2. 郑州沃特测试技术有限公司
国际辐射单位和测量委员会(ICRU)建议把化学法、量热法和电商法作为吸收剂量测定标准方法。硫酸亚铁剂量计(Fricke剂量计)已有50多年历史, 人们对它进行了大量研究工作[1], 包括重铬酸银剂量计, 都不能方便有效的应用在日常剂量测量中。辐射剂量学是国防建设和发展国民经济重要的有效的质量控制手段, 然而辐射剂量学在我国是一个新兴的专业领域, 几乎全部测量方法都是在国外首次建立, 成熟后由国际行业机构介绍国内, 研究出适用的、简单快速较为准确可靠的剂量测量体系, 进行具有自主知识产权的辐射计量学开创性研究, 是我国辐射剂量学工作者所面对的一项长远和现实任务[2]。随着我国改革开放不断发展, 一些新技术方法在各行各业出现, 印染行业的废水采用辐射技术获得较好效果, 由此提示我们进行这方面辐射剂量学可行性研究, 为此我们利用新型的三基色色度测量原理技术尝试对一种常用的化工染料弱酸性艳红B(Tracid Brilliant Red B)进行了基于辐射脱色现象的辐射剂量学方面初步探索。
1 材料与方法 1.1 试剂及仪器超纯水, Milli-Q Acdemic基础应用型超纯水机, Millipore公司, 美国; 电子分析天平, GB204型, METTLER TOLEDO, 瑞典; 三基色色度测量仪器, 郑州沃特测试技术有限公司提供。弱酸性艳红B, CAS号:6416-66-6, 由国药集团上海化学试剂有限公司提供, 其结构式如下:
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图 1 弱酸性艳红及结构式 |
辐照钴源, 第二军医大学海医系辐照中心, 照射剂量率约为20Gy/min。
1.3 实验步驟按照实验设计用电子分析天平称取不同质量弱酸性艳红B, 准备去离子蒸馏水, 精确配制不同浓度的实验水溶液, 各取5ml置于10ml塑料离心管中密闭, 常温下进行不同剂量的γ线照射。在照后即刻使用郑州沃特测试技术有限公司提供的RGB专用测试装置采集样品测定记录其三基色色量值变化, 进行数据处理, 绘图分析, 重复实验。还继续观察了实验样品受温度和时间变化的影响, 在夏季室温条件下(白天阳光直射, 环境温度25℃~35℃)存放两周后重复上述操作。
2 结果与分析 2.1 弱酸性艳红的浓度对试验结果的影响分别以实验浓度1 000mg/L、500mg/L、250mg/L、150mg/L、125mg/L五种浓度弱酸性艳红B溶液进行1.5~13.5 kGy的60Coγ线照射, 测量相同照射剂量梯度下各浓度溶液红绿蓝三基色色度值变化(图 2、3、4)。图 2、图 3、图 4显示1 000mg/L、500mg/L、250mg/L、150rng/L、125mg/L溶液的实验结果。在试验剂量梯度范围内随照射剂量增加, 红色(B)色度值逐渐下降, 绿色(R)色度值强度逐渐增加, 与红色呈相反趋势, 变化色度值与辐射剂量关系明确; 蓝色(B)色度值在受照射剂量范围内变化不明显。但是可以明显看出弱酸性艳红B在较大浓度(1 000 mg/L)和较低浓度(125 mg/L)时, 其全程色度变化随照射剂量梯度变化不明显; 而弱酸性艳红B在250 mg/L浓度时, 随照射剂量梯度色度变化比较明显, 故选择250 mg/L作为后续试验浓度。
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图 2 弱酸性艳红B溶液红色色度值与60Coγ射线剂量变化曲线 |
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图 3 弱酸性艳红B溶液绿色色度值与60Coγ射线剂量变化曲线 |
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图 4 弱酸性艳红B溶液蓝色色度值与60Coγ射线剂量变化曲线 |
以实验浓度为250mg/L弱酸性艳红B溶液进行1.5~13.5 kGy的60Coγ线照射, 测量不同照射剂量下各浓度溶液三基色色度值变化(图 5)。图 4显示250mg/L溶液的实验结果。在试验剂量范围内随照射剂里增加, 红色(R)色度值逐渐下降, 色度值与辐射剂量呈线性趋势; 绿色(G)色度值强度逐渐增加, 与红色呈相反趋势变化; 蓝色(B)强度值在受照射剂量范围内变化不明显。
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图 5 弱酸性艳红B溶液三基色色度值与γ射线剂量变化 |
辐射剂量学是发展国防和国民经济建设重要的质量控制手段, 辐射剂量控制涉及许多新兴学科和研究生产行业, 涉及核反应堆辐射控制, 核意外应急救援, 医疗、药品和医疗器械消毒灭菌、高分子材料的改性等许多领域[3]。很多具体从事辐射相关工作的单位, 不仅缺少具有一定专业水准的具体从事辐射剂量学工作的专业人员, 也缺少适用我国实际情况的技术手段。如何尽快地培养专业人员, 以及拿出多数单位能够接受的, 适用的、简单快速较为准确可靠的剂量测量体系, 是辐射剂量学工作者所面对的一项紧迫任务。
对于常用的三种常规工作剂量计(电离室型剂量计、固体剂量计和液体化学剂量计)中, 一般从事辐射加工的单位采用液体化学剂量计为多。液体剂量计存在不足之处, 首先是辐射加工涉及一个很宽的剂量范围, 从10Gy~5×10k Gy或更大。但目前常用的只是有限地覆盖了部分剂量范围; 其次是目前国内外在辐射加工领域中使用的液体剂量测量体系, 基本上是以分光光度分析法为基础。其分析测量过程比较繁杂, 结构笨重, 样品杯处的恒温装置是十分重要的附件之一所以预期的精度往往难以达到[4]。
化学剂量计在照射前后要具有稳定性和重现性, 最好无辐照后效应或后效应持续的时间较短。对于理想的化学剂量计, 要求作为量度变化程度的辐解产物的产额不受剂量率、辐射的种类和辐照温度的影响, 或在一定条件下影响很小; 反应产物的累计量与吸收剂量之间应有线性关系。
Bishop等人发现隐色的三苯基甲烷染料衍生物会发生辐射变色反应。由此形成的变色体系辐射变色膜(Radiochromic film, RCF)产品系列具有线性响应吸收剂量的特点, 可用于测量各种辐射源的剂量[5], 但这是一种半定量的目视测定方法。
计算机技术进行三基色数据分析在相关行业得到越来越广泛的应用[6], 我们从辐射脱色现象得到启示, 使用不同剂量的60Coγ线照射多种呈色化合物, 发现弱酸性艳红B溶液在数千Gy照射剂量范围内, 发生了艳红-紫-橙黄不同颜色依次变化。这样纷杂的不同颜色变化应用经典的分光光度计手段很难进行处理, 但是我们使用特殊的色度数据采集分析装置迅速获取大量三基色变化的数据信息, 初步分析结果如下。
(1) 溶液浓度和照射剂量是决定能否获得理想三基色数据的主要因素。在我们采用的1.5~13.5kGy照射剂量范围内, 250mg/L溶液的剂量效应关系全程变化比较明显。在试验剂量范围内随照射剂量增加, 绿色(G)色度值强度逐渐增加, 色度值与辐射剂量呈线性增加趋势; 红色(R)强度值随照射剂量增加而逐渐下降, 与绿色呈相反趋势变化; 蓝色(B)强度值在受照射剂量范围内变化不明显。
(2) 在150mg/L浓度实验组上述照射剂量范围, 绿色(G)色度值和红色(R)色度值在较低剂量范围也会出现同样的趋势变化, 但是随着照射剂量增加会逐渐趋于平缓近于水平。这个变化的拐点剂量在4.5kGy左右。蓝色(B)强度值在受照射剂量范围内变化也不明显
(3) 其前我们还用同样方法研究另一种化学染料酸性湖蓝A水溶液, 进行1.5~13.5kGy不同剂量的γ射线照射, 结果显示随着试剂浓度及照射剂量的改变, 红绿蓝三基色色度也出现了明显的特征性变化, 其中红色色度值随着辐射剂量增加而逐渐上升, 蓝色色度值随着辐射剂量增加而逐渐下降, 红蓝两色色度值呈明显的此消彼长关系, 与红蓝两色相比较, 绿色色度随辐射剂量变化的幅度较小。更值得注意的是也是在250mg/L浓度时, 其辐射剂量的色度变化效应最为明显[7]。
我们应用三基色色度分析方法研究弱酸性艳红B溶液γ线的辐射剂量学效应, 观察到一些令人感兴趣的现象。査阅的国内外文献资料尚未见到同样研究, 我们设想将电离辐射变色现象与计算机色度分析技术结合可以开辟新的辐射计量学研究领域, 继续完善其方法和技术有望研制新型液体辐射剂量计, 为此我们正在将其原理和技术方法申请专利保护(专利受理号2009200735.966)。
| [1] |
侯海标, 朱莲娉. 重铬酸银γ剂量计[J]. 核技术, 1992, 7(15): 444-448. |
| [2] |
邓华川, 张润清, 彭志军. γ线辐照装置辐射加工剂量测量系统[J]. 实用测试技术, 2000, 1(1): 33-35. |
| [3] |
程昶. 辐射测量仪器的进展[J]. 辐射防护通讯, 2000, 20(4, 5): 48-51. |
| [4] |
李乃宁. 辐射加工常用液体化学剂量计的基本特点[J]. 核农学通报, 1995, 16(2): 152-156. |
| [5] |
徐雪春, 林理彬, 蒋波, 等. 一种新型辐射变色膜的线辐照研究[J]. 强激光与粒子束, 2005, 17(2): 21-23. |
| [6] |
王卓, 杨学友, 李恭. 基于RGB三基色原理的手持式颜色检测仪的设计[J]. 天津科技大学学报, 2006, 21(1): 35-37. |