90Y在不同材料器壁上的吸附性能

宋志君，丁有錢，張生棟，崔安智，楊志紅

中國原子能科學研究院 放射化學研究所，北京 102413

90Sr是親骨性核素，是環境監測的重點放射性核素之一。90Sr(T1/2=28.8 a)含量常通過測量其子體核素90Y(T1/2=64.1 h)的量來確定。實驗發現，簡單的轉移操作就會造成樣品中90Y的丟失，這必然會對90Sr的分析帶來一定的不確定度。因此，要準確測定90Sr必須確保操作過程中90Y不丟失，或準確知道過程中90Y的損失量。

90Y的丟失主要是由實驗容器壁吸附所致，文獻對此報道很少?！读炎儺a物分析》[1]中提到了包括144Ce、103Ru、137Cs在內的19種放射性核素在聚乙烯和玻璃材料上的保留率。但是，沒有關于90Y吸附的詳細數據。這主要是由于實驗缺乏合適的示蹤劑用于Y的吸附行為研究。

本工作以90Sr-90Y為示蹤劑，通過對幾種影響因素的研究來建立90Y吸附研究的方法。另外，考慮到聚乙烯、聚丙烯和玻璃是實驗室常用的3種材料，因此，本工作主要研究90Y在這3種材料上的吸附行為，以提出避免吸附損失的措施。

1 實驗部分

1.1 儀器

pHS-3B精密pH計，上海精密科學儀器有限公司；800型離心沉淀器，上海手術器械十廠；DSP-Scint井型NaI(Tl)γ能譜儀，美國ORTEC公司。

1.2 試劑和溶液的配制

HAc-NH4Ac緩沖溶液：0.2 mol/L,pH=3.78；HDEHP-二甲苯溶液：0.75 mol/L；0.1 mol/L NaNO3溶液，用HNO3、氨水調節溶液pH=0.045、1.23、1.94、3.02、4.01、4.92、5.99、7.01、7.83、8.98、9.97；所用試劑均為分析純。

1.3 實驗方法

1.3.190Sr-90Y指示劑的制備[1]取1 mL高放廢液(介質0.75 mol/L HNO3)于萃取離心管中，加入1 mL HAc-NH4Ac緩沖溶液，2 mL 0.75 mol/L HDEHP-二甲苯萃取劑。振蕩2 min，離心棄水相。有機相中加入2 mL HAc-NH4Ac緩沖溶液洗滌2次，用2 mL 0.3 mol/L HNO3反萃。水相移至小燒杯中，在電爐上加熱至近干，以除去HNO3。用約3 mL去離子水溶解，移至塑料小壺中備用。

1.3.290Y的吸附及測量 取規格分別為φ12 mm×60 mm,φ12 mm×40 mm,φ12 mm×55 mm的聚乙烯、聚丙烯和玻璃管各數只。將2 mL不同pH值的NaNO3溶液加入到不同材料的測量管中，分別滴加90Sr示蹤劑。放置兩個星期后，90Sr-90Y基本達到衰變平衡。采用NaI(Tl)探測器對90Sr-90Y的韌致輻射進行第1次測量。測量后將溶液取出，加入不含示蹤劑的相應pH值的溶液2 mL，進行第2次測量。

2 結果和討論

2.1 90Sr-90Y示蹤劑的純度

本實驗采用的高放廢液，已經過一個陰離子柱，除去了U、Np、Pu等錒系元素，且由于放置時間很長，短壽命核素已經衰變完畢，因此，處理后的溶液中剩下的核素主要是90Sr和137Cs。對1.3.1節中各部分溶液進行γ放射性測量，考察方法對137Cs的去污效果。結果表明，各部分溶液中137Cs的計數率分別為：萃取后水相，5 556 s-1；第1次洗滌水相，116 s-1；第2次洗滌水相，18 s-1；反萃有機相，6 s-1；反萃水相，7 s-1。因此，本法對137Cs的去污因子約為800((5 556+116+18+7+6)/7≈800)。90Sr-90Y樣品中(總體積3 mL)137Cs總計數率為7 s-1，由于每次實驗時僅取0.1 mL，因此137Cs對測量影響很小，可以忽略。即制備的90Sr-90Y示蹤劑可滿足實驗要求。

2.2 吸附核素的確定

實驗中采用90Sr-90Y的平衡體作為示蹤劑，而非純90Y的溶液，因此需要確定90Sr是否吸附在容器內壁以及吸附率的大小。因此，將第2次測量后的樣品放置10 d，第3次測量其強度。利用90Sr(T1/2=28.8 a)、90Y(T1/2=64.1 h)半衰期不同，根據3次測量結果判定吸附核素。3次測量的計數率用C1、C2、C3表示，存在3種情況：1) 如果吸附在內壁的核素主要是90Y，則經10 d衰變以后，放射性強度將下降，C3C2。

實驗結果符合第1種情況，且C3值接近本底計數率。這說明吸附在容器內壁的核素為90Y，在實驗范圍內，容器對90Sr的吸附可以忽略不計。

2.3 吸附量的確定

由于原子核在進行β衰變時，發射出的高能電子在原子核電場內慢化時會放出一種連續的電磁波(光子)，即韌致輻射。韌致輻射可被NaI探測器測量，且韌致輻射總能量與β粒子能量的平方成正比。90Y β電子的能量達到2.29 MeV，而90Sr只有0.546 MeV。因此，通過設置閾值(150 keV)[2]可以排除90Sr的干擾，使測得的計數都來自90Y的韌致輻射。則90Y的吸附率為第2次測量和第1次測量得到計數率的比值，即C2/C1×100%。

第1次測量后將溶液取出時，可能會有少量液體殘留在測量管內壁，使第2次測量得到的C2值偏高。為此，以137Cs為示蹤劑，考察一滴溶液占加入總放射性的份額。將137Cs示蹤劑加入測量管中，總計數率為5 534 s-1，稀釋至2 mL；用滴管將溶液取出，回滴1滴溶液。然后加入等體積不含示蹤劑的溶液，測其計數率為22 s-1。因此一滴溶液的放射性只占加入總放射性的0.4%。在實際操作時，注意盡量將溶液完全取凈。因此，實際上溶液殘留的影響遠小于0.4%，其對C2值的影響可以忽略。

2.4 pH值對90Y吸附率的影響

不同pH值下，90Y在玻璃、聚乙烯、聚丙烯上的吸附率(Y)示于圖1。從圖1可以看出：1) 3種材料中，pH值對90Y吸附率的影響規律基本相同，說明這種變化趨向不是由材料所決定的，而主要受90Y存在形式的影響；2) pH<3時，90Y在3種材料中的吸附率都很小，不足2%；3) 玻璃的吸附遠大于聚丙烯和聚乙烯；在pH<7時，在聚丙烯上的吸附大于在聚乙烯上的吸附；而在pH>7時，情況相反。

因此，在90Sr-90Y的實驗中，應盡量選用聚丙烯或聚乙烯作為容器，避免使用玻璃容器。同時，盡量使溶液的pH<3，則可避免90Y的吸附丟失。

圖1 不同pH下90Y在3種材料上的吸附率Fig.1 Adsorption of 90Y on the three materials under different pH values◆——玻璃(Glass)，●——聚乙烯(Polyethylene)，▲——聚丙烯(Polypropylene)

2.5 對吸附機理的簡單探討

聚丙烯、聚乙烯和玻璃材料的制作都經歷了過冷過程[3]，使鍵發生扭曲和破壞，因此表面具有很好的吸附能；玻璃可作為正、負離子交換劑，而聚丙烯、聚乙烯等在氧化、光或熱等作用下，其表面可形成羧基及其衍生物，這些基團同樣具有吸附性。所以這些材料從溶液中吸附離子這一現象可以理解。

3 結 論

在有關90Sr-90Y的實驗中，應盡量選用聚丙烯或聚乙烯作為容器，避免使用玻璃容器。同時，盡量使溶液的pH<3，則可避免90Y的吸附丟失。

[1] 郭景儒，黃浩新.裂變產物分析[M].北京：原子能出版社，1985：373.

[2] 孫宏清，丁有錢，楊志紅，等.韌致輻射法同時測量非平衡體中90Sr和90Y[J].核化學與放射化學,2009,31(4):202-205.

[3] Robertson D E. The Adsorption of Trace Elements in Sea Water on Various Container Surface[J]. Anal Chim Acta, 1968, 42: 533-536.

[4] Won M J. Studies on Carrier-Free Yttrium-90 With Membrane Fitlers[J]. Korean Chem Soc, 1970, 14(4): 347-355.

[5] LI Wei-juan, DING You-qian, TAO Zu-yi. Americium(Ⅲ) Adsorption on Polyethylene From Very Dilute Aqueous Solutions[J]. J Radioanal Nucl Chem, 2001, 250(3): 497-500.