沿海地區地下水鍶- 90 分析方法研究

王文軍 王 雪 曹鵬濤 丁 娜 王志玉 徐繼圓

（連云港輻射環境監測管理站，江蘇 連云港 222047）

1 概述

在放射性污染物中，鍶-90 是人工核素，是核裂變產物，裂變產額較高，它不僅是核爆的裂變產物，也是核燃料后處理廠廢物的重要放射性成分[1]。鍶-90 屬于高毒性核素，在體內的行徑與鈣相似，是典型的親骨核素。鍶經胃腸道、呼吸道、皮膚和傷口進入人體，并大部分蓄積于骨骼中，它在骨骼中的生物半衰期非常長，其自身及子體會產生高能β 射線，會對沉積處附近的骨骼組織和骨髓造血組織產生較大輻射損傷[2]，遠期效應可以致癌。因此在有核電站的區域，對鍶-90 的監測占有重要位置。

江蘇省田灣核電站外圍輻射環境監測點位和項目較多，尤其以放射性核素鍶-90 的分析監測最為復雜。鍶-90 是半衰期為28.6a 的β 放射性核素，β 射線最大能量0.546MeV。其衰變子體釔-90 亦為β 發射體，射線最大能量2.288MeV，半衰期64.1h。在實驗室中為提高β 探測效率，通常測量樣品中與鍶-90 達到放射性平衡后的釔-90 的β 計數來反推鍶-90 的放射性活度濃度[3]。鍶-90 分析過程中的干擾因素繁多且復雜，國內主要采用沉淀分離(發煙硝酸沉淀法) 、溶劑萃取、固液分離等物理化學過程[4]實現鍶-90 與干擾粒子的分離。發煙硝酸法分析穩定性好、準確度高，但發煙硝酸使用量大，腐蝕性強，且分析周期長，國內僅有少數實驗室應用。

目前鍶-90 分析方法主要以《水和生物樣品灰中鍶-90 的放射化學分析方法》中快速法（二-（2-乙基己基）磷酸萃取色層法）[5]為主，但受方法限制，除雜質能力較差，不適用于復雜樣品分析。沿海地下水成分相對復雜，雜質含量較多，傳統的快速法不能給出準確測量數值。所以急需一種快速、穩定、準確的鍶-90 復雜水樣分析方法，擬對田灣核電站外圍高公島地下水樣品開展鍶-90 分析方法研究，以傳統快速法為主，同時以發煙硝酸法進行方法驗證，對傳統快速法進行相應的方法改進，提高快速法除雜能力以及分析結果的準確性。

2 實驗部分

2.1 實驗原理

2.1.1 二-（2-乙基己基）磷酸萃取色層法

水樣經過預處理，調節酸度后，溶液通過涂有二-(2- 乙基己基)磷酸(簡稱HDEHP)的聚三氟氯乙烯(簡稱Ke1-F)色層柱定量吸附釔，使釔與鍶、銫等低價離子分離。再以1.5 mol/L 的硝酸淋洗色層柱，清除釔以外的被吸附的鈰、鉅等稀土元素離子。并以6 mol/L 的硝酸解吸釔，以草酸釔沉淀的形式進行β 計數和稱重。

2.1.2 發煙硝酸沉淀法

用發煙硝酸沉淀法除去水樣中鈣和大部分其他干擾離子，用鉻酸鋇沉淀除去鐳、鉛和鋇，用氫氧化鐵除去其他裂變產物。放置14d 后分離測量釔-90 的β 計數，從而確定鍶-90 的β計數，從而確定鍶-90 的放射性活度濃度。

2.2 測量儀器

MPC9604 低本底α、β 測量儀，美國ORTEC 制造；儀器β 本底為(6.7-10)×10-3cps；β效率對90Sr-90Y 大于80%(2π)。

2.3 分析步驟及結果計算

詳細步驟見HJ815-2016《水和生物樣品灰中鍶-90 的放射化學分析方法》

3 實驗部分

3.1 往年數據比較

表1 列出了2015-2017 年度沿海三個地區地下水鍶-90 分析結果及釔的化學回收率，從結果可以看出高公島地下水分析結果明顯高于其他兩個地區點位且三年的分析結果偏差較大不穩定，其中釔的化學回收率較低。針對以上問題對地下水鍶-90 分析進行除雜方法研究。

表1 2015-2017 年度田灣核電站外圍地下水鍶-90 分析結果載體化學回收率

3.2 除雜方法研究

本次研究為排除不同樣品批次的影響，一次性采集足夠樣品量的同一批高公島地下水混合均勻進行研究。具體研究步驟是在鍶-90 快速法分析（二-（2-乙基己基）磷酸萃取色層法）沉淀富集過程中采用兩種沉淀劑Na2CO3和（NH4）2CO3以及兩種沉淀過程中分別加入幾種除雜步驟：（1）加硫化鈉除鉍；（2）過柱鹽酸洗滌；（3）草酸沉淀除雜；（4）沉淀過程加入掩蔽劑NH4Cl等，結果如表2。

表2 除雜步驟研究結果

首先對比了沉淀劑Na2CO3和（NH4）2CO3對結果的影響，從結果可以看出：（NH4）2CO3作為沉淀劑的分析數值小于Na2CO3，證明（NH4）2CO3的除雜能力強。以（NH4）2CO3作為沉淀劑，我們繼續嘗試其他除雜步驟，參照固體鍶-90 分析方法中添加除鉍步驟，結果發現除鉍對結果影響不大。由于除鉍過濾過程發現濾液顏色呈灰褐色，我們懷疑鉍未除盡，所以采用進口濾紙進行過濾，結果證明濾紙對結果影響不大。高公島地下水雜質的種類和含量較高，我們參照海水方法在分析過程中加入掩蔽劑NH4Cl[6]，從分析結果中發現，鍶-90 測量值降低，證明掩蔽劑NH4Cl 對雜質有一定的掩蔽效果。考慮到高公島地下水中可能含有鐵等雜質，所以我們嘗試在沉淀溶解后加入草酸進行除鐵等雜質，結果發下鍶-90 測量值較低，證明草酸除雜有效果。

3.3 方法驗證

3.3.1 回收率測量

對上述除雜方法進行化學回收率和加標回收率驗證，結果如表3 所示。從表3 可以看出：在除鉍的基礎上，沉淀過程中加入掩蔽劑NH4Cl 以及分析過程加入草酸除除雜可以達到較好的除雜效果，化學回收率較高，加標回收率更接近100.0%，分析結果較準確。

表3 研究方法化學回收率和加標回收率

3.3.2 分析方法比對

為了進一步驗證此研究方法的準確性，我們采用的了除雜能力較強的發煙硝酸法對同一批水樣進行分析，結果如表4。

表4 發煙硝酸法鍶-90 測量結果

表2 和表4 對比結果可以看出，快速法在除鉍的基礎上，沉淀過程中加入掩蔽劑NH4Cl 以及分析過程加入草酸除除雜分析結果和發煙硝酸法分析結果相近，證明此兩種除雜方法達到了較好的除雜效果。

3.3.3 分析結果驗證

在鍶-90 分析過程中加入掩蔽劑NH4Cl 的基礎上，對2018-2020 年度高公島地下水鍶-90 分析結果及釔的化學回收率進行驗證，對比表1 和表5 的分析結果可以看出，水樣富集沉淀過程中加入掩蔽劑NH4Cl 可以明顯降低鍶-90 的分析活度且結果穩定化學回收率較高。

表5 2018-2020 年度田灣核電站外圍地下水鍶-90 分析結果載體化學回收率

結束語

綜上所述，在我國行準HJ815-2016《水和生物樣品灰中鍶-90 的放射化學分析方法》中水樣快速法（二-（2-乙基己基）磷酸萃取色層法）的基礎上，對沿海地區高公島地下水鍶-90 的分析方法進行了研究，研究結果發現，在除鉍的基礎上分析過程中加入掩蔽劑NH4Cl 和草酸除雜步驟能有效降低測量結果，達到較好的除雜效果。經過驗證，此兩種研究方法分析結果準確穩定，尤其以加入掩蔽劑NH4Cl 更為簡便高效，基本可以解決復雜淡水樣品除雜問題。