ГОСТ Р 53398-2009. Национальный стандарт Российской Федерации. Удобрения органические. Методы определения удельной активности техногенных радионуклидов
(утв. и введен в действие Приказом Ростехрегулирования от 17.09.2009 № 419-ст)
Примечание
Документ введен в действие с 1 июля 2010 года.
Утвержден и введен в действие
Приказом Федерального
агентства по техническому
регулированию и метрологии
от 17 сентября 2009 г. № 419-ст
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ТЕХНОГЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ
Organic fertilizers. Methods for determination of specific activity of anthropogenic radioactive nuclei
1 июля 2010 года
Предисловие
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения».
Сведения о стандарте
1. Разработан Государственным научным учреждением «Всероссийский научно-исследовательский, конструкторский и проектно-технологический институт органических удобрений и торфа» Российской академии сельскохозяйственных наук и Государственным научным учреждением «Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова» Российской академии сельскохозяйственных наук.
2. Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 25 «Качество почв и грунтов».
3. Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 17 сентября 2009 г. № 419-ст.
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет.
1. Область применения
Настоящий стандарт устанавливает методы определения {}^{137}Cs и {}^{90}Sr в органических удобрениях, сапропеле и торфе различных месторождений как на загрязненной, так и на незагрязненной территории с использованием радиохимического метода, сцинтилляционной гамма-спектрометрии и радиометрии.
Методы, устанавливаемые настоящим стандартом, позволяют определять {}^{137}Cs в интервале удельной активности 2 - 10^{4}\text{Бк}/\text{кг} и {}^{90}Sr в интервале — 0,2 — 200 Бк/кг.
Методы не применимы при анализе образцов органических удобрений, сапропеля и торфа, содержащих «свежие» продукты деления. Присутствие в образцах радионуклида {}^{40}K не препятствует определению радиоцезия данными методами. Экспресс-метод определения стронция не предусматривает разделение изотопов данного элемента.
Примечание. Требования к контролируемым показателям установлены в [1].
2. Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 6. Использование значений точности на практике
ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2006 Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий
ГОСТ 83-79 Реактивы. Натрий углекислый. Технические условия
ГОСТ 1770-74 (ИСО 1042-83, ИСО 4788-80) Посуда мерная лабораторная стеклянная. Цилиндры, мензурки, колбы, пробирки. Общие технические условия
ГОСТ 3760-79 Реактивы. Аммиак водный. Технические условия
ГОСТ 4461-77 Реактивы. Кислота азотная. Технические условия
ГОСТ 5396-77 Торф. Методы отбора проб
ГОСТ 5429-74 Реактивы. Стронций азотнокислый. Технические условия
ГОСТ 6709-72 Вода дистиллированная. Технические условия
ГОСТ 9147-80 Посуда и оборудование лабораторные фарфоровые. Технические условия
ГОСТ 12026-76 Бумага фильтровальная лабораторная. Технические условия
ГОСТ 17644-83 Торф. Методы отбора проб из залежи и обработки их для лабораторных испытаний
ГОСТ 24104-2001 Весы лабораторные. Общие технические требования
ГОСТ 25336-82 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Типы, основные параметры и размеры
ГОСТ 26712-94 Удобрения органические. Общие требования к методам анализа
ГОСТ 27451-87 Средства измерений ионизирующих излучений. Общие технические условия
Примечание. При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3. Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по [1], а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1. техногенная радиоактивность: Способность искусственно полученных изотопов элементов испускать ионизирующие излучения.
3.2. активность радионуклида: Мера радиоактивности какого-либо количества радионуклида, находящегося в данном энергетическом состоянии в данный момент времени.
Примечание. Меру радиоактивности A, Бк, вычисляют по формуле
где dN — ожидаемое число спонтанных ядерных превращений из данного ядерного состояния, происходящих за промежуток времени d\tau .
Единицей активности является 1 распад в секунду и имеет название беккерель (Бк).
3.3. удельная активность радионуклида, A_{m} : Отношение активности радионуклида A в веществе к массе вещества m.
Примечание. Единицей удельной активности является беккерель на кг (Бк/кг).
3.4. искусственные долгоживущие радионуклиды: Радиоактивные изотопы, полученные искусственным путем и имеющие период полураспада от нескольких лет и больше.
3.5. свежие продукты деления: Продукты деления, образующиеся сразу после деления ядра.
3.6. счетный образец: Вещество, находящееся в соприкосновении с детектором радиометрического прибора.
3.7. бета-активность: Способность вещества испускать бета-частицы (электроны или позитроны).
4. Сущность метода
Сущность метода определения {}^{137}Cs состоит в регистрации гамма-квантов, испускаемых ядрами {}^{137}Cs , сцинтилляционным гамма-спектрометром с дальнейшей обработкой гамма-спектра на персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ) или вручную.
При наличии в образцах {}^{106}Ru , {}^{125}Sb , а также продуктов распада {}^{226}Ra в концентрациях, сравнимых с концентрацией {}^{137}Cs , необходимо проводить дополнительную калибровку гамма-спектрометра.
Экспресс-метод определения {}^{90}Sr основан на извлечении стронция из золы органических удобрений и торфа, озоленных проб сапропеля раствором азотной кислоты молярной концентрации 6 моль/дм3, селективной экстракции стронция хлороформенным раствором дициклогексил-18-краун-6 из раствора азотной кислоты молярной концентрации 4 моль/дм3 с последующей доочисткой от {}^{137}Cs и солеобразующих примесей раствором азотной кислоты молярной концентрации 2 моль/дм3, реэкстракцией горячей дистиллированной водой и осаждением углекислого стронция.
Идентификация {}^{90}Sr проводится путем измерения радиоактивности тонкослойного счетного образца на низкофоновом бета-радиометре.
5. Средства измерений, вспомогательное оборудование, реактивы, материалы
Гамма-спектрометр «ПРОГРЕСС-ГАММА» (номер в Госреестре 15235-01) со сцинтилляционным блоком детектирования с кристаллом NaI(T1I) размерами 63 x 630 мм; значение минимально измеряемой активности (МИА) {}^{137}Cs 2 Бк/пробу. Относительная погрешность измерений — не более 30%.
Низкофоновый бета-радиометр, прошедший государственные испытания на соответствие ГОСТ 27451, значение минимально измеряемой активности {}^{90}Sr 0,2 Бк/пробу. Относительная погрешность измерений — не более 25%.
Комплект образцовых спектрометрических гамма-источников (ОСГИ).
Образцовый радиоактивный раствор (ОРР) цезия — цезий.
Весы лабораторные высокого, среднего класса с точностью взвешивания +/- 0,0002 г — по ГОСТ 24104.
Контрольный источник {}^{90}Sr + ^{90}Y типа 1СО.
Образцовый радиоактивный раствор (OPP^{90}Sr + ^{90}Y) .
Электроплитка с температурой нагрева не менее 120 °C.
Шланги вакуумные с внутренним диаметром 6 мм.
Бумага фильтровальная «белая» и «красная» лента — по ГОСТ 12026.
Фильтрационная ячейка диаметром 12 см.
Посуда мерная лабораторная стеклянная — по ГОСТ 1770.
Посуда стеклянная термостойкая — по ГОСТ 25336.
Чашки фарфоровые — по ГОСТ 9147.
Тигли фарфоровые — по ГОСТ 9147.
Шкаф сушильный термостатируемый.
Ступки агатовые диаметром 10 и 15 см с пестиком.
Индикаторная бумага, pH 0 — 12.
Кислота азотная — по ГОСТ 4461, х.ч.
Аммиак водный — по ГОСТ 3760, ч.д.а.
Натрий углекислый — по ГОСТ 83, ч.д.а.
Стронций азотнокислый — по ГОСТ 5429, ч.д.а.
Дициклогексил 18-краун-6 — по нормативному документу.
Спирт этиловый ректификованный, х.ч.
Вода дистиллированная — по ГОСТ 6709.
Допускается использование других средств измерений, материалов и реактивов, имеющих аналогичные или лучшие метрологические и технические характеристики, включенные в реестр средств измерений (СИ) Российской Федерации, прошедшие государственные испытания на соответствие требованиям технических условий.
6. Отбор проб
Отбор проб органических удобрений, сапропелей, торфа осуществляется по ГОСТ 5396, ГОСТ 17644, ГОСТ 26712.
7. Подготовка к проведению испытаний
7.1 Приготовление эталонных препаратов
В качестве градуировочного образца {}^{137}Cs , вводимого в эталонный препарат, следует использовать ОРР {}^{137}Cs .
Для измерения удельной активности {}^{137}Cs в сапропеле, низинном торфе или осадках сточных вод эталонный препарат готовится на основе натрия углекислого (соды).
Отбирают навеску соды массой 1 кг. Из этой навески отбирают в фарфоровую чашку или тигель 50 г соды, делают в ней воронкообразное углубление и осторожно мерной пипеткой вместимостью 5 см3 добавляют ОРР {}^{137}Cs . Активность введенного раствора должна находиться в интервале 600 — 1500 Бк, затем наливают 2 см3 дистиллированной воды, используемой для промывки пипетки. Тигель помещают в термостойкий шкаф и высушивают смесь при температуре 105 °C в течение 1 ч.
Сухую смесь тщательно растирают в 5 — 6 приемов в агатовой ступке и переносят в сосуд Маринелли с помощью шпателя и кальки, предварительно засыпав в него 100 г соды, герметизируют и встряхивают смесь в течение 20 мин. Добавляют оставшееся количество соды и интенсивным перемешиванием в течение 1,5 — 2 ч добиваются равномерного распределения градуировочного радиоактивного образца по всему объему эталонного препарата.
Эталонный препарат {}^{137}Cs для измерений проб органических удобрений, переходного и верхового торфа готовится на основе дистиллированной воды и ОРР {}^{137}Cs . Методика приготовления состоит в следующем: в мерную колбу объемом 1 дм3 наливают 900 см3 дистиллированной воды, добавляют 1 см3 концентрированной соляной кислоты и 1 мг хлорида цезия. Далее в колбу добавляют мерной пипеткой вместимостью 5 см3 ОРР {}^{137}Cs с активностью 600 Бк {}^{137}Cs , затем в колбу наливают 1 — 2 см3 дистиллированной воды, используемой для промывки пипетки. Объем раствора доводят до 1 дм3 дистиллированной водой и тщательно перемешивают. Полученный раствор наливают в сосуд Маринелли и используют в качестве эталона.
Приготовленные таким образом эталонные препараты хранятся в герметически закрытых сосудах не более 1 года.
7.2 Приготовление вспомогательных растворов
7.2.1 Приготовление азотной кислоты молярной концентрации 6 моль/дм3
В мерную колбу вместимостью 1 дм3 помещают 300 см3 дистиллированной воды и 433 см3 концентрированной азотной кислоты, затем тщательно перемешивают, доводят до метки дистиллированной водой, снова тщательно перемешивают. Срок хранения не ограничен.
7.2.2 Приготовление азотной кислоты молярной концентрации 4 моль/дм3
В мерную колбу вместимостью 1 дм3 помещают 300 см3 дистиллированной воды и 289 см3 концентрированной азотной кислоты, затем тщательно перемешивают, доводят до метки дистиллированной водой и снова тщательно перемешивают. Срок хранения не ограничен.
7.2.3 Приготовление азотной кислоты молярной концентрации 2 моль/дм3
В мерную колбу вместимостью 1 дм3 помещают 300 см3 дистиллированной воды и 145 см3 концентрированной азотной кислоты, затем тщательно перемешивают, доводят до метки дистиллированной водой и снова тщательно перемешивают. Срок хранения не ограничен.
7.2.4 Приготовление раствора краун-эфира
Для приготовления раствора краун-эфира 50 г дициклогексил 18-краун-6 растворяют в 950 г хлороформа.
Раствор краун-эфира хранится в герметически закрытом сосуде и используется не более 1 мес.
7.2.5 Раствор азотнокислого стронция массовой концентрации 50 мг стронция в 1 см3
В мерную колбу вместимостью 250 см3 помещают 30,202 г азотнокислого стронция, добавляют 100 см3 дистиллированной воды и 5 см3 раствора азотной кислоты молярной концентрации 6 моль/дм3, затем перемешивают и доводят дистиллированной водой до метки. Срок хранения не ограничен.
7.3 Градуировка спектрометра
В задачу градуировки сцинтилляционного гамма-спектрометра входит определение параметров установки, которые позволяют по экспериментальному спектру установить энергию и интенсивность гамма-излучения анализируемого образца.
7.3.1 Энергетическая градуировка гамма-спектрометра
Для определения энергии гамма-излучения следует установить взаимосвязь между энергией гамма-квантов и положением пиков полного поглощения (фотопиков) в экспериментальном спектре.
Для градуировки сцинтилляционного гамма-спектрометра для дальнейшего определения интенсивности \gamma - \text{излучение} {}^{137}Cs (E\gamma = 662\text{кэВ}) вполне достаточно двух изотопов из комплекта ОСГИ ( {}^{137}Cs и {}^{60}Co ). Получение спектра от этих изотопов целесообразно проводить в первой четверти памяти анализатора, добиваясь того, чтобы максимум пика {}^{137}Cs (E\gamma = 662\text{кэВ}) находился около 400-го канала, а пики от {}^{137}Cs и {}^{60}Co ( E\gamma = 1170 , E\gamma = 1330\text{кэВ} ) в районе 700-го и 800-го канала соответственно.
Положение пиков можно изменять путем изменения напряжения на блоке детектирования.
В случае ручной градуировки определяется зависимость энергии \gamma - \text{излучения} от номера канала, в котором находится максимум соответствующего пика.
Результаты целесообразно представить графически в виде линейной зависимости
где E — энергия гамма-квантов, испускаемых радионуклидом;
A и B — эмпирические константы. Константа A близка к нулю, константа B получила название энергетического шага и имеет размерность кэВ/канал;
N — номер канала, в котором находится максимум соответствующего фотопика.
При машинной обработке данные об энергии излучения и положении пика задаются в программу обработки \gamma - \text{спектров} ПЭВМ в программу «градуировка», а именно в память ПЭВМ вводятся номера каналов, в которых находятся максимумы пиков полного поглощения каждого изотопа, используемых при градуировке, и их энергию. Как правило, требуется ввести параметр и энергетический шаг спектрометра (кэВ/канал).
Когда энергетическая шкала спектрометра линейна и градуировочный график проходит через начало координат, задача сводится к определению шага спектрометра в килоэлектронвольтах (кэВ/канал).
Следует учитывать, что коэффициент усиления фотоэлектронного умножителя в блоке детектирования линейного усилителя анализатора может изменяться в зависимости от интенсивности излучения, падающего на детектор. Поэтому загрузка спектрометра при градуировке не должна резко отличаться от таковой при измерении образцов. Необходимую загрузку спектрометра обеспечивают использованием ОСГИ пониженной активности либо увеличением расстояния от источника до детектора.
Чтобы количество импульсов в фотопике подчинялось статистическому распределению Гаусса, в максимуме фотопика следует набрать не менее 4000 импульсов.
7.3.2 Определение фотоэффективности гамма-спектрометра
При определении удельной активности {}^{137}Cs в анализируемом образце по его характеристическому гамма-излучению (E\gamma = 662\text{кэВ}) необходимо определить связь между интенсивностью гамма-излучения с энергией 662 кэВ, испускаемого образцом, и количеством импульсов, зарегистрированных в пике полного поглощения (фотопике). Коэффициент пропорциональности между этими величинами получил название фотоэффективность спектрометра. Под фотоэффективностью спектрометра к гамма-излучению данной энергии и постоянных геометрических условиях понимается отношение числа зарегистрированных импульсов в фотопике к числу гамма-квантов данной энергии, испускаемых измеряемым образцом.
Фотоэффективность спектрометра определяют по формуле
\text{А } = \frac{S_{x}}{\eta Ak} , (2)
где S_{x} — площадь пика полного поглощения для энергии 622 кэВ;
\eta — квантовый выход гамма-излучения с энергией 622 кэВ для {}^{137}Cs , \eta = 0,851 ;
Ak — активность калибровочного препарата {}^{137}Cs .
При ручной обработке спектров численное значение площади пика полного поглощения вычисляют по формуле
S_{x} = \sum_{n_{1}}^{n_{2}} N_{i} - \frac{N_{1} + N_{2}}{2} (n_{2} - n_{1}) , (3)
где \sum N_{i} — количество импульсов, зарегистрированных в интервале n_{1} , n_{2} . Определяется путем операции суммирования на анализаторе в интервале каналов n_{1} , n_{2} ;
N_{1} — количество импульсов, зарегистрированных в канале n_{1} ;
N_{2} — количество импульсов, зарегистрированных в канале n_{2} ;
n_{2} — номер канала, соответствующий правой границе пика полного поглощения;
n_{1} — номер канала, соответствующий левой границе пика полного поглощения.
Определение фотоэффективности спектрометра необходимо проводить в строгом соответствии геометрии измеряемых проб эталонного препарата. Это достигается путем использования для измерения сосуда Маринелли.
В данном случае обеспечивается не только строгое соответствие в геометрии эталонных препаратов и анализируемых образцов, но и достигается оптимальное расположение измеряемого образца относительно детектора.
8. Определение содержания цезия-137
8.1 Подготовка спектрометрической установки к измерениям
Включить спектрометрическую установку, прогреть в течение 15 мин и, порциями 30 — 50 В, с интервалом 15 — 30 с, поднимать высокое напряжение на блоке высоковольтного питания до значений, указанных в паспорте блока детектирования (1000 — 15000 В). Через 30 мин после установления высокого напряжения на детекторе анализатор готов к работе.
Поместить на детектор из комплекта ОСГИ {}^{137}Cs и {}^{60}Co и провести набор спектра. Проверить энергетическую градуировку гамма-спектра. Поместить на детектор градуировочный препарат {}^{137}Cs на основе соды, проверить численное значение фотоэффективности.
Описанные операции следует выполнять ежедневно перед началом измерений, а также при использовании нового детектора, нового анализатора, после дезактивации детектора, защитного домика.
8.2 Проведение измерений
Поместить на детектор сосуд Маринелли с измеряемым образцом массой 1 кг (допускается уменьшение массы измеряемой пробы с целью соблюдения соответствия геометрии измерений для образца и эталона на основе соды).
Провести набор гамма-спектра. Время набора спектра устанавливается в зависимости от загрязнения образцов радиоцезием. При содержании {}^{137}Cs в пробе менее 100 Бк/кг время набора на АИ-1024-95 равняется 3277 с (32-й канал); 100 — 600 Бк/кг — 1639 с (16-й канал) и более 600 Бк/кг — 819 с (8-й канал).
8.3 Обработка результатов
После набора гамма-спектра следует провести его обработку, т.е. определить количество импульсов, зарегистрированных анализатором, соответствующих энергии гамма-квантов 662 кэВ.
При ручной обработке следует определить положение фотопика на спектре и сравнить положение максимума пика, полученного при наборе, с положением пика {}^{137}Cs в градуировочном препарате.
По графику энергетической градуировки гамма-спектрометра определить энергию, соответствующую максимуму фотопика {}^{137}Cs на спектре. Отклонение от табулированного значения E\gamma = 662\text{кэВ} не должно превышать 10 кэВ.
По формуле (3) по площади пика рассчитать количество импульсов в секунду в пике полного поглощения, соответствующее энергии гамма-излучения {}^{137}Cs (662 кэВ).
Удельную активность {}^{137}Cs в исследуемом образце A_{o} , Бк/кг, рассчитывают по формуле
A_{o} = \frac{S_{Cs}}{\eta Fm} , (4)
где S_{Cs} — количество импульсов в секунду в пике полного поглощения {}^{137}Cs ;
\eta — квантовый выход гамма-излучения с энергией 662 кэВ для {}^{137}Cs , \eta = 0,851 ;
F — фотоэффективность спектрометра;
m — масса измеряемого образца, кг.
Расчеты проводятся с точностью до одного десятичного знака после запятой, округление результатов исследований проводят до целых чисел.
При определении ошибки измерений, согласно ГОСТ Р ИСО 5725-6, необходимо учесть суммарную погрешность, которая является суммой погрешностей всех независимо измеряемых величин. В первом приближении суммарную ошибку \delta_{\Sigma} вычисляют по формуле
\delta_{\Sigma} = \sqrt{\delta_{s}^{2} + \delta_{f}^{2} + \delta_{a}^{2}} , (5)
где \delta_{s} — относительная ошибка в определении площади фотопика пробы;
\delta_{f} — относительная ошибка в определении площади фотопика градуировочного препарата;
\delta_{a} — относительная ошибка в определении активности градуировочного препарата.
Приемлемость результатов измерений, полученных в двух лабораториях ( X_{1\text{лаб}} и X_{2\text{лаб}} ), проверяют согласно ГОСТ Р ИСО 5725-6 с использованием значений предела воспроизводимости, приведенных в таблице 1.
9. Экспресс-метод определения содержания стронция-90
9.1 Подготовка проб к анализам
9.1.1 Подготовка проб сапропеля и низинного торфа
Из пяти проб, взятых пробоотборниками, для радиохимического анализа выбирают пробу, наиболее близкую по суммарной бета-активности к среднему значению. Пробу вынимают из пробоотборника, взвешивают целиком, высушивают до воздушно-сухого состояния и снова взвешивают.
Пробу прокаливают целиком при температуре 550 °C — 600 °C в течение 6 — 8 ч до полного удаления органического вещества. Периодически пробу вынимают из печи и перемешивают. После остывания прокаленную пробу взвешивают и определяют содержание золы K, %, по следующей формуле:
W_{0} — масса тигля с золой, г;
Методом квартования отбирают три навески массой 50 — 100 г.
На радиометре измеряют бета-активность в каждой из отобранных навесок. Проба считается хорошо гомогенизированной, если результаты измерений не различаются более чем в 1,5 раза от среднего значения. Если различия превышают указанное значение, то повторяют перемешивание и квартование.
Для радиохимического анализа выбирают навеску, суммарная бета-активность которой близка к среднему значению.
9.1.2 Подготовка проб органических удобрений, верхового и переходного торфа
Среднюю пробу измельчают и отбирают навеску массой 500 г методом квартования. Пробу озоляют в лотке из нержавеющей стали сначала при температуре 200 °C, а затем при температуре 550 °C — 600 °C в течение 6 ч до получения «белой золы». Определяют содержание золы по формуле (6).
Результаты записывают в рабочий журнал. Полученная зола поступает на радиохимический анализ.
9.2 Ход радиохимического анализа
9.2.1 Извлечение {}^{90}Sr из озоленной пробы или золы
Навеску озоленной пробы (золы) массой 50 г с записью результатов взвешивания до одного десятичного знака помещают в широкогорлую посуду (в термостойкую коническую колбу или стакан) вместимостью 500 см3. Приливают 50 см3 раствора азотной кислоты молярной концентрации 6 моль/дм3 и кипятят в течение 30 мин, накрыв колбу часовым стеклом.
Остывший и отстоявшийся раствор фильтруют через бумажный фильтр «белая лента» на воронке Бюхнера (только декантат). Фильтрат сохраняют.
К остатку вновь приливают 50 см3 раствора азотной кислоты молярной концентрации 6 моль/дм3 и кипятят в течение 30 мин, накрыв колбу часовым стеклом.
Остывший раствор вместе с остатком фильтруют через фильтр на воронке Бюхнера. Нерастворившийся остаток промывают на фильтре 60 см3 горячей дистиллированной водой. Остаток отбрасывают. Полученный фильтрат объединяют с первым. Общий объем фильтрата должен быть 150 — 160 см3.
9.2.2 Экстракция {}^{90}Sr
Полученный азотнокислый раствор помещают в делительную воронку вместимостью 500 см3 и подливают 50 см3 хлороформа, перемешивают в течение 1 — 2 мин, разделяют фазы. К азотнокислому раствору вновь приливают 50 см3 хлороформа и повторяют операции перемешивания и разделения фаз.
К азотнокислому раствору, находящемуся в делительной воронке, приливают 25 см3 5%-ного раствора дициклогексил-18-краун-6 в хлороформе и перемешивают в течение 1 мин. Фазы разделяют и записывают время разделения с точностью до 10 мин.
Хлороформенную фазу переносят в делительную воронку вместимостью 100 см3 и добавляют 20 см3 раствора азотной кислоты молярной концентрации 2 моль/дм3, перемешивают в течение 2 — 3 мин и разделяют фазы. К хлороформенной фазе вновь приливают 20 см3 раствора азотной кислоты молярной концентрации 2 моль/дм3 и повторяют перемешивание и разделение фаз.
9.2.3 Реэкстракция {}^{90}Sr
Органическую фазу помещают в делительную воронку вместимостью 100 см3 и приливают 25 см3 горячей дистиллированной воды (температура воды должна быть 70 °C — 80 °C), перемешивают в течение 2 мин и разделяют фазы. При перемешивании необходимо приоткрыть пробку делительной воронки.
Водную часть помещают в стеклянный стакан вместимостью 200 см3, а хлороформенную — в делительную воронку вместимостью 100 см3, вновь добавляют 25 см3 горячей дистиллированной воды, перемешивают в течение 2 мин и разделяют фазы. Водную фазу объединяют с первой порцией, хлороформенную помещают в делительную воронку и проводят реэкстракцию в третий раз по той же методике. Водную фазу объединяют с первыми двумя.
9.2.4 Осаждение карбоната стронция
В полученный водный раствор вносят 0,2 см3 раствора азотнокислого стронция массовой концентрацией Sr^{2 +} 50 мг/см3.
Далее раствор нейтрализуют насыщенным раствором углекислого аммония, содержащим 10 см3 гидроксида аммония на 100 см3 раствора, до щелочной реакции среды (pH = 10 по индикаторной бумаге). Раствор нагревают на электроплитке, дают сформироваться осадку в течение 10 — 15 мин.
Раствор фильтруют через фильтр «синяя лента» с помощью фильтрационной ячейки, промывают небольшим количеством дистиллированной воды, а затем этиловым спиртом (5 см3). По окончании фильтрации фильтр вынимают из фильтрационной ячейки, высушивают на воздухе и отправляют на радиометрию.
9.3 Радиометрические измерения
Радиометрические измерения выполняются с целью определения активности радионуклидов {}^{90}Sr и {}^{90}Y в подготовленных радиохимическим способом счетных образцах.
Включение радиометра и установление рабочего режима проводят в порядке, установленном в техническом описании на данный радиометр.
После установления рабочего режима выполняют контроль фоновой скорости счета радиометра n_{f} и скорости счета от контрольного источника n_{k} . Измерения фоновой скорости счета проводятся со стандартной подложкой.
Процедура измерений счетного образца включает:
- оценочное измерение скорости счета радиометра от ионизирующего стандартного образца (ИСО) с целью выбора времени экспозиции;
- выполнение с выбранным временем экспозиции симметричного цикла измерений с чередованием измерений фоновой скорости счета радиометра и скорости счета образца.
Время экспозиции \tau , с, при измерениях счетного образца выбирается в диапазоне 30 — 300 с, исходя из условий достижения статистической погрешности 5% — 30% в единичном измерении (суммарной) скорости счета радиометра n_{x} в соответствии с данными таблицы 2.
| Статистическая погрешность, % | 5 | 10 | 20 | 30 |
|---|---|---|---|---|
| Время экспозиции, с | 1600/n_{x} | 400/n_{x} | 100/n_{x} | 44/n_{x} |
Активность радионуклида в счетном образце A, Бк, определяется путем измерения скорости счета радиометром при регламентированных условиях, для которых предварительно определена чувствительность радиометра, по следующей формуле
A = (n_{o}/\epsilon)C_{n}C_{\lambda}C_{\epsilon} , (7)
где n_{o} — скорость счета ИСО, \text{имп} \cdot \text{с}^{- 1} \cdot \text{Бк}^{- 1} ; n_{o} = n_{x} - n_{f} ;
n_{x} — скорость счета радиометра при размещении в нем счетного образца, \text{имп} \cdot \text{с}^{- 1} \cdot \text{Бк}^{- 1} ;
n_{f} — фоновая скорость счета радиометра, \text{имп} \cdot \text{с}^{- 1} \cdot \text{Бк}^{- 1} ;
\epsilon — аттестованное значение чувствительности радиометра, \text{имп} \cdot \text{с}^{- 1} \cdot \text{Бк}^{- 1} ;
C_{n} — поправка, учитывающая собственные параметры радиометра (мертвое время) при больших значениях скорости счета;
C_{\lambda} — поправка на распад или накопление {}^{90}Y для приведения результатов к моменту химического выделения радионуклида;
C_{\epsilon} — поправка, учитывающая отличие условий измерения от условий градуировки радиометра по чувствительности.
Для приготовления счетных образцов должны применяться подложки, предварительно проверенные на отсутствие радиоактивного загрязнения. Размеры и масса вещества активной части счетного образца должны соответствовать техническим требованиям.
Симметричный цикл измерений счетного образца выполняется при выбранном времени экспозиции в четыре этапа:
- измерение фона (3 раза) измерение образца (5 раз);
- измерение фона (3 раза) измерение образца (5 раз);
- измерение фона (3 раза) измерение образца (5 раз);
- измерение фона (3 раза).
Измерение фоновой скорости счета радиометра производится с контрольной подложкой. За текущее время измерения данного счетного образца принимается время \tau_{n} середины (третье измерение) второй серии измерений счетного образца в цикле.
9.4 Обработка результатов измерений
Среднеарифметическое значение n_{f} и абсолютное среднеквадратичное отклонение S_{f} для результатов измерений фоновой скорости счета радиометра из совокупности всех результатов наблюдений рассчитывают по формулам
\overline{n_{f}} = \frac{\overline{N_{f}}}{\tau} , \overline{N_{f}} = \frac{\sum_{i = 1}^{m} N_{fi}}{m} ; (8)
S_{j} = \frac{1}{\tau} \sqrt{\frac{\sum_{i = 1}^{m} N_{fi}^{2} - m\overline{N_{f}^{2}}}{m(m - 1)}} , (9)
где \overline{N_{f}} — среднеарифметическое значение числа отсчета радиометра за время \tau ;
\tau — время экспозиции в секундах;
m — полное количество результатов наблюдений фона в регламентированном цикле (m = 12).
Значение минимальной измеряемой скорости счета (n_{min}) радиометра и минимальной измеряемой активности (A_{min}) данного радионуклида в счетном образце рассчитывают по формуле
n_{min} = 0,1 \sqrt{\overline{n_{f}}} , (10)
Совокупность результатов наблюдений скорости счета радиометра обрабатывается при измерениях счетного образца.
\overline{N_{x}} = \frac{\sum_{j = 1}^{l} N_{xj}}{l} ; \overline{n_{x}} = \frac{\overline{N_{x}}}{\tau} , (11)
S_{x} = \frac{1}{\tau} \sqrt{\frac{\sum_{j = 1}^{l} N_{xj}^{2} - l\overline{N_{x}^{2}}}{l(l - 1)}} , (12)
\overline{n_{x}} — среднеарифметическое значение единичного измерения образца;
\tau — время экспозиции в секундах;
j — порядковый номер результатов наблюдения числа отсчетов радиометра;
l — количество результатов наблюдений в регламентированном цикле (l = 15);
где \overline{N_{x}} — среднеарифметическое значение числа отсчетов радиометра за время при анализе образца.
Значение скорости счета радиометра, обусловленное регистрацией излучения измеряемого радионуклида в счетном образце, рассчитывают по формуле:
Данный результат относится к текущему времени измерения.
В случае n_{0}<n_{min} результат измерения активности радионуклида в счетном образце A, Бк, представляют в виде
где q — ошибка определения эталона, q = A_{min}(0,5 + 0,01\delta_{\epsilon}) ;
В случае n_{0}>n_{min} активность радионуклида в счетном образце A, Бк, рассчитывается по формуле (7). При этом:
- поправка C_{\epsilon} принимается для данного счетного образца на основании аттестованной зависимости чувствительности радиометра от массы активного вещества в счетном образце;
- поправка C_{n} = 1 + n_{x}\tau_{\text{м}} , где \tau_{\text{м}} — мертвое время радиометра, по результатам метрологической аттестации. При значениях n_{x}<1000 отсчет/с можно принять C_{n} = 1 ;
- поправку C_{\lambda} вычисляют по формуле
C_{\lambda} = \frac{1}{1 + \frac{\epsilon_{{}^{90}Y}}{\epsilon_{{}^{90}Sr}} (1 - e^{- \lambda\tau_{n}\tau_{b}})} , (15)
где \epsilon_{{}^{90}Y} и \epsilon_{{}^{90}Sr} — чувствительность радиометра при регистрации излучения радионуклидов {}^{90}Y и {}^{90}Sr , соответственно;
\tau_{n} — текущее время измерения счетного образца;
\tau_{b} — текущее время химического отделения {}^{90}Sr от {}^{90}Y ;
Определение удельной активности {}^{90}Sr в воздушно-сухом образце L, Бк/кг, проводится по формуле
где A — активность {}^{90}Sr в счетном образце, Бк;
W = 0,95 — химический выход стронция.
Вычисления проводятся с точностью до второго знака после запятой, округление проводят до одной десятой.
Абсолютную погрешность определения активности радионуклидов в счетном образце рассчитывают по формуле
\Delta_{A} = A^{2}(\frac{\sqrt{S_{f}^{2} + S_{x}^{2}}}{n_{o}} + 0,01\delta_{\epsilon}) , (17)
где \delta_{\epsilon} — относительная погрешность аттестации радиометра по чувствительности, %.
9.5 Оформление результатов радиометрических измерений
Результаты радиометрических измерений в протоколах испытаний должны быть представлены в виде таблицы (см. таблицу 3).
| № п/п | № образца | Количество серий | Скорость счета, имп/сек | Активность, Бк | Погрешность абсолютная, Бк |
|---|---|---|---|---|---|
9.6 Обработка результатов
Удельная активность {}^{90}Sr в анализируемых образцах рассчитывается по формуле (16).
Погрешность определения {}^{90}Sr складывается из погрешностей определения активности измеряемого образца, массы анализируемой навески и химического выхода {}^{90}Sr .
В целом относительную погрешность определения, \delta_{\Sigma} рассчитывают по формуле
\delta_{\Sigma} = \sqrt{\delta_{A}^{2} + \delta_{W}^{2} + \delta_{m}^{2}} , (18)
где \delta_{A} — относительная погрешность определения активности образца
\delta_{W} — относительная погрешность определения химического выхода {}^{90}Sr ;
\delta_{m} — относительная погрешность определения массы, анализируемой навески.
Как правило, относительная погрешность определения активности образца значительно больше, чем сумма относительных погрешностей остальных измеряемых величин:
10. Метрологические характеристики
Методы определения удельной активности техногенных радионуклидов обеспечивают получение результатов измерений с метрологическими характеристиками, не превышающими значений, приведенных в таблице 1.
Приемлемость результатов измерений, полученных в двух лабораториях ( X_{1\text{лаб}} и X_{2\text{лаб}} ), проверяют согласно ГОСТ Р ИСО 5725-6 с использованием значений предела воспроизводимости, приведенных в таблице 1.
11. Контроль качества результатов измерений
Контроль качества результатов измерений в лаборатории предусматривает проверку стабильности результатов измерений с учетом требований ГОСТ Р ИСО 5725-6. Общие требования к компетентности лабораторий в проведении испытаний по ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025.
12. Требования безопасности и квалификации персонала
Радиохимики или агрохимики, работающие или временно привлекаемые к радиохимическому анализу и изготовлению эталонных препаратов, должны руководствоваться [1] - [3].
При эксплуатации бета-радиометров должны соблюдаться правила и требования [4].
Радиохимические анализы должны выполняться персоналом, имеющим специальное высшее или среднее химическое образование.
Радиометрические измерения должны проводиться персоналом, имеющим соответствующую квалификационную группу по технике безопасности при работе на электроустановках по [4].
Весь персонал, занятый при проведении анализов и радиометрических измерений, должен быть допущен медицинскими органами к работе с радиоактивными источниками.
Библиография
| [1] | СП 2.6.1.758-99 | Нормы радиационной безопасности (НРБ 99) |
|---|---|---|
| [2] | ОСП-99 | Основные санитарные правила работы с радиоактивными веществами и другими источниками ионизирующих излучений |
| [3] | СП 2.6.1.799-99 | Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности |
| [4] | ПОТ РМ-016-2001 РД 153-34.0-03.150-2000 |
Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок. Утв. Постановлением Минтруда РФ от 05.01.2001 № 3 и Приказом Минэнерго РФ от 27.12.2000 № 163 |