核与辐射安全环境监测是我国重点关注的一个领域,自2011年3月11日日本福岛核事故后,海洋环境监测成为环境监测的重中之重。海洋环境中放射性污染源主要有5个方面:天然放射性核素;核武器试验的沉降物;核工业的废水、废气、废渣;放射性同位素的生产和应用;其他工业中的放射性废水及废弃物。
应国家环保部要求,全国新增许多海洋样品监测国控点位, 海水和海洋生物等的放射性核素的监测范围扩大了。海水中镭-226的监测分析也是其中之一。
1 测量原理GB 11214-89是国标水中镭-226的分析测定方法。理论依据是,镭-226的半衰期为1620 a,氡-222的半衰期为3.825 d,氡-222是镭-226的衰变子体,当经过一定时间后,镭-226的放射性活度衰变和氡-222的放射性活度增长达到动态平衡,通过测量水中氡-222放射性活度来换算到镭-226的放射性活度。其适用范围包括天然水(地表水、地下水),铀矿冶排放废水和矿坑水。
水样分析的化学处理封样,有两种方法:①氢氧化铁-碳酸钙载带射气闪烁法; ②硫酸钡共沉淀射气闪烁法。
方法①采用硝酸铁、氯化钙、盐酸做混合载体,边搅拌边加饱和碳酸钠溶液,至溶液pH值在9~10。以氢氧化铁-碳酸钙为载体,吸附载带水中镭。盐酸溶解沉淀物。溶解液封闭于扩散器中积累氡,转入闪烁室,测量,计算镭含量。
方法②利用氯化钡,硫酸溶液,以可溶性钡盐作载体,硫酸溶液作沉淀积聚剂,使水中镭与钡形成硫酸镭-硫酸钡同晶共沉淀。碱性EDTA溶液溶解沉淀物。溶解液封闭于扩散器中积累氡,转入闪烁室,测量,计算镭含量。
2 测量方法比较实验参照GB 11214-89氢氧化铁-碳酸钙载带射气闪烁法进行分析时,着实费了不少精力。因为海水成份相当复杂,盐分很高,尤其是第二主族的盐含量,所以,当pH值在9~10时,氢氧化物沉淀和碳酸物沉淀非常的多,酸溶解后再蒸发,沉淀又析出,无法将溶解液控制在30 ml而封样。
当取0.2 L海水,经稀释后再进行上述方法分析,计算结果很高。所以不能用此方法分析海水中的镭-226。
参照总放蒸干法,析出沉淀也很多,同样不合适测海水中的镭-226。
尝试用硫酸钡共沉淀法,沉淀不多,仅有硫酸钡-硫酸镭同晶的硫酸盐共沉淀产生,经溶解蒸发,溶解液可控制在30 ml以内,进而封样。
3 结果与讨论 3.1 结果见表 1和表 2。由表 1可见,平行双样:样品1和样品2,相对偏差为6.09%,样品3和样品4,相对偏差3.09%,均小于10%,满足实验室对精密度的要求。氡的半衰期为91.8 h, 氡的积累时间超过3个半衰期,可以保证氡的积累最大化,减小衰变带来计算误差。
由表 2可见,加标样品的加标回收率均在85%以上,满足实验室对准确度的要求(70%~130%)。
3.2 讨论海水是一种化学成分复杂的混合溶液,海水中有80多种元素,分为:常量元素、微量元素和痕量元素三类。大部分海水以氯化钠为主,还有镁,铁,硒,钙,钾等, 碳酸镭、碳酸钙在常温下的溶解度随着pH值的增大而减小,在pH值9~10时,其溶解度几乎为零。除钾、钠的氢氧化物易溶,钙的氢氧化物微溶外,其他元素的氢氧化物都不溶,所以,用方法1氢氧化铁-碳酸钙载带法分析海水中镭-226时,沉淀超多,如通过稀释后再分析,就会带来结果误差,随稀释倍数的增大而变大。
镭盐与相应的钡盐属同晶型化合物,镭和钡的化学性质十分相似。据文献可知,用方法2硫酸钡共沉淀射气闪烁法中,当pH值控制在2.5~3.0时,海水中镭-226的化学回收率和放射性回收率都能达到最大值,使水样中的镭-226能得到最大限度的回收。所以,用方法2硫酸钡共沉淀射气闪烁法分析海水中镭-226时,得到较理想的结果。
海水中镭的分布很不均匀,活度在10-4到10-2(Bq/L)。海水中镭主要来自于海底沉积物钍-230的衰变,而通过间歇水扩散进入上覆水体中。根据前人的研究成果,海水中沉积物颗粒上镭的解析受多个因素的控制,包括pH、EH、盐度、粒度、岩性、铁/锰氧化物等。
海水中放射性镭-226的活度较高,比地表水要高出2~10倍。海水中镭基本呈溶解态,由于离子浓度的增加促使海底颗粒物上镭元素的解吸附。河流、淡水中的镭紧紧地吸附在固体颗粒物上,当取沉淀后的上清液分析用时,镭含量就明显降低了。
[1] |
国家环境保护局.GB 11214-89水中镭-226的分析测量[S].北京: 中国环境出版社, 1989.
|
[2] |
李婷, 周训, 龙汨, 等. 射气闪烁法测定地下热水的镭-226和氡-222浓度[J]. 地球科学与环境学报, 2014, 36(4): 127-133. DOI:10.3969/j.issn.1672-6561.2014.04.012 |
[3] |
袁晓婕, 郭占荣, 刘洁, 等. 咸水环境下沉积物中镭的解析特点[J]. 地球学报, 2014, 35(5): 582-588. |
[4] |
季仲强, 胡丹, 翁焕新, 等. 近岸海域226Ra的时空变化与海底地下水排泄(SGD)估算[J]. 地球化学, 2012, 41(1): 15-22. DOI:10.3969/j.issn.0379-1726.2012.01.002 |
[5] |
郑敏芳, 陈敏, 杨俊鸿, 等. 应用镭-226解读南极普里兹湾表层水的来源与运移[J]. 海洋学报, 2010, 32(4): 88-97. |
[6] |
陈敏, 李艳平, 邱雨生, 等. 白令峡水团来源的镭同位素示踪[J]. 海洋学报, 2011, 33(2): 69-75. |
[7] |
王亮, 张春明, 刘永叶, 等. 加强海洋放射性监测网络建设[J]. 专家论坛, 54-56. |