CC BY
6
Таблица 5
Приготовление стандартной шкалы для определения алюминия при помощи алюминон
№ стандарта
Реактивы 2 3 4 5 6 1
Стандартный раствор алюминия (в мл) (0,01 мг/мл) 0,00 0,10 0,20 0,40 0,60 0,80 ! 1.00
Дистиллированная вода (в мл) 5,00 4,90 4,80 4,60 | 4,40 4,20 4,00
Раствор аскорбиновой кислоты (в мл) Во все пробирки по 0,2 мл
Буферный раствор (в мл) ' Во все пробирки по 4,6 мл
Раствор алюминона (в мл) Во все пробирки по 0,2 мл
Содержание алюминия (в 7) 0,00 1,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00
Измерение оптической плотности растворов в фотоколориметре ФЭК-М производится в кювете с расстоянием между рабочими гранями 25 мм при зеленом светофильтре.
Градуировочный график, построенный на основании средних данных из 5 измерений опытных серий стандартов, изображен на рисунке.
Вывод
Разработан колориметрический метод определения алюминия в воздухе, основанный на улавливании аэрозоля бумажными фильтрами и определении его по образованию окрашенного соединения с алюминоном. Устранение влияния железа достигается добавлением в реакционную смесь аскорбиновой кислоты. Чувствительность метода 1 у/10 мл.
ЛИТЕРАТУРА
Баб ко А. К- Журн. приклад, химии, 1939, т. 12, в. 10. сгр. 1560. — Богдане в а И. В. Завод, лабор., 1955, № 9, стр. 1043. — Конкин В. Д. Там же, 1954, № 4, стр. 414. — Кульберг Л. М. Там же, 1940, № 9, стр. 940. — Лазарев Н. В. Химически вредные вещества в промышленности. Л., 1954, ч. 2, стр. 344. — Лурье Ю. Ю., Рыбникова А. И. Химический анализ производственных сточных вод. М„ 1958, стр. 104. — У с а т е н ко Ю. И., Гринберг Е. И., К о и е л и о-в и ч В. М. Завод, лабор., 1952, № 9, стр. 1063.
Поступила 23/V 1960 г.
т5г т5г -й-
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОСТИ а-ИЗЛУЧЕНИЯ ТВЕРДЫХ ОСТАТКОВ ВОДЫ И ПОЧВЫ
В. Ф. Жевержеева Из Института общей и коммунальной гигиены имени А. Н. Сысина АМН СССР
В радиологической лаборатории Института общей и коммунальной гигиены имени А. Н. Сысина АМН СССР с 1957 г. систематически производятся измерения активности а-излучения твердых остатков воды и
почвы. Для этого в лаборатории пришлось разработать способ, который позволял бы определять весьма слабые концентрации радиоактивнмх атомов в веществе с активностью а-излучения, незначительно превышающей естественный фон.
В лаборатории в отличие от того, что рекомендуется в ряде руководств, активности а-излучения определяли в пробах, имеющих насыщенный слой1.
Применение насыщенного слоя имеет следующие преимущества: 1) максимально используется выход а-частиц с поверхности препарата, вследствие чего можно регистрировать наличие а-излучателей в количествах, близких к предельно допустимым; 2) упрощается способ расчета удельной активности препарата с точностью, достаточной для гигиенической оценки степени загрязнения материала а-излучателями.
Излучение насыщенного слоя определяется только площадью образца и не зависит от толщины препарата, которая может быть произвольной, но не менее той, которая определяется длиной максимального пробега а-частицы в данном веществе. Сравнивая два препарата из одного и того же изотопа при баласте одного состава в строго идентичных геометрических условиях, можно по измеренным скоростям счета (N1 и
Л'г) непосредственно определить отношение удельных активностей ——•
а следовательно, и охарактеризовать концентрацию радиоактивных атомов в препарате, т. е.
а. ^
аг Ыг
Когда необходимо определить активность всей массы препарата (абсолютную активность А), причем сравниваемые препараты имеют неодинаковую толщину, но все же толщину более максимального пробега а-частиц в данном веществе, то и в этом случае можно не учитывать поправку на самопоглощение.
Удельной активностью называется отношение активности А к весу препарата д, т. е.
А
а =-. (2)
g
д
Подставив в (1) а——, получим
Л. = ЛГ,*,
Аг А^з '
Если один из препаратов является эталоном, то можно найти значение абсолютной активности другого образца, т. е.
Л/, я,
Л, = Аг (3)
Формула (3) может быть применена для расчета активности а-излучателей, выделенных из воды, почвы, грунта и, в частности, выделенного из воды урана.
При дозиметрических исследованиях иногда органичиваются определением только суммарной активности пробы. При расчете суммарной а-активности по формуле (3) необходимо подобрать эталон с энергией, незначительно отличающейся от энергии исследуемого препарата.
1 Насыщенным слоем называется слой препарата такой толщины, при которой а-частицы, выходящие по кратчайшему пути с нижних слоев, полностью задерживаются в толще препарата.
В изучаемых нами образцах энергия препаратов оказалась близкой к энергии урана. Поэтому в качестве эталона нами был взят химически чистый препарат урана в виде изОв. Для приготовления эталона урана в нашей лаборатории химически чистый препарат изОв измельчают в агатовой ступке и затем просеивают через капроновое сито с диаметром отверстий 0,2 мм.
Для расчета активности эталона необходим измельченный препарат, так как наличие зерен в пробе, как впервые показал советский физик А. Б. Вериго, может вызвать искажение при расчете весовых количеств урана. Приготовленный порошок наносят на алюминиевый диск с углублением (на стандартную тарелку) до насыщенного слоя, т. е. 20 мг/см2 и более. Для прочности эталона перед нанесением порошка дно углубления покрывают каплей шеллака в спирте.
Расчет удельной активности эталона проводился на основании следующих данных: 1 г и3Ов содержит 0,848 г урана, 1 г природного урана испускает 2,51 • 104 а-частиц в секунду.
Следовательно, активность 1 г изОв
2,51 • 10« • 0,848 частиц/сек,
2,51 • 10« • 0,848 _ „ ,„ , что составляет-;-=5,7 • 10—7 кюри.
3,7 • 1010
Альфа-загрязнения различных типов образцов, например метеорной воды, воды рек, ручьев, поверхностной пленки и пены водохранилища, рассчитанные на основании эталона и308, приведены в таблице.
Альфа-загрязнения различных типов образцов
Активность пробы Вес остатка, мг Характер пробы
101 • 10~12кюри/л 300 Обрастания очистной станции
17-Ю-12 » 1 048 Сточная вода после очистки
1 -10—12 » 28 Вода ручья
42,6 10 ~12кюри/г 230 Грунт реки
6,9-10 кюри/л 80 Снег
15,8- Ю-12 » 55 »
0 40 Снег. Собран в 74 км от города
8,7-Ю-12 » 115 Дождевая вода. Собрана с поверхно-
• сти земли
8,8-Ю-12 » 180 Одна из проб водопроводной воды
57,0-10-" » 1000 Пена реки около плотины
12,6-10—11 » 258 Пена реки
9.1 -5-10—пкюри/г 250 » »
27,5-Ю-11 » 1 190 » водоема
57-10-" » 1 140 > »
203-Ю-" > 8 200 » реки
61 10—11 » 1 892 » водоема
25810-" » 1 200 Поверхностная пленка
20,9-10-" » 1 000 Осадок поверхностной пленки
20,3-10-" » 90 Пленка на льду реки
Примечание. Активность пробы 0 означает активность порядка фона.
Пробы для исследования нами получены путем упаривания воды в количестве 0,15—1 л. (При упаривании теряется часть активности вследствие летучести изотопов, например Р210.)
Наши исследования указывают, что при рассмотрении общего баланса радиоактивности водоемов, помимо общепринятых компонентов вода—грунт—биологическая масса, необходимо учитывать еще один компонент — поверхностный слой воды водоемов, который может сосредоточивать значительные активности. Приведенные данные указывают о накоплении а-активности в поверхностном слое.
Анализ результатов измерений, приведенных в таблице, подтверждает возможность проводить дозиметрический контроль указанным способом, а также проводить обследование районов, содержащих повышенный уровень естественной радиации. Нами выбран в качестве эталона уран, так как энергия излучения а-частиц урана близка по величине к энергии а-излучения основных естественных радиоактивных элементов. Так, энергия излучения II235 (Ас и) — 4,2 Мэв, ТИ-3,98 Мэв, и238— 4,18 Мэв.
В отличие от предлагаемого сравнения активности проб почвы, остатков воды или грунта с эталоном в а-насыщенных слоях в ряде руководств и, в частности, в руководстве для санитарных станций предлагается производить измерения на присутствие а-и,злучателей в указанных образцах в тонком слое — для проб остатков воды в слое до 3 мг/см2 и для почвы — в слое 1 мм.
Необходимо прежде всего отметить, что слой препарата 1 мм или 3 мг/см2 не является тонким слоем для а-излучателей. Как показывают практические наблюдения, тонкий слой, в котором можно пренебречь поправкой на самопоглощение, должен содержать не более 0,17 мг урана на 1 см2. (Величину 0,17 мг урана на 1 см2 для обеспечения тонкого слоя, как и величину 20 мг/см2 ОзОа для обеспечения насыщенного слоя, проверяли в лаборатории А. Б. Вериго в Ленинградском институте радиологии и рентгенологии. К. Ф. Вейсе при расчете активности препаратов с тонким слоем принимает еще меньшую величину 0,1 мг/см2 ИзОв1.)
Равномерное нанесение препаратов почвы, грунта или остатков воды на подложку тонким слоем, даже слоем 1 мм, представляет большие трудности. Для этого требуется специальное оборудование и затрачивается большое количество времени.
Для исследования образцов была использована следующая электроизмерительная аппаратура: импульсная ионизационная камера (установка ДА); сцинтилляционная приставка П-349-2 к радиометру Б; торцовый счетчик Т-25-БФ; электрометры СГ-1 м, СГ-2 м. Оказалось, что с большой чувствительностью можно производить исследования на присутствие а-излучателей в порошковых пробах при помощи импульсной ионизационной камеры. Сцинтилляционная приставка П-349-2 к радиометру Б ввиду малой эффективности счета может быть рекомендована только для обнаружения значительных а-загрязнений почвы и воды для экспресс-метода. Торцовые счетчики и электрометры указанного типа обладают еще меньшей чувствительностью, чем сцинтилляционная приставка. Импульсная ионизационная камера (установка ДА) имеет преимущества перед сцинтилляционной приставкой П-349-2 к радиометру Б в следующем: импульсная камера производит регистрацию радиоактивного излучения препаратов с большим диаметром, использует ионизационные потери а-частиц, дает возможность измерять энергию частиц.
Рассмотрим подробнее некоторые и,з указанных преимуществ установки ДА.
Измерения образцов остатков воды, почвы и грунта осложняются тем, что с поверхности этих препаратов удается регистрировать весьма малое число а-частиц, так как концентрация радиоактивных атомов в в.еществе очень низка (в них в большом количестве содержатся неактивные атомы-баласт). Поэтому для выявления а-загрязнения в указан-
1 К. Ф Вейсе. Радиоактивные стандартные препараты. Физматгиз. М., 1958.
ных препаратах необходимо максимально использовать выход а-частиц с поверхности образца за счет использования геометрического фактора.
Следовательно, желательно иметь аппаратуру, дающую возможность производить измерения образца со значительным диаметром. При измерении импульсной ионизационной камерой образцов с излучением порядка 1 имп/мин и ниже можно брать препараты с большим диаметром (порядка 4 см), в то время как эффективность регистрации а-частиц сцинтилляционным счетчиком велика лишь при работе с образцами малого диаметра (до 4—5 мм). С увеличением диаметра препарата за счет уменьшения телесного угла эффективность регистрации а-частиц падает, что затрудняет выявление а-загрязнения в твердых препаратах с малой активностью. (Влияние диаметров препаратов на эффективность регистрации а-частиц сцинтилляционным счетчиком до нас отмечено рядом отечественных и зарубежных авторов. В частности, эти выводы были сделаны в 1957 г. в Институте геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского Академии наук СССР Ю. А. Сурковым.)
Малый пробег частиц обусловлен большими потерями энергии на ионизацию, которую производят а-частицы при прохождении через вещество. Большие ионизационные потери а-частиц обусловливают их регистрацию при помощи ионизационных камер. Ионизационная камера, присоединенная к специальному усилителю (установка ДА), дает возможность производить счет отдельных а-частиц.
В то же время большие ионизационные потери а-частиц осложняют их регистрацию сцинтилляционным счетчиком. Количество света, излучаемого фосфором под действием таких высокоионизирующих частиц, как а-частицы, обычно меньше, чем под действием а-частиц той же энергии. (Например, жидкий сцинтиллятор-раствор в ксилене терфенила концентрации 5 г/л и дифенилгексатрина концентрации 0,01 г/л — отношение светового выхода для а-частиц к световому выходу (3-частиц составляло 9%).
Некоторое количество света еще теряется в фосфоре и при отражении от поверхности стеклянного баллона фотоумножителя. Малый световой выход а-частиц, поглощение света фосфором и отражение света от баллона фотоумножителя, уменьшают освещение фотокатода и создают значительную потерю при регистрации ионизирующих частиц. Кроме того, усилитель установки ДА обладает большим коэффициентом усиления, чем усилитель радиометра Б.
Измерения эталона урана показывают, что одному импульсу в минуту, зарегистрированному установкой ДА-49, соответствует 2-1012 кюри при фоне 0,5 имп/мин. При продолжительных измерениях (до 15 часов), и при несколько измененной конструкции камеры по сравнению с фабричной (за счет увеличения телесного угла излучения) чувствительность импульсно-ионизационной камеры можно повысить до 10-13 кюри. Такой чувствительности не удается достичь при измерении препаратов на сцинтилляционной приставке П-349-2 к радиометру Б.
Для измерения энергии а-частиц сцинтилляционный счетчик не обладает удовлетворительными данными, так как вспышки в порошкообразном и мелкокристаллическом 2п5(Ад) непропорциональны энергии а-частиц. Поэтому для определения энергии а-частиц лучше использовать импульсно-ионизационную камеру. Кроме того, при помощи осциллографа установки ДА легко можно визуально наблюдать форму импульсов и отделить полезные импульсы от шумовых, что весьма важно при измерениях малых а-активностей. (Исследование большого количества препаратов на сцинтилляционной приставке неудобно тем, что между измерениями образцов малой и большой активности надо делать перерывы в течение 20 минут для высвечивания люминофора, что отнимает много времени и крайне нежелательно.)
Необходимо отметить, что и установка ДА-49 имеет ряд недостатков, но некоторые из них могут быть устранены в процессе работы. Так, микрофонный эффект (т. е. появление ложных импульсов) можно уменьшить амортизацией выносного блока (установкой его на железные кронштейны, на которые положены надувные резиновые круги). Стабильной работы установки можно достичь путем систематической проверки и регулировки коэффициента усиления и проверять ее повторными измерениями.
Наши исследования показали, что только за счет максимального ■использования выхода а-частиц с поверхности препарата (за счет применения насыщенного слоя, увеличения диаметра препарата), а также за счет применения высокочувствительной аппаратуры для регистрации а-частиц удается обнаружить а-загрязнения в образцах остатков воды, .почвы и грунта.
Наблюдаемые в нашей лаборатории а-загрязнения в ряде объектов ■воды указывают на необходимость наладить систематический контроль за состоянием источников водоснабжения и по этому виду излучения.
Поступила 28/111 1961 г.
£ а £
