нуклидов, оставшихся на Земле со времён творения (элементов):
40K (Т1/2 = 1.248×109 лет), 50V, 87Rb, 115In, 123Te, 138La, 176Lu.

Природная смесь изотопов калия содержит:
39К ( 93,08% ), 40К ( 0,0117% ), 41К ( 6,91% );
Удельная активность природного калия равна
~ 31 Бк/г

Слайд 3

Распад 40К
89 % β-распад → 40Ca
11 % K-захват → 40Ar
Т1/2 =

1.25×109 лет
Закон радиоактивного распада
где λ- постоянная распада
λ = ln(2) / T1/2 = 1.8·10-17 c-1

Активность 1 грамма 40K A = N· λ = 2,65⋅105 Бк.

Активность 1 грамма природного калия 31 Бк
т.е. 1 г калия испускает каждую секунду в среднем
27.6 электронов Emax=1.3 МэВ
3.4 γ-кванта Eγ=1.46 МэВ

Слайд 4

40К в продуктах питания
Суточная норма потребления калия составляет 2 гр/день.
Удельная активность калия

равна
~ 31 Бк/г
Из них 88% бета и 11% гамма
Измеряются только гамма-кванты с Eγ=1.46 МэВ , которые слабо поглощаются органическими веществами.
Для калибровки активности используются реперные образцы (с известной концентрацией К)
Далее активность продукта легко пересчитывается в содержание калия в граммах

Удельная активность пищевых продуктов по К-40, Бк/г

Слайд 5

Функции калия в организме человека
поддерживает функционирование клеточных мембран;
регулирует кислотно

- щелочное равновесие крови, водный баланс межклеточной и клеточной жидкости, водно-солевой баланс, осмотическое давление;
принимает участие в передаче нервных импульсов;
активизирует работу некоторых ферментов, углеводный и белковый обмен;
требуется для синтеза белка, преобразования глюкозы в гликоген;
необходим для осуществления выделительной функции почек;
улучшает деятельность кишечника;
поддерживает нормальный уровень кровяного давления, принимает участие в нервной регуляции сердечных сокращений

Слайд 6

Вид радиоизотопа и его количество можно определить по виду и энергии

излучения, испускаемого при распаде радионуклида.
Для регистрации ионизирующих излучений используются следующие основные типы детекторов:
Газовые детекторы – регистрируют заряженные частицы
Сцинтилляционные детекторы - регистрируют гамма-излучение средних и больших энергий
Полупроводниковые детекторы на основе германия и кремния - регистрируют заряженные частицы и гамма-излучение с высоким энергетическим разрешением

Ядерно-физические методы регистрации содержания радиоизотопов

Слайд 7

Назначение
Гамма-спектрометр предназначен для определения состава и измерения активности гамма-излучающих радионуклидов.
Сцинтилляционный гамма-спектрометр «МУЛЬТИРАД

– гамма»

Слайд 8

Устройство и работа
Назначение прибора заключается в измерении спектра импульсов от детектора,

регистрирующего γ-излучение исследуемого образца.
Сцинтилляционный блок детектирования включает в себя:
- сцинтиллятор - кристалл NaI(Tl) – преобразует энергию 1,46 МэВ (40К) поглощённого гамма-кванта в ~ 2000 фотонов с энергией ~ 1,5 эВ (видимый свет);
- фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) - преобразует фотоны в фотоэлектроны, увеличивает их количество в ~ 106 раз и формирует на выходе импульс тока, амплитуда которого пропорциональна энергии гамма-кванта (1,46 МэВ);
- усилитель спектрометрический импульсный (СИУ);
- аналого-цифровой преобразователь (АЦП) – формирует цифровой код сигнала для передачи в ПК;
- система светодиодной стабилизации спектрометрического тракта.

Слайд 9

Фотоны из синтиллятора NaI(Tl) попадают на фотокатод фотоэлектронного умножителя. При поглощении

фотонов фотокатод испускает фотоэлектроны, которые под действием приложенного электрического поля попадают на первый динод, при этом каждый фотоэлектрон приобретает энергию ~ 100 эВ. При поглощении этой энергии в веществе динода из него вылетают несколько (2-5) вторичных электронов, которые направляются к следующему диноду, где происходит их дальнейшее умножение. После вылета из последнего динода электроны собираются на аноде и формируют выходной сигнал.

Слайд 10

Вид гамма-спектрометра «МУЛЬТИРАД – гамма»
1 – стойка; 2 – цилиндр; 3 – крышка;
4

- винт заземления;
5 – шарик;
6 – вставка.
Сосуд
Маринелли с образцом
гамма-детектор

Слайд 11

При каждом зарегистрированном гамма-кванте происходит добавление +1 в определённый канал (

0 ÷ 1999) амплитудного анализатора (ось Х).
Чем выше энергия гамма-кванта, тем больше амплитуда импульса и больше номер канала

Энергетический спектр от калибровочного источника гамма-квантов с энергиями 0,66 МэВ (l37Cs) и 1,46 МэВ (40K)

Окно суммирования

Слайд 12

Определение содержания калия в продуктах питания с помощью гамма-спектрометра
1. Измерить энергетический

спектр 40К для эталонного образца KCl, содержащего МK = 550 гр. калия. Вычислить сумму событий NKCl, зарегистрированных в области пика 1,46 МэВ
2. Измерить энергетический спектр 40К для исследуемого вещества. Вычислить сумму событий NX, зарегистрированных в области пика 1,46 МэВ
3. Измерить энергетический спектр фона (без образца). Вычислить сумму событий NФон, зарегистрированных в области пика 1,46 МэВ
4. Вычислить массу калия МХ в исследуемом веществе:
5. Определить ошибку измерений массы калия

Слайд 13

Калий в организме человека и определение его содержания с помощью гамма-спектрометра

Содержание

.В теле человека с массой 70 кг содержится ~ 140 г калия,

Распад 40К89 % β-распад → 40Ca11 % K-захват → 40ArТ1/2 =

40К в продуктах питанияСуточная норма потребления калия составляет 2 гр/день.Удельная активность калия

Функции калия в организме человека поддерживает функционирование клеточных мембран; регулирует кислотно

Вид радиоизотопа и его количество можно определить по виду и энергии

Устройство и работаНазначение прибора заключается в измерении спектра импульсов от детектора,

Фотоны из синтиллятора NaI(Tl) попадают на фотокатод фотоэлектронного умножителя. При поглощении

Вид гамма-спектрометра «МУЛЬТИРАД – гамма»1 – стойка; 2 – цилиндр; 3 – крышка;4