Способ определения активности радионуклидов радия в почвах

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКТИВНОСТИ РАДИОНУКЛИДОВ РАДИЯ В ПОЧВАХ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Соколик Галина Андреевна Овсянникова Светлана Васильевна Войникова Екатерина Викторовна Попеня Марина Викторовна Кудряшов Владимир Петрович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(56) Методические рекомендации по санитарному контролю за содержанием радиоактивных веществ в объектах окружающей среды. Определение радия-226.- М., 1980.- С. 172-177.2229729 2, 2004.4423007, 1983.2215798 1, 2003.4636467, 1987.(57) Способ определения активности радионуклидов радия в почвах, включающий перевод радионуклидов из навески почвы массой 5-15 г в раствор, очистку радия, совместное его осаждение из раствора с сульфатом бария, изготовление счетной мишени и измерение активности радионуклидов радия, отличающийся тем, что очистку радия осуществляют пропусканием содержащего радий раствора через колонку, заполненную анионитом в -форме, выпариванием маточного раствора, двойной обработкой полученных влажных солей концентрированной азотной кислотой с добавлением перекиси водорода, выпариванием полученного раствора досуха, растворением твердого остатка в 1 Ми фильтрованием раствора через бумажный фильтр синяя лента, совместное осаждение с сульфатом бария проводят внесением в содержащий радий раствор раствора хлорида бария в количестве 70-80 мкг в пересчете на металл, 1 мл насыщенного раствора сульфата натрия и 0,3 мл коллоидного раствора сульфата бария, счетную мишень изготавливают фильтрованием полученной суспензии через мембранный фильтр, а активность радионуклидов радия на мишени измеряют альфа-спектрометром. Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к радиоэкологическому мониторингу почв на содержание радионуклидов радия, и может быть использовано для определения фоновых уровней альфа-излучающих радионуклидов радия природного происхождения и оценки радиоэкологического состояния окружающей среды,обусловленного присутствием этих радионуклидов в почвах. Знание фоновых уровней содержания радионуклидов в почвах необходимо и для того, чтобы оценить степень влияния радионуклидов искусственного происхождения на изменение радиоэкологического состояния окружающей среды в результате деятельности человека. 13503 1 2010.08.30 Радионуклиды радия входят в состав природных радиоактивных семейств 238, 235, и всегда присутствуют в почвах, грунтах, донных отложениях водоемов, растительности, природных водах, живых организмах и других объектах. Три естественных радионуклида радия (223, 224, 226, периоды полураспада соответственно - 11,4 суток, 3,66 суток и 1600 лет) являются альфа-излучателями с энергией альфа частиц от 5,71 до 4,78 МэВ и поэтому отличаются высокой радиотоксичностью при попадании в живые организмы. Бетаизлучающий естественный радионуклид радия 228 (период полураспада 5,75 лет, максимальная энергия бета-частиц - 0,04 МэВ) значительно менее радиотоксичен. При распаде радионуклидов радия образуются радионуклиды радона. Вместе дочерними продуктами распада радиоактивный газ радон обусловливает основную часть дозы облучения жителей Земли от радионуклидов естественного происхождения. В связи с этим возникает необходимость определения содержания радионуклидов радия в объектах окружающей среды и как источников радона. Аналогом заявляемого способа может служить способ определения удельной активности изотопов плутония в почве 1, включающий извлечение радионуклидов в раствор кипячением пробы с азотной кислотой, фильтрование, радиохимическую очистку с использованием анионита в 3- и Сформах, совместное осаждение изотопов плутония с гидроксидом церия , измерение активности изотопов плутония на альфаспектрометре. Известны и другие способы определения содержания техногенных радионуклидов в почвах 2, 3, основанные на извлечении радионуклидов в раствор, химической и радиохимической очистке радионуклидов от мешающих примесей, выделении радионуклидов на мишень и измерении активности радионуклидов по их излучению. Однако они предназначены для определения радионуклидов другой химической природы (изотопов плутония, 90, 99) и не могут быть использованы для определения радионуклидов радия. Наиболее близким по техническому решению к заявляемому является способ определения содержания 226 в объектах внешней среды, включающий перевод проб в раствор многократной (3-15 раз) обработкой смесью плавиковой и азотной кислот при нагревании,концентрированной и разбавленной соляной кислотой, осаждение 4 10 -ной серной кислотой при кипячении в присутствии бария-носителя в количестве 50 мг, очистку радия в выделенном препарате, высушивание, прокаливание 4 при температуре 900 С, выдерживание в течение 30 суток, изготовление счетной мишени и измерение ее активности на радиометрической установке с низкофоновым альфа-счетчиком 4. Очистку радия осуществляют кипячением выделенного осадка 4 с солянокислым гидраксиламином, осаждением в полученном растворе карбонатов при добавлении соды и кипячении, удалением надосадочной жидкости декантацией, промыванием осадка 5 -ным раствором соды при кипячении, отделением осадка карбонатов фильтрованием, промыванием его 5 -ным раствором соды (до отрицательной реакции на сульфат-ионы) и водой, растворением в соляной кислоте при кипячении, осаждением полония,тория, урана, свинца с гидроксидом железабезугольным аммиаком (не содержащим карбонат-ионы), удалением осадка гидроксидов фильтрованием, подкислением полученного раствора до 2 соляной кислотой, его нагреванием до кипения и повторным осаждением 4 5 -ным раствором серной кислоты, отделением полученного осадка фильтрованием и его промыванием холодной водой. Высушенный осадок 4 прокаливают при температуре 900 С для предотвращения выделения радона. Препарат выдерживают в течение 30 суток для распада 224 и установления равновесия 226 с продуктами распада. Недостатком способа является необходимость сложной, многоэтапной очистки радия,отжига конечного продукта при температуре 900 С и выдерживания полученного препарата в течение продолжительного времени до измерения. В отличие от альфаспектрометра радиометром измеряют не активность отдельных радионуклидов радия, а 232 13503 1 2010.08.30 суммарную активность альфа-излучающих радионуклидов в выделенном препарате. Поэтому для определения содержания 226 необходим эталонный образец с известным содержанием радионуклида, приготовленный таким же способом. Выделяемый препарат не пригоден для альфа-спектрометрических измерений из-за высокой степени самопоглощения альфа-излучения в недостаточно тонком слое прокаленного сульфата радия и бария,что обусловлено использованием миллиграммовых количеств бария-носителя. Задачей настоящего изобретения является создание способа определения активности радионуклидов радия в почвах с высокой чувствительностью и точностью. Отличительной особенностью предлагаемого изобретения является то, что очистку радия осуществляют пропусканием содержащего радий раствора через колонку, заполненную анионитом в форме, выпариванием маточного раствора, двойной обработкой полученных влажных солей концентрированной азотной кислотой с добавлением перекиси водорода, выпариванием полученного раствора досуха, растворением твердого остатка в 1 Ми фильтрованием раствора через бумажный фильтр синяя лента, совместное осаждение с сульфатом бария проводят внесением в содержащий радий раствор раствора хлорида бария в количестве 79-80 мкг в пересчете на металл, 1 мл насыщенного раствора сульфата натрия и 0,3 мл коллоидного раствора сульфата бария, счетную мишень изготавливают фильтрованием полученной суспензии через мембранный фильтр, а активность радионуклидов радия на мишени измеряют альфа-спектрометром. Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в способе определения активности радионуклидов радия в почвах, включающем перевод радионуклидов из навески почвы массой 5-15 г в раствор, очистку радия, совместное его осаждение из раствора с сульфатом бария, изготовление счетной мишени и измерение активности радионуклидов радия, очистку радия осуществляют пропусканием содержащего радий раствора через колонку, заполненную анионитом в форме, выпариванием маточного раствора,двойной обработкой полученных влажных солей концентрированной азотной кислотой с добавлением перекиси водорода, выпариванием полученного раствора досуха, растворением твердого остатка в 1 Ми фильтрованием раствора через бумажный фильтр синяя лента, совместное осаждение с сульфатом бария проводят внесением в содержащий радий раствор раствора хлорида бария в количестве 79-80 мкг в пересчете на металл, 1 мл насыщенного раствора сульфата натрия и 0,3 мл коллоидного раствора сульфата бария,счетную мишень изготавливают фильтрованием полученной суспензии через мембранный фильтр, а активность радионуклидов радия на мишени измеряют альфа-спектрометром. Способ позволяет сократить время определения, повысить чувствительность и точность определения активности радионуклидов радия в почвах. Примеры 1-11 Навеску почвы массой 5-15 г озоляют в муфельной печи при температуре(55050) С в течение 6 часов. Озоленную пробу переносят количественно в стеклоуглеродный или платиновый тигель, вносят известное количество (1-2 Бк) радиоактивного индикатора (133) и проводят вскрытие пробы (разложение силикатов и удаление кремния в виде 4) смесью концентрированной азотной и плавиковой кислот при слабом кипении с упариванием раствора до сухого остатка (6-9 раз). Полученный остаток дважды обрабатывают концентрированной соляной кислотой для полного удаления ионов -, каждый раз упаривая раствор до влажных солей, а затем растворяют в 9 М(50-70 мл). Раствор пропускают через колонку, заполненную анионитом в форме. На анионите сорбируется уран, нептуний, плутоний, полоний, радий, проходит через колонку. Маточный раствор собирают в термостойкий химический стакан и выпаривают до влажных солей. Их дважды обрабатывают концентрированной азотной кислотой с добавлением перекиси водорода, каждый раз выпаривая раствор досуха. Полученный остаток растворяют в 1 М(50-60 мл). Раствор фильтруют через бумажный фильтр синяя лента в стеклянный стакан с гладкой внутренней поверхностью. 3 13503 1 2010.08.30 К раствору при постоянном перемешивании последовательно добавляют раствор 2, содержащий 70-80 мкг бария в пересчете на металл, 1 мл насыщенного раствора 24 и 0,3 мл коллоидного раствора сульфата бария, инициирующего образование микрокристаллов совместного сульфата бария и радия (4). Для приготовления коллоидного раствора сульфата бария в кварцевую чашку помещают 5 мл раствора 5,8 М 4, 8,0 мл раствора 2 М 2. Полученную смесь нагревают до тех пор, пока избыток воды не испарится и не получится прозрачный расплав. Расплав охлаждают и растворяют в смеси 12,5 мл воды и 12,5 мл насыщенного раствора 24. Содержимое стакана оставляют на 2 часа для формирования осадка. Полученную суспензию пропускают под вакуумом через мембранный фильтр, помещенный в разборной воронке из инертного материала. Стакан обмывают 5-10 мл дистиллированной воды и пропускают через фильтр с осадком. После подсушивания фильтр приклеивают на подложку и измеряют активность радионуклидов радия альфа-спектрометром. Выход радия в результате радиохимического анализа контролируют по активности индикатора (133),которую измеряют гамма-спектрометром. Среди естественных радионуклидов радия наиболее долгоживущим является 226 и его содержание в окружающей среде намного преобладает над содержанием других естественных радионуклидов радия, контроль радия в образцах осуществляли по 226. Результаты представлены в табл. 1-3. Таблица 1 ПримерМасса носителя, мкг Выход 226,1 60 42 2 70 84 3 80 83 4 90 54 толстая мишень Прототип 50000 62 В примерах 1-4 количество осадителя (насыщенного раствора сульфата натрия) составляет 1 мл количество коллоидного раствора сульфата бария, инициирующего формирование осадка, - 0,3 мл. Таблица 2 Количество раствора, инициирующего Выход 226,осаждение сульфата бария, мл 5 0,1 28 6 0,2 55 7 0,3 84 8 0,4 59 толстая мишень В примерах 5-8 масса носителя составляет 70 мкг в пересчете на металл количество осадителя (насыщенного раствора сульфата натрия) - 1 мл. Таблица 3 Пример В примерах 9-10 масса носителя составляет 70 мкг в пересчете на металл количество коллоидного раствора сульфата бария, инициирующего формирование осадка, - 0,3 мл. 4 13503 1 2010.08.30 Максимальный выход радия при совместном осаждении радия с сульфатом бария (8384 ) достигается при использовании бария-носителя в количестве 70-80 мкг (табл. 1) и коллоидного раствора сульфата бария, инициирующего формирование осадка, в количестве 0,3 мл (табл. 2). Важнейшим требованием при получении качественных мишеней для альфаспектрометрического определения радия является получение осадка без примесей кальция. В предлагаемом способе разделение бария и кальция основано на значительном различии между произведениями растворимости 4 и 4 (соответственно 9,910-11 и 6,2610-5). Как видно из результатов опытов 9-11 (табл. 3), насыщенный раствор сульфата натрия в количестве 1 мл, используемый в качестве осадителя, обеспечивает концентрацию в растворе анионов 42-, достаточную для количественного выделения бария, а вместе с ним радия, но ниже той, которая необходима для осаждения кальция. Уменьшение количества раствора сульфата натрия до 0,5 мл не обеспечивает достаточно полное осаждение бария и тем самым снижает выход радия. Увеличение количества сульфата натрия до 1,5 мл приводит к захвату осадком микропримесей и утолщению мишени, затрудняя альфаспектрометрическое определение активности радионуклидов радия. Таким образом, предложенный способ позволяет достичь более высокого выхода радия. Он обеспечивает более высокую чувствительность и точность определения 226 по сравнению с прототипом (табл. 4). Таблица 4 Способ Чувствительность метода, Бк/проба (Ки/проба) Прототип 210-2 (510-12) Предлагаемый способ 110-3 (310-14) Источники информации 1.10197, МПК 01 1/00, 2008.02.28. 2.10516, МПК 01 23/02, 2008.04.30. 3.10198, МПК 01 23/22,01 1/00, 2008.02.28. 4. Методические рекомендации по санитарному контролю за содержанием радиоактивных веществ в объектах окружающей среды. Определение радия-226 / Под общей редакцией А.Н. Марея, А.С. Зыковой. - М. МЗ СССР, Комитет по стандартизации,метрологии и сертификации ГИ ЦЭСМ, 1980. - С. 172-177. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.