介紹

自20世紀中葉發展以來，液體閃爍計數技術已成為核子物理、生物醫學和環境科學等領域研究的基石。其核心原理在於，放射性核素衰變過程中釋放的高能量粒子與閃爍液相互作用，將能量轉化為可見光子。這些光子經光電探測器（例如光電倍增管，PMT）轉換為電訊號，最終透過分析這些電訊號來量化放射性物質的含量。

雖然液體閃爍計數技術的魅力往往在於偵測器或閃爍液本身，但作為直接封裝樣品和閃爍液的容器，閃爍瓶卻是決定實驗成敗的關鍵隱藏因素。

目前閃爍瓶的設計仍面臨挑戰。本文旨在系統分析閃爍瓶的功能和設計對其性能的影響，並透過分析功能、優化設計、選擇材料和提高性能，為研究人員選擇和使用閃爍瓶提供理論基礎和實踐指導。同時，展望其未來的發展趨勢，為LSC技術的進一步最佳化和應用擴展提供支援。

液體閃爍計數技術概述

1. 基本原理：用於能量轉換的精密鏈

液體閃爍計數的核心在於透過閃爍液將放射性衰變能量轉換為光訊號的整個過程，其技術過程可分為輻射激發、光子產生、光訊號捕獲和資料分析。

2. 關鍵技術領域分析

• 閃爍液的穩定控制避免水解（例如，乙二醇基閃爍液需要添加抗氧化劑BHT）或光解（甲苯基閃爍液需要避光保存）；部分閃爍液（例如，含有PPO的乙二醇系統）在低溫（＜4℃）下容易吸收晶體，這將導致光輸出效率突然下降。

• 探測器靈敏度優化：新型檢測技術，如具有寬光譜響應和低雜訊的矽光電二極管，適用於低光源訊號檢測；多通道偵測器陣列可與平行訊號處理相結合，以提高高通量樣品分析的速度。

• 樣品封裝純化樣品封裝和純化：閃爍瓶的密封性要求氦質譜儀檢測到的洩漏率低於 1×10⁻⁹ Pa·m³/s，以防止氧氣滲透引發閃爍體的氧化降解。可使用離子交換樹脂進行清洗，以去除金屬離子並降低本底計數率。硝酸鋅/亞鐵氰化鉀用於將放射性核素濃縮成顆粒狀，從而減少溶液體積並提高封裝效率。

液體閃爍計數技術透過將放射性粒子的能量轉化為光訊號，實現對低能量放射性核素的高靈敏度探測。其性能取決於關鍵技術環節的最佳化，例如閃​​爍液的穩定性、偵測器的靈敏度以及樣品的封裝和純化。作為樣品封裝的核心組件，閃爍液在這些環節中發揮不可替代的作用，其設計和材料選擇對液體閃爍計數技術的整體性能有著重要影響。

閃爍瓶的核心特性與設計

1. 容器函數

• 密封閃爍瓶需要有良好的密封性，以防止放射性氣體洩漏，同時避免外部污染物進入瓶內。

• 相容性閃爍瓶需要與各種閃爍液相容，以確保它們在長時間接觸下不會發生化學反應或物理變形。

2. 材料選擇

• 玻璃玻璃具有高透光率，可最大程度地提高光子傳輸效率；化學穩定性好，耐腐蝕，適用於多種閃爍液；本底計數低，適用於高靈敏度偵測。然而，玻璃易碎且重量較重。

• 塑膠輕巧、抗衝擊，易於操作和運輸。但是，某些塑膠含有天然放射性核素，化學性質較差，會與某些閃爍液發生反應。

• 表面處理：在瓶內壁塗覆二氧化矽等材料，以增強光反射和透射效率，並增加光子輸出。

3. 形狀和結構優化

• 瓶口設計：狹窄的開口減少了液體流動，減少了光散射幹擾，提高了訊號一致性。

• 避光深色瓶子或塗層可抑制外部光線幹擾，降低背景噪音，提高訊號雜訊比。

• 其他優化設計：錐形底部或特殊內壁設計的閃爍瓶可減少樣品殘留，提高回收率；微型瓶適用於微量樣品測試，可減少閃爍液用量，降低成本。

閃爍瓶的設計和材質選擇對其性能有顯著影響。透過優化密封性、相容性、材料選擇以及形狀和結構，可以顯著提高液體閃爍計數的檢測靈敏度和準確度。未來，隨著新材料和新技術的應用，閃爍瓶的性能將進一步提升，從而為液體閃爍計數技術的發展提供更有力的支援。

閃爍瓶的關鍵作用

1. 檢測靈敏度提高

• 低雜訊底噪透過材料選擇和密封技術減少放射性雜質的引入，使用低鉀硼矽酸鹽玻璃或高純度塑膠來降低天然放射性核素的含量。採用真空密封或惰性氣體填充技術來減少氧氣和水分對閃爍液的爆裂作用。

• 高能效優化的瓶壁穿透率確保偵測器最大限度地捕捉閃爍光。

2. 確保實驗可靠性

• 樣品穩定性：可長期密封以防止揮發或降解，適用於長時間實驗。高品質的瓶蓋密封設計確保樣品在長期儲存或運輸過程中不會洩漏或污染。

• 重複性控制標準化的容器規格減少了批次間的實驗誤差，使用尺寸、形狀和材料統一的閃爍瓶可確保實驗條件的一致性。

3. 擴展應用場景

• 微量檢測微型閃爍瓶支援高通量樣品分析，適用於微量樣品檢測，可減少試劑消耗和實驗成本。

• 極端條件相容性採用耐高溫玻璃或特殊塑膠材料，適用於特殊環境研究高壓滅菌或低溫儲存。

閃爍瓶透過降低背景雜訊和提高能量傳遞效率，增強了液體閃爍計數技術的檢測靈敏度，並透過樣品穩定性和可重複性控制保證了實驗的可靠性。此外，其小型化和極端條件相容的設計進一步拓展了應用場景，為核子物理、生物醫學和環境監測等領域的研究提供了強有力的支持。未來，隨著材料科學和製造技術的進步，閃爍瓶的性能將進一步提升，為液體閃爍計數技術的創新和應用拓展奠定堅實的基礎。

實際應用範例

1. 生物醫學領域

• 放射免疫測定中放射性示蹤劑的定量放射免疫分析法（RIA）是一種高靈敏度的生物分子檢測技術，廣泛用於荷爾蒙、藥物和腫瘤標記的定量分析。閃爍瓶用於盛裝放射性標記的抗原-抗體複合物和閃爍液，其高穿透率和低背景設計確保了對放射性示蹤劑的高效檢測。

2. 核能安全監測

• 核廢料中放射性同位素的微量檢測核廢料含有多種放射性同位素，需要精確監測以確保環境安全。閃爍瓶用於封裝核廢料提取物和閃爍液，以便進行放射性檢測，其耐腐蝕材料和密封設計可防止放射性物質洩漏。

3. 環境科學

• 追蹤大氣氣溶膠中的放射性核素大氣氣溶膠中的放射性核種是研究大氣過程和環境污染的重要指標。閃爍瓶用於收集和檢測氣溶膠樣品中的放射性核素，透過避光設計和高效能傳遞，提高了低放射性樣品的檢測靈敏度。

4. 其他應用領域

• 食品安全閃爍瓶可用於檢測食品中的放射性污染。

• 地質年代測定：透過測量岩石和礦物中的放射性同位素來確定年代。

• 藥物發現閃爍瓶用於放射性標記藥物的代謝動力學研究。

閃爍瓶在生物醫學、核安監測和環境科學等領域的實際應用中已展現出不可替代的作用。憑藉高靈敏度、高穩定性和多樣化的設計，閃爍瓶為放射性探測提供了可靠的支持，並促進了相關領域的研究和技術進步。未來，隨著應用需求的不斷拓展，閃爍瓶將在更多領域繼續發揮其獨特的價值。

挑戰與改進方向

1. 現有局限性

• 易碎玻璃會導致操作風險儘管玻璃閃爍瓶具有高度半透明性和化學穩定性，但其易碎性可能導致樣品洩漏或實驗在運輸和使用過程中中斷。這會增加實驗成本，尤其是在高通量或自動化實驗中。

• 塑膠可能有老化問題塑膠閃爍瓶長期使用或暴露於極端條件（如高溫、強酸和強鹼）下可能會老化，導致物理性能或化學相容性下降，從而降低實驗結果的可靠性和可重複性。

• 背景噪音問題某些塑膠材質可能含有天然放射性雜質，這會增加背景計數，並影響低放射性樣本的檢測靈敏度。

• 成本和環境問題高品質的玻璃或特殊塑膠材料成本很高，而一次性閃爍瓶會對環境造成負擔。

2. 技術創新

• 新型複合材料的開發我們結合陶瓷的高化學穩定性和塑膠的抗衝擊性，開發出新型陶瓷基複合材料。此材料耐高溫、耐腐蝕、背景噪音低，適用於極端環境及高靈敏度檢測。同時，我們開發出可生物降解的塑膠材料，減輕了環境負擔，符合永續發展的概念，適用於一次性實驗。

• 表面處理技術的最佳化在瓶子內壁塗覆奈米級光學增強塗層，以提高光子透射效率，進一步提高檢測靈敏度，適用於微量樣品檢測。

3. 表面處理技術的最佳化

• 奈米塗層技術在閃爍瓶內壁塗覆奈米級光學增強塗層，以提高光子透射效率。這進一步提高了檢測靈敏度，適用於微量樣品檢測。

• 防污塗層：人們開發了防污塗層，以最大限度地減少樣品殘留，並提高高價值樣品或重複使用場景的回收率。

儘管閃爍瓶在液體閃爍計數技術中發揮關鍵作用，但在材料性能、操作安全性和環境保護方面仍面臨一些挑戰。透過多方面的研究，閃爍瓶的性能和應用範圍有望顯著提升。未來，隨著材料科學和製造技術的進步，閃爍瓶在靈敏度、可靠性和可持續性方面將取得更大突破，為液體閃爍計數技術的發展注入新的活力。

結論與展望

閃爍瓶作為液體閃爍計數（LSC）技術的核心部件，透過不斷優化材料、結構和工藝，在放射性探測中發揮不可替代的作用。材料創新、結構優化、製程改進等優化措施是閃爍瓶發展成為液體計數技術的核心支撐，該技術已廣泛應用於生物醫學、核能安全監測、環境科學等領域。

隨著材料科學、奈米技術和自動化技術的快速發展，閃爍瓶未來將實現更高性能、更智慧化、更環保的設計。這些創新不僅將推動液體閃爍計數技術的進步，還將為核子物理、生物醫學和環境科學等領域的研究提供更強大的工具和支援。未來，閃爍瓶有望成為放射性探測技術中更有效率、更可靠、更永續的核心零件。