90Y在不同材料器壁上的吸附性能

宋志君，丁有錢，張生棟，崔安智，楊志紅

中國(guó)原子能科學(xué)研究院 放射化學(xué)研究所，北京 102413

90Sr是親骨性核素，是環(huán)境監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)放射性核素之一。90Sr(T1/2=28.8 a)含量常通過(guò)測(cè)量其子體核素90Y(T1/2=64.1 h)的量來(lái)確定。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)移操作就會(huì)造成樣品中90Y的丟失，這必然會(huì)對(duì)90Sr的分析帶來(lái)一定的不確定度。因此，要準(zhǔn)確測(cè)定90Sr必須確保操作過(guò)程中90Y不丟失，或準(zhǔn)確知道過(guò)程中90Y的損失量。

90Y的丟失主要是由實(shí)驗(yàn)容器壁吸附所致，文獻(xiàn)對(duì)此報(bào)道很少?！读炎儺a(chǎn)物分析》[1]中提到了包括144Ce、103Ru、137Cs在內(nèi)的19種放射性核素在聚乙烯和玻璃材料上的保留率。但是，沒(méi)有關(guān)于90Y吸附的詳細(xì)數(shù)據(jù)。這主要是由于實(shí)驗(yàn)缺乏合適的示蹤劑用于Y的吸附行為研究。

本工作以90Sr-90Y為示蹤劑，通過(guò)對(duì)幾種影響因素的研究來(lái)建立90Y吸附研究的方法。另外，考慮到聚乙烯、聚丙烯和玻璃是實(shí)驗(yàn)室常用的3種材料，因此，本工作主要研究90Y在這3種材料上的吸附行為，以提出避免吸附損失的措施。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

pHS-3B精密pH計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；800型離心沉淀器，上海手術(shù)器械十廠；DSP-Scint井型NaI(Tl)γ能譜儀，美國(guó)ORTEC公司。

1.2 試劑和溶液的配制

HAc-NH4Ac緩沖溶液：0.2 mol/L,pH=3.78；HDEHP-二甲苯溶液：0.75 mol/L；0.1 mol/L NaNO3溶液，用HNO3、氨水調(diào)節(jié)溶液pH=0.045、1.23、1.94、3.02、4.01、4.92、5.99、7.01、7.83、8.98、9.97；所用試劑均為分析純。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.190Sr-90Y指示劑的制備[1]取1 mL高放廢液(介質(zhì)0.75 mol/L HNO3)于萃取離心管中，加入1 mL HAc-NH4Ac緩沖溶液，2 mL 0.75 mol/L HDEHP-二甲苯萃取劑。振蕩2 min，離心棄水相。有機(jī)相中加入2 mL HAc-NH4Ac緩沖溶液洗滌2次，用2 mL 0.3 mol/L HNO3反萃。水相移至小燒杯中，在電爐上加熱至近干，以除去HNO3。用約3 mL去離子水溶解，移至塑料小壺中備用。

1.3.290Y的吸附及測(cè)量 取規(guī)格分別為φ12 mm×60 mm,φ12 mm×40 mm,φ12 mm×55 mm的聚乙烯、聚丙烯和玻璃管各數(shù)只。將2 mL不同pH值的NaNO3溶液加入到不同材料的測(cè)量管中，分別滴加90Sr示蹤劑。放置兩個(gè)星期后，90Sr-90Y基本達(dá)到衰變平衡。采用NaI(Tl)探測(cè)器對(duì)90Sr-90Y的韌致輻射進(jìn)行第1次測(cè)量。測(cè)量后將溶液取出，加入不含示蹤劑的相應(yīng)pH值的溶液2 mL，進(jìn)行第2次測(cè)量。

2 結(jié)果和討論

2.1 90Sr-90Y示蹤劑的純度

本實(shí)驗(yàn)采用的高放廢液，已經(jīng)過(guò)一個(gè)陰離子柱，除去了U、Np、Pu等錒系元素，且由于放置時(shí)間很長(zhǎng)，短壽命核素已經(jīng)衰變完畢，因此，處理后的溶液中剩下的核素主要是90Sr和137Cs。對(duì)1.3.1節(jié)中各部分溶液進(jìn)行γ放射性測(cè)量，考察方法對(duì)137Cs的去污效果。結(jié)果表明，各部分溶液中137Cs的計(jì)數(shù)率分別為：萃取后水相，5 556 s-1；第1次洗滌水相，116 s-1；第2次洗滌水相，18 s-1；反萃有機(jī)相，6 s-1；反萃水相，7 s-1。因此，本法對(duì)137Cs的去污因子約為800((5 556+116+18+7+6)/7≈800)。90Sr-90Y樣品中(總體積3 mL)137Cs總計(jì)數(shù)率為7 s-1，由于每次實(shí)驗(yàn)時(shí)僅取0.1 mL，因此137Cs對(duì)測(cè)量影響很小，可以忽略。即制備的90Sr-90Y示蹤劑可滿足實(shí)驗(yàn)要求。

2.2 吸附核素的確定

實(shí)驗(yàn)中采用90Sr-90Y的平衡體作為示蹤劑，而非純90Y的溶液，因此需要確定90Sr是否吸附在容器內(nèi)壁以及吸附率的大小。因此，將第2次測(cè)量后的樣品放置10 d，第3次測(cè)量其強(qiáng)度。利用90Sr(T1/2=28.8 a)、90Y(T1/2=64.1 h)半衰期不同，根據(jù)3次測(cè)量結(jié)果判定吸附核素。3次測(cè)量的計(jì)數(shù)率用C1、C2、C3表示，存在3種情況：1) 如果吸附在內(nèi)壁的核素主要是90Y，則經(jīng)10 d衰變以后，放射性強(qiáng)度將下降，C3C2。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合第1種情況，且C3值接近本底計(jì)數(shù)率。這說(shuō)明吸附在容器內(nèi)壁的核素為90Y，在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，容器對(duì)90Sr的吸附可以忽略不計(jì)。

2.3 吸附量的確定

由于原子核在進(jìn)行β衰變時(shí)，發(fā)射出的高能電子在原子核電場(chǎng)內(nèi)慢化時(shí)會(huì)放出一種連續(xù)的電磁波(光子)，即韌致輻射。韌致輻射可被NaI探測(cè)器測(cè)量，且韌致輻射總能量與β粒子能量的平方成正比。90Y β電子的能量達(dá)到2.29 MeV，而90Sr只有0.546 MeV。因此，通過(guò)設(shè)置閾值(150 keV)[2]可以排除90Sr的干擾，使測(cè)得的計(jì)數(shù)都來(lái)自90Y的韌致輻射。則90Y的吸附率為第2次測(cè)量和第1次測(cè)量得到計(jì)數(shù)率的比值，即C2/C1×100%。

第1次測(cè)量后將溶液取出時(shí)，可能會(huì)有少量液體殘留在測(cè)量管內(nèi)壁，使第2次測(cè)量得到的C2值偏高。為此，以137Cs為示蹤劑，考察一滴溶液占加入總放射性的份額。將137Cs示蹤劑加入測(cè)量管中，總計(jì)數(shù)率為5 534 s-1，稀釋至2 mL；用滴管將溶液取出，回滴1滴溶液。然后加入等體積不含示蹤劑的溶液，測(cè)其計(jì)數(shù)率為22 s-1。因此一滴溶液的放射性只占加入總放射性的0.4%。在實(shí)際操作時(shí)，注意盡量將溶液完全取凈。因此，實(shí)際上溶液殘留的影響遠(yuǎn)小于0.4%，其對(duì)C2值的影響可以忽略。

2.4 pH值對(duì)90Y吸附率的影響

不同pH值下，90Y在玻璃、聚乙烯、聚丙烯上的吸附率(Y)示于圖1。從圖1可以看出：1) 3種材料中，pH值對(duì)90Y吸附率的影響規(guī)律基本相同，說(shuō)明這種變化趨向不是由材料所決定的，而主要受90Y存在形式的影響；2) pH<3時(shí)，90Y在3種材料中的吸附率都很小，不足2%；3) 玻璃的吸附遠(yuǎn)大于聚丙烯和聚乙烯；在pH<7時(shí)，在聚丙烯上的吸附大于在聚乙烯上的吸附；而在pH>7時(shí)，情況相反。

因此，在90Sr-90Y的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)盡量選用聚丙烯或聚乙烯作為容器，避免使用玻璃容器。同時(shí)，盡量使溶液的pH<3，則可避免90Y的吸附丟失。

圖1 不同pH下90Y在3種材料上的吸附率Fig.1 Adsorption of 90Y on the three materials under different pH values◆——玻璃(Glass)，●——聚乙烯(Polyethylene)，▲——聚丙烯(Polypropylene)

2.5 對(duì)吸附機(jī)理的簡(jiǎn)單探討

聚丙烯、聚乙烯和玻璃材料的制作都經(jīng)歷了過(guò)冷過(guò)程[3]，使鍵發(fā)生扭曲和破壞，因此表面具有很好的吸附能；玻璃可作為正、負(fù)離子交換劑，而聚丙烯、聚乙烯等在氧化、光或熱等作用下，其表面可形成羧基及其衍生物，這些基團(tuán)同樣具有吸附性。所以這些材料從溶液中吸附離子這一現(xiàn)象可以理解。

3 結(jié) 論

在有關(guān)90Sr-90Y的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)盡量選用聚丙烯或聚乙烯作為容器，避免使用玻璃容器。同時(shí)，盡量使溶液的pH<3，則可避免90Y的吸附丟失。

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