青島市某點位氣溶膠中鉛-210的放射性水平分析獲獎科研報告

青島市某點位氣溶膠中鉛-210的放射性水平分析獲獎科研報告

摘

要：通過分析2016-2018年青島市某點位氣溶膠中210Po的放射性水平活度范圍為0.050-0.6mBq/m3，該點位的氣溶膠中210Po的放射性活度水平處于我國輻射環(huán)境監(jiān)測的本底水平。青島市某點位氣溶膠中210Po的分布特點和影響因素可以為進一步探討空氣中總懸浮顆粒物濃度對環(huán)境空氣氣溶膠樣品中210Po的放射性活度濃度的影響做數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：氣溶膠;釙-210;青島

210Po廣泛分布于自然界，是人類天然輻射本底的重要組成部分，人體內(nèi)各種組織所受的天然輻射內(nèi)照射劑量有30%來自這個核素[1]。210Po為天然鈾系衰變鏈最后一個放射性成員[2]，其α衰變的能量為5.3Mev，它的半衰期為138.4天，其衰變產(chǎn)物為206Pb。210Po雖然是天然放射性核素，但在自然界中土壤和水中的含量極低，地殼中的含量約為百萬億分之一，人體內(nèi)的含量更是微量。從鈾礦石、鐳鹽和氡的衰變產(chǎn)物中，可分離提取出痕量釙。

210Po衰變時放射出α粒子，而α粒子在空氣中的射程只有幾cm，一張紙即可以屏蔽，故其外照射損害可以忽略。但由于它的電力能力很強，如果人類吸入或者食入含有210Po的物質(zhì)，其釋放的α粒子能夠直接破壞內(nèi)臟細胞，即使所吸收的分量不夠，也會損壞身體健康，急性高劑量α輻射可以引致“輻射中毒”，致使生物組織產(chǎn)生化學(xué)變化，破壞細胞的功能及新陳代謝，損害生物機能[3]。

由于210Po的衰變，210Po在環(huán)境中的含量相當(dāng)穩(wěn)定，因此環(huán)境中的210Po含量和行為在很大程度上取決于210Pb的含量，但210Po的生物危害比210Pb大得多。210Po一次衰變產(chǎn)生的劑量當(dāng)量比210Pb大一千倍，因此210Po為極毒放射性核素[4]。210Po通過呼吸、飲水和食品從環(huán)境進入人體。因此了解210Po在環(huán)境中的放射性水平，并對環(huán)境質(zhì)量予以評價有著重要的意義。

針對環(huán)境樣品中210Po的放射性分析，水的分析已有國家標(biāo)準(zhǔn)[5]。氣溶膠中釙-210的分析目前缺少標(biāo)準(zhǔn)方法。氣溶膠成分主要由硅、碳、鈣、鋁、硫、鐵、鉀、鈉、鋅、鎂、銅、磷等元素構(gòu)成，形態(tài)多以離子結(jié)合經(jīng)過二次轉(zhuǎn)化的SO42-、NO3-、NH4+等離子為主，組分與土壤主要化學(xué)成分（碳、氧、硅、鋁、鈉、磷、鐵等元素）較為接近[6]，因此，在輻射監(jiān)測工作中，環(huán)保部輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)中心曹鐘港、王克斌根據(jù)理論推斷和實際操作經(jīng)驗，編制了《氣溶膠中210Po的分析方法》用于對氣溶膠中210Po核素進行處理和分析。

1.材料與方法

1.1試劑材料

實驗所用試劑濃硫酸、硝酸、高氯酸、抗壞血酸、無水乙醇、濃鹽酸、均為分析純，實驗用水為新制備的去離子水，每次更換試劑時進行試劑空白實驗。

209Po標(biāo)準(zhǔn)溶液由Eckert&Ziegler提供，活度為0.1992Bq/Kg，半衰期為（102±5）a，參考日期為2015-11-1。

銀片，厚度約為0.5mm，使用將銀片的一面使用耐酸耐高溫的材料覆蓋，自趁機前將另一面用砂紙拋光，去離子水沖洗干凈后使用。

1.2儀器設(shè)備

低本底α譜儀（Canberra7200-4），儀器每兩年檢定一次;刻度用標(biāo)準(zhǔn)混合電鍍面源每年自檢一次;嶗應(yīng)2031型智能大流量TSP（PM10）采樣器（青島嶗山應(yīng)用技術(shù)研究所）每年檢定一次;

1.3樣品采集原則

放射性氣溶膠采樣點位遵循如下要求：地形開闊，半徑50m范圍內(nèi)無高大建筑物，以免阻礙氣溶膠的擴散、沉降和采集;半徑50m范圍內(nèi)無主要交通公路經(jīng)過，無大中型曬谷場和公共活動場所，以免揚塵影響采集;半徑500m范圍無工礦企業(yè)的高大煙囪和產(chǎn)生粉塵的加工廠（如粉塵廠、礦石廠、碾米廠等）以免煙塵和粉塵所含放射性核素影響采樣[7]。

氣溶膠采樣時避開雨天，采樣前將濾膜置于烘箱中80℃烘至恒重。

為提高結(jié)果的探測下限，針對氣溶膠中釙-210的采樣時，考慮到當(dāng)前所用的探測儀器下限和效率、制樣過程中化學(xué)回收率等因素，根據(jù)理論計算和實際操作經(jīng)驗，采樣量應(yīng)在1000m3以上。

1.4樣品采集方法和頻次

在青島市嶗山區(qū)某地布設(shè)一個點位進行氣溶膠樣品采集，每月采集測量一次。

1.5分析方法

1.5.1分析步驟

（1）將采集的氣溶膠濾膜用剪刀剪碎后裝入100ml的燒杯中。向燒杯中準(zhǔn)確加入1ml209Po示蹤劑，加入1ml濃硫酸，加入1ml濃硝酸，電熱板上水浴加熱，使用玻璃棒不定時攪拌。待濃硝酸蒸干后再加入5ml濃硝酸，不斷攪拌。

（2）濃硝酸蒸干后取出燒杯冷卻，加入5ml高氯酸，電熱板上蒸發(fā)，初始溫度為105℃，恒溫加熱蒸發(fā)5h，使用玻璃棒不斷攪拌。溫度上調(diào)至110℃，持續(xù)5h，使用玻璃棒不斷攪拌。溫度上調(diào)至至115℃，持續(xù)10h，使用玻璃棒不斷攪拌。溫度上調(diào)至至120℃，持續(xù)24h，使用玻璃棒不斷攪拌。直至不冒白煙。

（3）取出燒杯，冷卻，加入5ml濃鹽酸，水浴加熱并不斷攪拌，濃鹽酸蒸干后再重復(fù)一次。

加入30ml0.2mol/L鹽酸，電熱板水浴加熱30min，上清液過濾，濾液收集于100ml燒杯，殘渣濾膜仍保留在原燒杯中;加入20ml0.2mol/L鹽酸，電熱板水浴加熱30min，上清液過濾，濾液收集于100ml燒杯，殘渣濾膜仍保留在原燒杯中，。重復(fù)一次后，濾膜殘渣與上清液一起過濾，用少量0.2mol/L鹽酸洗滌殘渣2-3次，合并過濾液。

（4）濾液中加入0.1g抗壞血酸，溶液保持0.5mol/L鹽酸體系，呈醬油色，無懸浮物。

（5）在水浴中采用銀片自沉積1h，保持沉積液溫度為90℃。

（6）取出銀片，去離子水清洗，置于50ml盛有無水乙醇的燒杯中浸泡30min，取出，用去離子水沖洗幾次，培養(yǎng)皿中120℃烘干2h以上。

（7）將制得的樣品源放于低本底α能譜儀測量。

1.5.2計算方法：

式中：

aT——示蹤劑209Po在參考日期的檢定活度，Bq/g;mT——示蹤劑209Po的加入量，g;rn——210Po在ROIS內(nèi)的凈計數(shù)，s-1;rg——210Po在ROIS內(nèi)的總計數(shù)，s-1;r0——210Po在ROIS內(nèi)的空白計數(shù)，s-1;rgt——209Po在ROIS內(nèi)的凈計數(shù)，s-1;r0t——209Po在ROIS內(nèi)的空白計數(shù)，s-1;Vs——分析用樣品體積，m3.

2結(jié)果

2.1實驗結(jié)果

2.2結(jié)果分析

分析表格1得知2016年-2018年青島市某點位氣溶膠中210Po的活度范圍為0.050-0.6mBq/m3，查閱資料世界部分地區(qū)近地表大氣氣溶膠210Po水平范圍為0-5.1mBq/m3;年均值范圍為0.5-2.1mBq/m3【7】。青島地區(qū)某點位大氣氣溶膠210Po濃度范圍與平均值范圍均差異不大，但該點位相較于南極或者UNSCER2000的均值高5-10倍。這可能與我國年消耗的燃煤有密切關(guān)系[8]。UNSCER1993的報告中曾指出，210Po隨煤燃燒后的飛灰排放，而這些飛灰中含有較高含量的210Po，其中210Po