玻璃纖維濾紙型氣溶膠中210Pb、210Po的同時測定方法

鐘春明，黃宇琦

（核工業(yè)230研究所，湖南長沙 410007）

玻璃纖維濾紙型氣溶膠中210Pb、210Po的同時測定方法

鐘春明，黃宇琦

（核工業(yè)230研究所，湖南長沙 410007）

試驗介紹了用銅箔自沉積鍍片方法同時測定氣溶膠中210Pb和210Po放射性活度。針對玻璃纖維濾紙型氣溶膠提出了全溶法和浸洗法。并對兩種方法測量結(jié)果進行比對，測量結(jié)果顯示，全溶法測量結(jié)果比浸洗法結(jié)果高10%以上，測量結(jié)果準確度更高。

氣溶膠；210Pb；210Po；玻璃纖維濾紙；方法

放射性核素210Pb和210Po是鈾系（238U）天然放射性核素衰變鏈的中間產(chǎn)物。其中210Pb發(fā)生β衰變生成子體210Bi，半衰期為22.3年。210Bi為210Pb和210Po的中間產(chǎn)物，發(fā)生β衰變，半衰期為5.01天。210Po為α放射性核素，半衰期為138.4天［1］。

210Pb和210Po主要從土壤或水體中擴散至空氣中，然后迅速和空氣中的微塵粒子結(jié)合形成氣溶膠顆粒，再通過干、濕沉降從空氣中沉積于陸地表面或者進入湖泊、海洋。氣溶膠中210Pb和210Po測量過程主要包括了濾紙采集、樣品制備、樣品測量以及樣品校準等環(huán)節(jié)。氣溶膠的采集可根據(jù)EJ／T 1036－1996《輻射工作場所空氣取樣的一般規(guī)定》進行采樣［2］。目前，氣溶膠中210Pb、210Po的測量方法主要α能譜法、總β計數(shù)法和γ能譜法等［3］。

根據(jù)王玉學、郭冬發(fā)、王哲等人所著《銅箔恒溫自沉積總α、總β計數(shù)法快速聯(lián)測巖石、土壤及沉積物樣品中的210Pb、210Bi、210Po》中提出的聯(lián)測方法［4］，針對氣溶膠樣品的特性加以改進并提出了氣溶膠中210Pb、210Po同時測定方法。氣溶膠中210Pb、210Po的測量方法為熔樣后在特定的鹽酸介質(zhì)體系中進行鍍片，在低本底α、β測量儀上進行總α總β測量。一般步驟可分為熔樣、鍍片、儀器測定。根據(jù)市面調(diào)查，對于大流量的空氣采樣，一般采用玻璃纖維濾紙（25 cm×20 cm）采樣。由于玻璃纖維濾紙不能直接高溫灰化并且一般的酸也難以熔融，本文提出了全溶法和浸洗法兩種氣溶膠提取方法并對測量結(jié)果進行比對分析。

1 試驗部分

1.1主要儀器和試劑

1.1.1 儀 器

1.BH1216型低本底α、β測量儀（北京核儀器廠產(chǎn)）。

2.恒溫振蕩器。

1.1.2 試 劑

1.210Pb－210Bi－210Po平衡標準溶液（GBW04127 1.0 Bq／mL），0.5 mol／L HCl＋3.5 mol／L NaCl介質(zhì)；GBW04123標準物質(zhì)。

2.硝酸（ρ＝1.40 g／mL，分析純）。

3.硝酸（1＋1）。

4.鹽酸（ρ＝1.19 g／mL，分析純）。

5.氫氟酸（ρ＝1.13 g／m L，分析純）。

6.高氯酸（ρ＝1.68 g／m L，分析純）。

7.抗壞血酸（分析純）。

8.鹽酸－氯化鈉溶液（0.5 mol／L HCl＋3.5 mol／L NaCl）。

9.Φ20 mm銅箔（單面涂有環(huán)氧涂料）。

1.2試驗方法

1.2.1 溶 礦

1.2.1.1 全溶法

將玻璃纖維濾紙氣溶膠疊成小塊放入100 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入硝酸（ρ＝1.40 g／m L）15mL，加入氫氟酸（ρ＝1.13 g／mL）30 mL，高氯酸（ρ＝1.68 g／mL）5 m L，在控溫電爐上低溫（150～200℃）加熱溶解，若黑色物質(zhì)（主要為有機物）較多，可適當增加氫氟酸和高氯酸的用量。高氯酸冒白煙將盡后即取下。稍冷，用0.5 mol／L HCl＋3.5 mol／L NaCl溶液60 mL分次溫熱提取，再用30 m L 0.5 mol／L HCl＋3.5 mol／L NaCl溶液沖洗聚四氟乙烯燒杯2～3次，提取液以及沖洗液全部轉(zhuǎn)入100 m L容量瓶中，用0.5 mol／L HCl＋3.5 mol／L NaCl溶液定容至100 mL。獲得介質(zhì)為HCl（0.5mol／L）＋NaCl（3.5mol／L）的測量液A 100 mL。

1.2.1.2 浸洗法

將剪成小塊狀（約2 cm×2 cm尺寸）的玻璃纖維濾紙氣溶膠，放入100 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入高氯酸（ρ＝1.68 g／mL）10 mL，加入1.40 g／mL硝酸直至將濾紙浸過表面0.5 cm，在控溫電爐上低溫（150～200℃）加熱浸取。20～30 min后，用1∶1硝酸將小塊狀濾紙依次洗出。若洗出的小塊濾紙顏色依然較深，可反復浸取2～3次。浸出液繼續(xù)在低溫爐上蒸至約20 m L小體積后，向浸出液中加入氫氟酸（ρ＝1.13 g／m L）15mL，高氯酸（ρ＝1.68 g／mL）5 mL。高氯酸冒白煙將盡后即取下。稍冷，用0.5 mol／L HCl＋3.5 mol／L NaCl溶液60 m L分次溫熱提取，再用30 mL 0.5 mol／L HCl＋3.5 mol／L NaCl溶液沖洗聚四氟乙烯燒杯2～3次，提取液以及沖洗液全部轉(zhuǎn)入100 mL容量瓶中，用0.5 mol／L HCl＋3.5 mol／L NaCl溶液定容至100 mL。獲得介質(zhì)為HCl（0.5 mol／L）＋NaCl（3.5mol／L）的測量液B 100 mL。

1.2.2 樣品源的制備

將銅箔一面用砂紙打磨，避免其表面氧化膜妨礙自鍍，并用HCl（0.5 mol／L）浸泡5 min，取出清洗待用。分取25 mL已制備好的測量液A和B，轉(zhuǎn)入100 mL錐形瓶中，并加入0.50 g抗壞血酸，溶液黃色褪去后，均勻搖動。加入已預處理好的套有浮圈的銅箔一枚，將錐形瓶放入已恒溫至90℃的水浴恒溫振蕩器中，在振速為140 r／min、振幅20 mm下，振蕩制源80 min，并記錄制源中間時刻T1。

取出銅箔，用蒸餾水仔細沖洗銅箔兩面。將銅箔于室溫下放置10 h，去除短壽命α、β型放射性核素對測量產(chǎn)生的干擾，同時晾干水份。測量前去掉浮圈。

1.2.3 對比源和刻度源的制備

1.2.3.1 對比源的制備

準確稱取0.100 0～0.200 0 g GBW04123標準物質(zhì)于100 mL聚四氟乙烯燒杯中，按照（1.2.1）和（1.2.2）同樣的步驟進行對比源的溶礦和刻度源制備。并記錄制源中間時刻。

1.2.3.2 刻度源的制備

準確分取10.0mL210Pb－210Bi－210Po平衡標準溶液于100 mL錐形瓶中，按照（1.2.2）同樣的步驟進行標準刻度源制備。并記錄制源中間時刻。

1.2.4 測 量

將空白源、樣品源、對比源和刻度源的活性面朝上，放在低本底α、β測量儀的不銹鋼樣品盤中心，測量總α計數(shù)率和總β計數(shù)率，記錄測量中間時刻T2。1.2.4.1 試劑空白源、樣品源和刻度源的最小測量時間的計算

試劑空白源、樣品源和刻度源的最小測量時間，可分別按式（1）和式（2）進行估算：

式中：tc為對樣品源或刻度源進行總α計數(shù)或總β計數(shù)所需要的最小測量時間／min；tb為對試劑空白源進行總α計數(shù)或總β計數(shù)所需要的最小測量時間／min；Nc為通過粗測樣品源或刻度源后獲得的含試劑空白和儀器本底的總α（Nα，x）或總β（Nβ，x）計數(shù)率／cpm；Nb為通過粗測試劑空白源后獲得的總α（Nα，k）或總β（Nβ，k）計數(shù)率／cpm；E為預定的凈計數(shù)率相對標準誤差其中σ為凈計數(shù)率標準誤差）。

1.2.4.2 刻度系數(shù)的計算

儀器對210Bi、210Po的刻度系數(shù)見式（3）和式（4）：

式中：KBi為儀器對210Bi的刻度系數(shù)／Bq·cpm－1；KPo為儀器對210Po的刻度系數(shù)／Bq·cpm－1；Nα，S為通過刻度源獲得的表征210Po活度的總α凈計數(shù)率（刻度源總α計數(shù)率－空白源總α計數(shù)率）／cpm；Nβ，S為通過刻度源獲得的表征210Bi活度的總β凈計數(shù)率（刻度源總β計數(shù)率－空白源總β計數(shù)率）／cpm；ABi為刻度源中210Bi的活度／Bq；APo為刻度源中210Po的活度／Bq；λ1為210Bi的衰變常數(shù)／h－1；λ2為210Po的衰變常數(shù)／h－1；t′為刻度源制源中間時刻與測量中間時刻的時間間隔／h。

1.2.4.3 結(jié)果計算

樣品中210Pb、210Po的放射性比活度計算公式分別見式（5）和式（6）：

式中：A210Pb為樣品中210Pb的放射性比活度／Bq·m－3；A210Po為樣品中210Po的放射性比活度／Bq·m－3；Nα為通過樣品源獲得的表征210Po活度的總α凈計數(shù)率（樣品源總α計數(shù)率－空白源總α計數(shù)率）／cpm；Nβ為通過樣品源獲得的表征210Bi（210Pb）活度的總β凈計數(shù)率（樣品源總β計數(shù)率－空白源總β計數(shù)率）／cpm；t″為樣品源制備中間時刻與樣品源測量中間時刻的時間間隔／h；V為氣溶膠樣品標準取樣量／m3；n為鍍片分取體積倍數(shù)。

2 結(jié)果與討論

本次選取的氣溶膠測量樣品為衡陽市某鈾礦冶煉廠周邊輻射環(huán)境調(diào)查樣品。在標況體積狀態(tài)下，各樣品取樣體積均大于1 000m3，取樣時間大于20 h，以保證樣品的代表性。濾紙為25 cm×20 cm的玻璃纖維濾紙。每份濾紙平均分成12.5 cm×10 cm的兩份濾紙，分別進行全溶法和濾紙浸洗法試驗。氣溶膠樣品濾紙全溶法和浸洗溶出法210Po、210Pb測量結(jié)果見表1、表2，比對源GBW04123結(jié)果見表3。

表1 全溶法和浸洗法210Po測量結(jié)果對比

表2 全溶法和浸洗溶出法210Pb測量結(jié)果對比

表3 比對源GBW04123210Po、210Pb測量結(jié)果

由表1、表2數(shù)據(jù)可知，在測量氣溶膠中210Pb、210Po用全溶法和浸洗溶出法時，全溶法測量結(jié)果普遍比浸洗法測量結(jié)果高10%以上。由于面積較大的玻璃纖維濾紙較難溶解，在使用浸洗法處理玻璃纖維濾紙時，210Pb、210Po的回收率難以保障，造成測量結(jié)果偏低。通過表3比對源GBW04123中210Pb、210Po測量結(jié)果可知，根據(jù)《銅箔恒溫自沉積總α、總β計數(shù)法快速聯(lián)測巖石、土壤及沉積物樣品中的210Pb、210Bi、210Po》中的測量方法，測量氣溶膠樣品中210Pb、210Po同樣可以得到很好的分析結(jié)果，能夠滿足一般測量精度要求。

3 結(jié) 論

1.本文通過對采用玻璃纖維濾紙采集的氣溶膠中210Pb、210Po測量方法分析，提出了全溶法和浸洗法兩種測量分析方法。通過分析結(jié)果對比，全溶法測量精度較高，210Pb、210Po測量結(jié)果比浸洗法測量結(jié)果高10%以上。

2.銅箔恒溫自沉積總α、總β計數(shù)法應用到氣溶膠中210Pb、210Po測量分析時，測量結(jié)果可靠，精度較高。

3.由于市面上空氣采樣濾紙一般為玻璃纖維濾紙，玻璃纖維濾紙不可高溫灰化，可用氫氟酸進行熔樣提取。在熔樣過程中，氫氟酸應分多次少量加入聚四氟乙烯燒杯中，以防反應過于激烈濺出。

4.為提高測量結(jié)果的準確性和可追溯性，在氣溶膠采樣過程中，應準確記錄采樣完成時的時間日期。

［1］ 潘自強.電離輻射環(huán)境監(jiān)測與評價［M］.北京：原子能出版社，2007.

［2］ EJ／T 1036－1996，輻射工作場所空氣取樣的一般規(guī)定［S］.

［3］ 王玉學，郭冬發(fā)，王哲，等.210Pb、210Bi和210Po測試技術(shù)研究進展與現(xiàn)狀［J］.鈾礦冶，2014，（4）：242－251.

［4］ 王玉學，郭冬發(fā)，王哲，等.銅箔恒溫自沉積總α、總β計數(shù)法快速聯(lián)測巖石、土壤及沉積物樣品中的210Pb、210Bi、210Po［J］.鈾礦地質(zhì)，2013，29（3）：179－192.

M ethods for Sim ultaneously M easuring of210Pb and210Po in the Fiberglass Filter Parer Type of Atmospheric Aerosol

ZHONG Chun-ming，HUANG Yu-qi
（ResearchInstituteNo.230，CNNC，Changsha410007，China）

Methods for simultaneouslymeasuring radioactive intensit of210Pb and210Po in atmospheric aerosol on Cu foil is studied in this paper.And it aimed at the fiberglass filter parer type of atmospheric aerosol to propose the completely sample melting method and immersion cleaning method.Two methods and the measurement results are compared，themeasurement show that the completely sample meltingmethod results is higher 10%than immersion cleaningmethod results，and the accuracy of themeasurement results is higher.

atmospheric aerosol；210Pb；210Po；fiberglass filter parer；method

TG115.3＋1

：A

：1003－5540（2016）06－0077－04

2016－10－18

鐘春明（1986－），男，工程師，主要從事分析檢測、輻射環(huán)境監(jiān)測工作。