Утверждаю
Председатель
Межведомственной комиссии
по радиационному контролю
природной среды
Ю.А.ИЗРАЭЛЬ
Одобрено
Методической секцией Межведомственной
комиссии по радиационному контролю
природной среды при Госкомгидромете
СССР
17 марта 1989 года
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ СТРОНЦИЯ-90 В ПРОБАХ
АЭРОЗОЛЕЙ И ВЫПАДЕНИЙ
В составлении и экспертной оценке
Методических указаний принимали участие:
от Госкомгидромета
СССР - НПО "Тайфун", ЛАМ, ИПГ;
от АН СССР - ГЕОХИ;
от Госагропрома СССР - ЦИНАО, ВНИИПТИХИМ;
от Госстандарта СССР - НПО
"ВНИИФТРИ".
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 бета-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, 220 х 500, для
сушки проб.
Центрифуга ЦЛС-3 или ТУ 5-375-4260-76.
Центрифуга ОПН клиническая.
3
Штатив металлический.
Эксикатор.
Посуда стеклянная термостойкая мерная
фарфоровая: стаканы по ГОСТ 10394-72 емкостью 50, 100, 150, 200, 500 и 1000
куб. см.
воронки по ГОСТ 8613-75 диаметром 5, 10
см.
колбы конические по ГОСТ 1770-74 емкостью
250, 500 и 1000 куб. см.
пипетки 1, 2, 5 и 10 куб. см.
колбы мерные 50, 100, 500 и 1000 куб. см.
центрифужные пробирки на 10 куб. см и 100 куб. см.
стеклянные капельницы емкостью 50 куб.
см.
бюксы объемом 40 куб. см.
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/куб. см в расчете на металл.
Кальций азотнокислый, 4-водный по ГОСТ
4142-66, ч.д.а., раствор 50 мг/куб. см в расчете на
металл.
Железо хлорное, 6-водное по ГОСТ 4147-74,
ч.д.а., раствор 10 мг/куб. см 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/куб. см 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/куб. см в расчете на
металл.
Кислота щавелевая по ГОСТ 22180-76, х.ч., насыщенный раствор.
Индикатор метиловый оранжевый.
Натрий гидроокись по ГОСТ 4388-77, ч.д.а.
Спирт этиловый по ГОСТ 18300-72.
Бумага индикаторная универсальная.
Фильтры бумажные беззольные "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 куб. см дистиллированной воды и добавлением 20-процентного
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 куб. см аммиачной водой
(1:10). Осадок переносят в стакан, разбавляют водой до 600 куб. см, взбалтывают
5 раз в течение дня и оставляют отстаиваться. 200 куб. см осветленного раствора
приливают к 800 куб. см 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 куб. см, вносят носитель стронция (50 мг
в расчете на металл). В стакан приливают 100 - 120 куб. см 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 куб. см 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 куб. см 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 куб. см дистиллированной воды. Фильтр с
осадком отбрасывают.
3. Фильтрат и промывные воды объединяют,
упаривают до объема 80 - 90 куб. см, переносят в мерную колбу на 100 куб. см,
доводят дистиллированной водой до метки и перемешивают. Из колбы пипеткой
отбирают 1 куб. см раствора в мерную колбу на 50 куб. см, 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 куб. см переносят в стакан,
в котором проводилась кислотная обработка. В стакан вносят
раствор хлорного
железа (10
мл в расчете
на металл), 0,5 куб. см 30-процентной перекиси
водорода. Пробу
кипятят 15 - 20 мин.
для удаления CO и добавлением
2
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 куб. см горячей дистиллированной
воды без CO ,
содержащей 3 - 4 капли аммиака. Осадок отбрасывают.
2
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 60 - 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 куб. см 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 куб. см дистиллированной воды. Фильтр отбрасывают. В пробу вносят раствор
хлорного железа (10 мг в расчете на металл), 0,5 куб. см 30-процентной 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 куб. см 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 и
2
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", промывает 8 - 9 куб. см 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
куб. см. 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
куб. см горячей
дистиллированной
воды без CO с добавлением 3 - 4 капель
аммиака. Раствор и
2
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 куб. см) добавляют вначале по каплям насыщенный
раствор щавелевой кислоты до объема 9 - 10 куб. см и ставят на водяную баню для
коагуляции оксалата иттрия (10 мин.). Осадок отделяют центрифугированием,
раствор сливают, а осадок промывают 2 раза по 8 - 9 куб. см горячей
дистиллированной воды, затем 2 раза по 4 - 5 куб. см этилового спирта. Раствор
и промывные воды отбрасывают.
11. К осадку в центрифужной
пробирке приливают несколько раз по 0,5 куб. см 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 бета-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 куб.
см буферной смеси (2 куб. см 6 моль/л уксусной кислоты и 8 куб. см 3 моль/л уксуснокислого аммония). Раствор
нагревают почти до кипения и добавляют 2 куб. см 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 куб. см 0,6-процентного 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:
лямбда t
2
N х е
А = -------------------------------------------,
Бк/куб. см;
-лямбда t
1
эта х a х b х k х f (1 - е ) х 60Q
б) в пробах выпадений:
лямбда t
2
N х е
А =
------------------------------------------------------, Бк/куб. см,
-лямбда t
1
эта х a х b х k х f (1 - е ) х 60 х 0,3
х 0,7
где:
N - количество импульсов в минуту за
вычетом фона;
эта - 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 - время накопления иттрия-90 (от момента
отделения второй гидроокиси
1
железа до
первого отделения гидроокиси иттрия);
t -
время распада иттрия-90 (от момента первого отделения гидроокиси
2
иттрия до
измерения бета-активности);
лямбда - постоянная распада иттрия;
Q
- объем воздуха,
прошедшего за время
экспозиции через фильтр
фильтрующей
установки, куб. м;
0,3 - площадь планшета, кв. м;
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 планшеток.