Методические указания по определению стронция-90 в пробах аэрозолей и выпадений (утв. Межведомственной комиссией по радиационному контролю природной среды)

Сущность метода

Радиохимическое определение стронция-90 основано на переводе радионуклида в растворимое состояние путем последовательных обработок пробы растворами карбоната аммония и соляной кислоты с последующей очисткой от мешающих радионуклидов путем осаждения гидроокиси железа, карбонатов щелочноземельных металлов, а в случае необходимости и хроматов бария.

Измерение радиоактивности стронция-90 проводится по его дочернему иттрию-90 после накопления и выделения последнего с носителем стабильного иттрия.

Выход носителя стронция определяется пламенно-фотометрическим методом.

Аппаратура, посуда, реактивы и материалы

*Низкофоновая установка для радиометрии -излучения

------------------------------

* В случае отсутствия низкофоновой установки можно использовать приборы типа РКБ4-1е М.

------------------------------

Пламенный фотометр любой марки или атомно-абсорбционный спектрофотометр с пламенной ионизацией

Весы лабораторные аналитические по ГОСТ 19491-74

Весы лабораторные технические (ВЛКТ-500)

Шкаф сушильный термостатируемый по ГОСТ 3765-55

Печь муфельная с терморегулятором до 1000°С

Плитка электрическая по ГОСТ 14919-83

Лампа зеркальная 3М-8, 220х500, для сушки проб

Центрифуга ЦЛС-3 или ТУ 5-375-4260-76

Центрифуга ОПН ₃ клиническая

Штатив металлический

Эксикатор

Посуда стеклянная термостойкая мерная фарфоровая: стаканы по ГОСТ 10394-72 емкостью 50, 100, 150, 200, 500 и 1000 см ³;

воронки по ГОСТ 8613-75 диаметром 5, 10 см

колбы конические по ГОСТ 1770-74 емкостью 250, 500 и 1000 см ³

пипетки - 1, 2, 5 и 10 см ³

колбы мерные - 50, 100, 500 и 1000 см ³

центрифужные пробирки на 10 см ³ и 100 см ³

стеклянные капельницы емкостью 50 см ³

бюксы объемом 40 см ³

стеклянные палочки длиной 30 см (толстые) и 15 см (тонкие)

капилляры стеклянные диаметром 0,6 см

тигли фарфоровые N 2, 5 и 6

Реактивы и материалы

Аммоний углекислый по ГОСТ 3770-75, х.ч., насыщенный раствор

Аммиак водный по ГОСТ 3760-79, ч.д.а., раствор безугольного аммиака

Кислота соляная по ГОСТ 3118-77, х.ч., растворы 2 и 6 моль/л

Стронций азотнокислый по ГОСТ 5429-74, ч.д.а., растворы 10 и 25 мг/см ³ в расчете на металл

Кальций азотнокислый, 4-водный по ГОСТ 4142-66, ч.д.а., раствор 50 мг/см ³ в расчете на металл

Железо хлорное, 6-водное по ГОСТ 4147-74, ч.д.а., раствор 10 мг/см ³ в расчете на металл

Азотная кислота по ГОСТ 4461-67 х.ч., раствор 3 моль/л

Перекись водорода по ГОСТ 10929-64, х.ч.

Барий хлористый по ГОСТ 4108-72, х.ч., раствор 20 мг/см ³ на металл

Кислота уксусная по ГОСТ 61-45, х.ч., раствор 6 моль/л

Аммоний уксуснокислый по ГОСТ 3117-78, ч.д.а., раствор 3 моль/л

Натрий хромовокислый, 4-водный по ТУ 6-09-91-34, ч.д.а., раствор 3 моль/л

Иттрий хлористый, 6-водный по ТУ 6-09-4474, х.ч., раствор 7,5 мг/см ³ в расчете на металл

Кислота щавелевая по ГОСТ 22180-76, х.ч., насыщенный раствор

Индикатор метиловый оранжевый

Натрий гидроокись по ГОСТ 4388-72, ч.д.а.

Спирт этиловый по ГОСТ 18300-72

Бумага индикаторная универсальная

Фильтры бумажные беззвольные# "белая лента" диаметром 5, 7, 9, 12, 15 см

Бумага фильтровальная лабораторная по ГОСТ 12026-66

Шланг резиновый медицинский с внутренним диаметром 0,5 и 1,0 см

Безугольный аммиак готовят следующим способом: 50 г азотнокислого кальция растворяют в 300 см ³ дистиллированной воды и добавлением 20% раствора гидроокиси натрия осаждают гидроокись кальция, осадок с раствором оставляют на 24 часа. Затем отфильтровывают осадок на воронке с фильтром "белая лента", промывают 3-4 раза по 50 см ³ аммиачной водой (1:10). Осадок переносят в стакан, разбавляют водой до 600 см ³, взбалтывают 5 раз в течение дня и оставляют отстаиваться. 200 см ³ осветленного раствора приливают к 800 см ³ концентрированного аммиака и оставляют на 4 суток, после чего безугольный аммиак готов к употреблению.

Безугольный аммиак можно получить также следующим образом. В эксикатор наливают концентрированный аммиак и на подставку помещают стаканы с прокипяченной водой. Время насыщения воды 3 суток.

Ход анализа

1. Навеску пробы аэрозолей или выпадений в виде зольного остатка (обычно не более 5 г) помещают в химический термостойкий стакан объемом 300-400 см ³, вносят носитель стронция (50 мг в расчете на металл). В стакан приливают 100-120 см ³ насыщенного раствора углекислого аммония и пробу кипятят при периодическом перемешивании 2 часа. После охлаждения пробы осадок отделяют центрифугированием (центрифуга ЦЛС-3), промывают 2 раза по 80 см ³ дистиллированной воды. Раствор и промывные воды отбрасывают (см. примечание 1).

2. Осадок из центрифужной пробирки осторожно переносят в минимальном количестве раствора 6 моль/л соляной кислоты в стакан, в котором проводилась карбонатная обработка. Пробу в стакане при периодическом перемешивании упаривают досуха. К остатку приливают 50-60 см ³ раствора 6 моль/л соляной кислоты и пробу кипятят при перемешивании 20 мин, при этом остаток размягчается, отделяется от дна стакана и измельчается. После отстоя осадка горячий раствор фильтруют на воронке через фильтр "белая лента", осадок промывают 50-60 см ³ дистиллированной воды. Фильтр с осадком отбрасывают.

3. Фильтрат и промывные воды объединяют, упаривают до объема 80-90 см ³, переносят в мерную колбу на 100 см ³, доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают. Из колбы пипеткой отбирают 1 см ³ раствора в мерную колбу на 50 см ³, доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают. Этот раствор используют для определения исходного содержания стабильного стронция пламенно-фотометрическим методом.

4. Основной раствор из мерной колбы на 100 см ³ переносят в стакан, в котором проводилась кислотная обработка. В стакан вносят раствор хлорного железа (10 мл в расчете на металл), 0,5 см ³ 30% перекиси водорода. Пробу кипятят 15-20 мин для удаления CO ₂ и добавлением небольшими порциями безугольного аммиака до pH = 7,5-8,0 осаждают гидроокиси. Реакцию раствора контролируют с помощью индикаторной бумаги. Из горячего раствора после коагуляции осадок отфильтровывают через фильтр "белая лента", промывают 2 раза по 10-15 см ³ горячей дистиллированной воды без CO ₂, содержащей 3-4 капли аммиака. Осадок отбрасывают.

При анализе проб, загрязненных "свежими" продуктами деления, см. примечание 2.

5. К раствору приливают аммиак до pH = 9-10 и затем насыщенный раствор углекислого аммония в количестве, равном объему пробы. Пробу греют при температуре 80-90°С в течение часа, затем охлаждают. Осветленную часть раствора декантируют, осадок отфильтровывают на воронке с фильтром "белая лента", промывают 2 раза по 15-20 см ³ дистиллированной воды. Раствор отбрасывают.

6. Осадок на фильтре растворяют минимально возможным количеством 6 моль/л соляной кислоты в стакан, в котором проводилось осаждение карбонатов. Фильтр промывают 50 см ³ дистиллированной воды. Фильтр отбрасывают. В пробу вносят раствор хлорного железа (10 мг в расчете на металл), 0,5 см ³ 30% перекиси водорода и повторяют операции пункта 4. Время отделения второго осадка гидроокиси железа записывают и считают за начало накопления иттрия-90. Фильтр с осадком отбрасывают.

7. Фильтрат подкисляют 1-2 см ³ 6 моль/л соляной кислоты, вносят носитель иттрия (15 мг в расчете на металл) и оставляют для накопления иттрия-90.

8. Через 14-17 суток раствор кипятят 15-20 мин для удаления CO ₂ и осаждают гидроокись иттрия безугольным аммиаком при pH = 7,5-8,0 (см. примечание 3). Осадок из горячего раствора отделяют центрифугированием или фильтрованием через фильтр "белая лента", промывают 8-9 см ³ горячей дистиллированной воды с добавлением 3-4 капель аммиака. Время отделения иттрия записывают. Фильтрат и промывные воды объединяют и оставляют для определения химического выхода стронция, выполнив разбавления, как в п. 3.

9. Осадок в центрифужной пробирке растворяют в минимально возможном объеме 6 моль/л соляной кислоты, вносят раствор носителя стронция (5-10 мг в расчете на металл) и добавляют дистиллированной воды до объема 8-9 см ³. Раствор нагревают на водяной бане и повторяют осаждение гидроокиси иттрия безугольным аммиаком при pH = 7,5-8,0. Осадок отделяют центрифугированием, промывают 2 раза по 8-9 см ³ горячей дистиллированной воды без CO ₂ с добавлением 3-4 капель аммиака. Раствор и промывные воды отбрасывают.

10. Осадок в центрифужной пробирке растворяют в минимально возможном объеме 3 моль/л азотной кислоты, добавляя кислоту по каплям до полного растворения осадка. К полученному раствору (1-1,5 см ³) добавляют вначале по каплям насыщенный раствор щавелевой кислоты до объема 9-10 см ³ и ставят на водяную баню для коагуляции оксалата иттрия (10 мин). Осадок отделяют центрифугированием, раствор сливают, а осадок промывают 2 раза по 8-9 см ³ горячей дистиллированной воды, затем 2 раза по 4-5 см ³ этилового спирта. Раствор и промывные воды отбрасывают.

11. К осадку в центрифужной пробирке приливают несколько раз по 0,5 см ³ этилового спирта и количественно с помощью капилляра переносят на предварительно взвешенную подложку, сушат под зеркальной лампой до постоянного веса при температуре не более 50°С.

12. Осадок с подложкой взвешивают для определения химического выхода стабильного иттрия.

13. Измерение -радиоактивности проводят на низкофоновой радиометрической установке в день выделения иттрия, через 2-3 и 14-17 суток. Это позволяет проверить чистоту выделенного препарата, сравнив его период полураспада с известным периодом полураспада иттрия-90.

Примечания:

1. При анализе проб аэрозолей или выпадений весом меньше 1 г, в пробу дополнительно вносят раствор кальция (50 мг в расчете на металл). При весе пробы больше 5 г увеличивают количество углекислого аммония и соляной кислоты при переведении радионуклида в растворимое состояние.

2. При анализе проб аэрозолей или выпадений, отобранных после появления "свежих" продуктов деления (до 4-х месяцев), необходима радиохимическая очистка стронция от бария. В раствор, полученный после отделения первого осадка гидроокиси железа (п. 4), вносят раствор хлористого бария (20 мг в расчете на металл), 1-2 капли индикатора метилового оранжевого, по каплям раствор 2 моль/л соляной кислоты до розового цвета, затем еще 2 капли этой кислоты и добавляют 10 см ³ буферной смеси (2 см ³ 6 моль/л уксусной кислоты и 8 см ³ 3 моль/л уксуснокислого аммония). Раствор нагревают почти до кипения и добавляют 2 см ³ 3 моль/л раствора хромовокислого натрия. Нагревание продолжают, потирая стеклянной палочкой по стенкам стакана, до образования осадка и последующего осветления раствора (30-40 мин).

В пробу еще раз приливают раствор хлористого бария и греют в течение 30-40 мин. Пробу охлаждают, осадок отфильтровывают через фильтр "белая лента" и промывают 2 раза по 10-15 см ⁰# 0,6% уксуснокислого аммония. Осадок отбрасывают. Анализ продолжают с пункта 5.

3. При необходимости быстрого получения результатов выделение иттрия-90 можно проводить через 3-5 суток, не дожидаясь установления равновесия стронция-90 и иттрия-90. При этом при расчете содержания стронция-90 следует вносить поправку - коэффициент, учитывающий накопление иттрия-90.

Расчет содержания стронция-90

а) в пробах аэрозолей:

Бк/м ³

б) в пробах выпадений:

Бк/м ²#

где:

N - количество импульсов в минуту за вычетом фона

- эффективность счета установки

a - выход носителя стронция, доли единицы

b - выход носителя иттрия, доли единицы

k - коэффициент, учитывающий самопоглощение излучения в слое образца, доли единицы

f - отношение веса навески к общему весу пробы

t ₁ - время накопления иттрия-90 (от момента отделения второй гидроокиси железа до первого отделения гидроокиси иттрия)

t ₂ - время распада иттрия-90 (от момента первого отделения гидроокиси иттрия до измерения бета-активности)

- постоянная распада иттрия

Q - объем воздуха, прошедшего за время экспозиции через фильтр фильтрующей установки, м ³

0,3 - площадь планшета, м ²;

0,7 - коэффициент эффективности улавливания планшета

Если определенное содержание стронция-90 в пробах выпадений проводится за несколько суток и по нескольку планшетов, то при расчете в числитель формулы ставится количество суток, а в знаменатель - количество объединенных в одну пробу планшетов.

Председатель Межведомственной комиссии по радиационному контролю природной среды

Ю.А. Израэль