Способ подготовки биологических проб к радиометрическому измерению углерода-14 методом толстослойных дисперсных сцинтилляторов

 

Изобретение относится к радиохимическому анализу углерода - 14 и может быть использовано в радиоэкологических исследованиях - радиационном контроле и излучении закономерностей поведения углерода - 14 в объектах окружающей среды. Целью изобретения является упрощение способа озоления пробы. Озоление пробы проводят раствором хромовокислого калия в серной кислоте. Поглощение углекислого газа осуществляется 2,5н. раствором гидрата окиси натрия. Осаждение углекислого кальция проводят при температуре 90 - 95^oС 1М раствором азотнокислого кальция, взятом в полуторакратном избытке по отношению к концентрации углекислого натрия в растворе щелочи - поглотителя. 2 табл.

Изобретение относится к радиохимическому анализу углерода-14 и может быть использовано в радиоэкологических исследованиях радиационном контроле и изучении закономерностей поведения углерода-14 в объектах окружающей среды. Цель изобретения улучшение способа. Схема подготовки проб к радиометрии может быть представлена следующим образом: Na₂¹⁴CO₃ Ca¹⁴CO₃ По данной схеме проводят ряд модельных опытов с суммарной внесенной бета-активностью не менее n10⁵ Бк/проба. Осадок карбоната кальция, готовый к радиометрии при имеющихся уровнях загрязнения объектов окружающей среды, не содержит значимых концентраций сопутствующих радиоактивных элементов. Это подтверждается данными, приведенными в табл. 1. Набор вносимых изотопов обусловлен содержанием их в выбросах АЭС и предприятий атомной промышленности. Вносят изотопы: стронций-90, цезий-137, кобальт-60, церий-144, рутений-106, цирконий-95, цинк-65, марганец-54, натрий-22, сурьма-125 в концентрациях n10⁴ n10⁵Бк/проба. По окончании разложения измеряют суммарную бета-активность раствора в реакционной колбе, а также активность щелочи после поглощения выделившегося углекислого газа и активность получения осадка карбоната кальция. Опыты проводят на пробах старого дерева и мрамора. Гамма-спектрометрический анализ препаратов показывает отсутствие всех внесенных радионуклидов в осадке карбоната кальция. "Чистоту" полученного карбоната кальция проверяют методом поглощения бета-излучения углерода-14 в алюминиевых фильтрах. Слой половинного ослабления бета-излучения полученных осадков карбоната кальция составляет величину 0,26-0,28 г/м², что говорит об отсутствии каких-либо загрязняющих бета-излучателей. Из табл. 1 видно, что 90-95% внесенной активности не переходит с углекислым газом в щелочь-поглотитель, а остается в реакционной колбе. Это объясняется тем, что в отличие от "сухого озоления", температура которого 650-700^оС, температура "мокрого озоления" не более 180^оС. При такой температуре соли и окислы элементов, присутствующих в пробе, остаются в реакционной колбе. Но тем не менее часть радионуклидов все же попадает в щелочь-поглотитель с увлажненным углекислым газом. Поэтому перед поступлением в щелочь-поглотитель углекислый газ должен быть осушен. Для этой цели служит обратный холодильник и прокаленный хлористый кальций. При навеске растительного образца 4,5 г выход карбоната кальция во всех случаях, за исключением опытов 3 и 15, не менее 8 г. 8 г карбоната кальция содержат 0,95 г углерода. Это количество карбоната кальция необходимо для измерения концентрации углерода-14 методом толстослойных дисперсных сцинтилляторов (ТДС). Результаты измерения ТДС хорошо согласуются с литературными данными и находятся в пределах погрешности метода. Таким образом, система разложения пробы и осаждения карбоната кальция в целом дает коэффициент очистки от сопутствующих радиоактивных элементов не менее 10⁴ и может применяться в подготовке проб к измерению методом ТДС в районе действия АЭС. Установка для разложения проб растительного или животного происхождения состоит из колбы Вюрца, где проводят "мокрое озоление", капельной воронки для подачи в реакционную колбу смеси двухромовокислого калия с серной кислотой, электроплитки, обратного холодильника, в котором конденсируются пары, поступающие из реакционной колбы, V-образной трубки с прокаленным хлористым кальцием, где происходит осуществление СО₂, буферной емкости и трех поглотителей с раствором едкого натра. Образующаяся двуокись углерода проходит через обратный холодильник, трубку с хлористым кальцием и поглощается раствором щелочи. Процесс происходит самопроизвольно, без применения вакуума. Навеска растительного образца 4,5 г. В процессе исследований выбирают оптимальные условия проведения осаждения. Изучают зависимости размера кристаллов от скорости подачи раствора пробы и осадителя, влияние температуры осаждения, рН, при котором проводят осаждение, количества осадителя и других факторов. На основании изучения всех этих факторов были выбраны оптимальные параметры проведения процесса осаждения, представленные в табл. 2. Только при условии постоянства всех перечисленных факторов оптимальный размер частиц может быть гарантирован. рН среды 8-9 обеспечивается 3-4-кратным избытком хлористого аммония, который в данном случае играет роль буфера. Количество осадителя рассчитывается по результатам титрования. Поглотительный раствор после окончания разложения тщательно перемешивают и отбирают пробу на определение содержания карбоната натрия путем титрования соляной кислотой с использованием индикаторов фенолфталеина и метилового оранжевого. Титр раствора-поглотителя рассчитывают по формуле M_карб= где М_карб концентрация карбоната натрия; М_HCl концентрация соляной кислоты; V_м объем соляной кислоты, пошедшей на титрование пробы в присутствии метилового оранжевого, мл; V_ф объем соляной кислоты, пошедший на титрование пробы в присутствии фенолфталеина, мл; V_пр объем пробы, пошедший на титрование, мл. Исходя из значения М_карб рассчитывают полуторакратный избыток осадителя. Полуторакратный избыток осадителя оказывается достаточным для достижения полноты осаждения. Большего избытка употреблять не следует, так как обычно это не только понижает, а напротив повышает растворимость осадка, вследствие образования более растворимого гидрокарбоната кальция. Установка для осаждения состоит из двух делительных воронок, из которых растворы пробы и осадитель (азотнокислый кальций) подают в коническую колбу, где находится раствор хлористого аммония. При осаждении проводят постоянный контроль температуры с помощью термометра. Обязательным условием, необходимым для получения достоверных результатов, является применение чистых реактивов, не содержащих постороннего углерода, герметизация системы. Высокая растворимость гидроокисей щелочных металлов позволяет использовать сравнительно малые объемы поглотительных растворов. Однако применение едкого калия при исследовании образцов углерода с концентрацией активности углерода-14 на уровне естественной нежелательно ввиду возможного загрязнения осадков карбоната кальция естественным изотопом кальция 40. Этим и объясняется применение для осаждения гидрата окиси натрия.

Формула изобретения

Способ подготовки биологических проб к радиометрическому измерению углерода-14 методом толстослойных дисперсных сцинтилляторов, включающий озоление пробы, поглощение выделяемого углекислого газа щелочью, осаждение углекислого кальция, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, озоление пробы проводится раствором хромовокислого калия в серной кислоте, поглощение углекислого газа осуществляют 2,5 н. раствором гидрата окиси натрия, а осаждение углекислого кальция проводят при температуре 90 - 95^oС 1М раствором азотнокислого кальция, взятым в полуторакратном избытке по отношению к концентрации углекислого натрия в растворе щелочи-поглотителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2