Материал: Практикум по Радиохимии

Введение

Способность радионуклидов мигрировать по радиоэкологическим цепочкам, и в том числе звеньям пищевых цепей, обуславливает необходимость контроля радиоактивного загрязнения почв сельскохозяйственных угодий, кормов, растениеводческой и животноводческой продукции. Получение достоверной информации об уровне загрязнения объектов агропромышленного комплекса осуществляется как с помощью современных методов и средств инструментального анализа, так и методов радиохимических исследований.

Методы инструментального анализа включают эспресс-методы определения удельной массовой и объемной активности гамма- и бета-излучающих радионуклидов в объектах контроля. Эти методы основаны на регистрации спектров ядерных излучений смеси радионуклидов, что позволяет без предварительного разделения определять их количественный и качественный состав.

Радиохимический анализ являлся основным методом определения концентрации радионуклидов до широкого внедрения в систему радиационного контроля инструментальных методов анализа. Он позволяет с высокой точностью определять состав и содержание радионуклидов в объектах контроля, но требует больших затрат времени и средств на его проведение. Тем не менее, и в настоящее время этот метод имеет широкое применение, в частности для определения содержание стронция-90 в объектах окружающей среды. Кроме этого при экспорте сельскохозяйственной продукции контролирующие органы стран-импортеров часто требует информацию о радиоактивном загрязнении этой продукции, полученную с применением радиохимических методов анализа (например, ветнадзор России – страны, являющейся основным импортером животноводческой продукции производимой сельскохозяйственными предприятиями Республики Беларусь).

Радиохимический анализ состоит из следующих стадий:

- отбор проб;

- приготовление растворов носителей;

- внесение носителей и минерализация проб;

- выделение радионуклидов;

- очистка выделенных радионуклидов от посторонних и сопутствующих элементов;

- радиометрический или спектрометрический анализ.

- идентификация и проверка радиохимической чистоты;

- определение химического выхода изотопа;

- расчет удельной активности пробы.

Все стадии радиохимического анализа должны выполняться в соответствии со стандартными методиками, согласованными с Государственным комитетом по стандартизации Республики Беларусь.

Выбор методики определения любого радионуклида зави­сит, прежде всего, от особенностей объекта исследования, ко­личества и изотопного состава других радиоактивных и нера­диоактивных компонентов в нем.

Значительное содержание и разнообразие макропримесей в объектах контроля обусловливает и разнообразие приме­няемых методов предварительного концентрирования интере­сующих радионуклидов, из которых наибольшее распростра­нение нашли методы осаждения (соосаждения), экстракции и дистилляции.

При работе в радиохимической лаборатории следует соблюдать ряд мер безопасности, которые приведены в соответствующей инструкции (приложение 1).

По результатам аккредитации все подразделения (лаборатории) радиационного контроля (ПРК) делятся на 4 класса [1]:

- 1-й класс – лаборатории (научно-исследовательские центры) радиационных измерений, имеющие возможность реализовывать высокоточные методы абсолютных измерений, осуществлять измерения любой категории сложности с использованием современных методов и средств инструментального анализа и различных методов радиохимических исследований.

- 2-й класс – подразделения (лаборатории), имеющие возможность измерения характеристик ионизирующих излучений радионуклидов методами лабораторного анализа (в том числе радиохимического) и инструментальными экспресс-методами.

В ПРК 3 и 4-го класса радиохимические методы не используются.

Цель выполнения лабораторных работ – освоение методик радиохимического определения содержания радионуклидов в пищевых продуктах, сельскохозяйственном сырье, кормах и почве.

Лабораторная работа 1. Отбор проб пищевых продуктов, сельскохозяйственного сырья, кормов и почвы

Основные определения:

– партия – это любое количество продукта, однородного по качеству, предназначенного к одновременной сдаче, отгрузке, хранению в одном складе или убранного с одного поля;

– точечная проба – это небольшое количество продукта, отобранного из партии в один прием для составления объединенной пробы;

– объединенная проба – это совокупность всех точечных проб отобранных из одной партии;

– средняя проба – это проба, выделенная из объединенной пробы и характеризующая радиоактивное загрязнение всей партии продукции

Краткие теоретические сведения. Порядок отбора проб пищевых продуктов включает в себя выделение однородной по радиационному фактору партии, определение количества средних проб, необходимых для проведения радиационного контроля, отбор точечных проб, составление объединенной пробы и формирование из нее средней, которая поступает на лабораторное исследование.

Однородность партии определяется путем измерения мощности экспозиционной дозы гамма-излучения с помощью дозиметрических приборов, имеющих достаточную чувствительность (нижний предел измерения не более 10 мкР/час). Партия считается однородной, если в разных точках контролируемой партии результаты измерений различаются не более, чем на 50% от средних значений измеренных величин.

Величины точечных проб продуктов и их количество зависят от требуемой величины объединенной пробы. При расфасовке в бутылки, пакеты, пачки и т.п. они рассматриваются как точечные пробы.

Из точечных проб составляют объединенную, помещая их в одну емкость и перемешивая. Масса или объем объединенной пробы должна быть достаточной для формирования средней, но не более ее трехкратного количества. Количество объединенных проб зависит от величины партии.

Отбор проб твердых сыпучих объектов проводят методом квартования, жидких – после тщательного перемешивания.

Документально отбор проб оформляется актом отбора пробы в 2-х экземплярах и этикеткой к каждой пробе. Отбор проб продуктов питания, сельскохозяйственного сырья и кормов проводится по следующим стандартным методикам:

- отбор проб молока и молочных продуктов осуществляется в соответствии с СТБ 1051-98 Радиационный контроль ОТБОР ПРОБ МОЛОКА И МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ Общие требования.

- отбор проб мяса проводится в соответствии с СТБ 1050-98 Радиационный контроль ОТБОР ПРОБ ПРОДУКЦИИ ЖИВОТНОВОДСТВА Общие требования.

- отбор проб кормов производится в соответствии с СТБ 1056-98 Радиационный контроль ОТБОР ПРОБ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО СЫРЬЯ И КОРМОВ Общие требования.

- определение запаса цезия-137 в почвах окультуренных сельхозугодий проводится в соответствии с "Методикой крупномасштабного агрохимического и радиологического обследования почв сельскохозяйственных угодий республики Беларусь".

- в почвах естественных сельхозугодий указанная работа проводится по методике Гомельской ОПИСХ. При радиологическом контроле естественных лугов и пастбищ проводится раздельное определение содержание радионуклидов в дернине и находящейся ниже нее почве.

Почвенные образцы на сельскохозяйственных угодьях рекомендуется отбирать до начала весенних полевых работ и непосредственно перед уборкой урожая. При плотности загрязнения стронцием-90 до 11,1 кБк/м² (0,3 Ки/км²) отбирается 5 смешанных образцов на одно сельскохозяйственное предприятие, при плотности 11,1–37,0 кБк/м² (0,3–1 Ки/км²) – один смешанный образец на элементарный участок (отдельно обрабатываемый участок поля занятый одной культурой с типичными для данного района типами почв, элементами рельефа, сельскохозяйственного пользования), при плотности 37,0-111,0 кБк/м² (1–3 Ки/км²) – один смешанный образец на 100 га площади, свыше 111,0 кБк/м² (3 Ки/км²) – один смешанный образец на 50 га площади.

Отбор проб на пашне. Перед отбором проб проводится измерение мощности эквивалентной дозы дозиметром типа ДРГ в 5-6 точках, равномерно распределенных по площади элементарного участка на высоте 3-4 см над поверхностью почвы. На элементарном участке отбирается 10 индивидуальных проб почвы (в некоторых случаях и большего числа) из точек, равномерно распределенных по площади участка с наиболее часто встречаемыми значениями мощности дозы. Отбор проб проводят с помощью стандартного металлического кольца диаметром 140 мм и высотой 50 мм, осторожно забивая его в почву молотком до тех пор, пока верхняя кромка кольца не окажется на одном уровне с поверхностью почвы. Кольцо с почвой подкапывают лопатой, подрезают по нижней кромке пробоотборника и помещают полиэтиленовый мешок или пленку. При отборе проб буром число уколов будет зависеть от диаметра его рабочей части. После смешивания индивидуальных проб и получения объединенной пробы из нее методом квартования составляют пробу почвы с массой не менее 2 кг. Такая проба помещается в полиэтиленовый мешок, который кладут во второй такой же мешок и заворачивают в плотную бумагу. Между пакетами вкладывается паспорт с номером пробы и указанием места отбора пробы.

На непахотных сельскохозяйственных угодьях (естественные луга и пастбища) по периметру обследуемого участка и его двум диагоналям на высоте 1 м и 3-4 см над поверхностью почвы проводится измерение мощности эквивалентной дозы дозиметром типа ДРГ. При выборе места отбора пробы учитывается наличие травянистой растительности, отсутствие смыва или намыва почвы в месте отбора почвы, однородность, открытость и ровность поверхности, расстояние от дорог, деревьев и строений. На обследуемом участке выбирают 5 мест с наиболее часто наблюдаемыми значениями мощности дозы. Одно из них должно быть близко к центру участка, а остальные четыре – на периферии участка. Из этих мест проводится отбор проб с помощью стандартного металлического кольца (или бура), их последующая упаковка и маркировка аналогично выше проведенной методике.

Материалы и инструменты: серп, нож, пробоотборники, щупы, пинцеты, совки, ковш, банки с крышками, упаковочные материалы, шпагат, картонные бирки.

Выполнение работы:

1. Отобрать точечные пробы (вид отбираемых проб указывается преподавателем);

2. Составить объединенные пробы;

3. Выделить средние пробы;

4. Упаковать и промаркировать отобранные пробы.

Лабораторная работа 2. Подготовка проб для определения стронция-90 и цезия-137 радиохимическими методами

Краткие теоретические сведения. Доставленные в лабораторию образы принимают и обрабатывают в специальном помещении, оборудованном вытяжными и сушильными шкафами, муфельными печами, приспособленном для мытья тары, посуды и, при необходимости, проб. Пробы пищевых продуктов перед анализом подвергают обработке, включающей мойку клубней, корнеплодов и очистку их от кожуры с последующим ополаскиванием; мойку в проточной воде пищевой зелени, ягод, фруктов, мяса, отделение мяса от костей, освобождение его от жира и измельчение; снятие с колбасных изделий и сыра защитной оболочки. Присланный материал перед взятием средней пробы тщательно перемешивают, при необходимости моют в проточной воде, измельчают с помощью мясорубки, терки, кофемолки, ножа или ножниц.

На этапе подготовки проб к радиохимическому анализу проводят разрушение органического вещества содержащегося в пробах путем мокрого или сухого озоления (минерализация проб). Чаще используется способ сухой минерализации пробы. Он основан на полном разложении органических веществ путем сжигании пробы в муфельной печи при контролируемом температурном режиме. Способ включает три последовательных этапа – высушивания, сжигания (обугливания) и озоления пробы.

Способ мокрой минерализации пробы основан на полном разрушении органических веществ концентрированной азотной кислотой с добавлением перекиси водорода при нагревании и предназначается для небольших количеств пищевых продуктов животного происхождения (1…10 г) с уровнем β-активности свыше 37 Бк.

Подготовка проб растительного и животного происхождения.

Высушивание проб. Измельченные и взвешенные пробы пищевых продуктов предва­рительно подсушивают на воздухе, затем в сушильном шкафу при температуре 80-100°С.

Для обезвоживания жидких образцов, во избежание их разбрызгивания, ре­комендуется применять инфракрасные лампы или песчаные бани.

Пробы молока подкисляют соляной или уксусной кислотой, вносят необхо­димые количества носителей стронция, иттрия, цезия, упаривают под инфра­красными лампами до сухого остатка, постепенно добавляя в них очередные порции молока. Высушивают в сушильном шкафу при 105 ⁰C до постоянной массы сухого остатка.

Обугливание проб. После установления постоянной массы пробы сухой остаток обугливают пу­тем прокаливания на электроплитах или песчаных банях в вытяжном шкафу. Во избежание потери летучих радионуклидов не допускается воспламенение пробы. Для интенсификации процесса обугливания одновременно допускается проводить обогрев чашки с пробой инфракрасной лампой. Процесс обуглива­ния считают законченным при прекращении вспучивания пробы и исчезнове­нии дыма.

Озоление проб. Обугленные сухие остатки озоляют в муфельных печах. В процессе озоления температуру в муфельной печи повышают постепенно, увеличивая на 50°С через каждые 30 минут, до 450°С и продолжают минерализацию до получения серой золы. При озолении зернобобовых, кар­тофеля, корнеплодов и других проб с высоким содержанием калия, во избежа­ние сплавления с фарфоровыми тиглями, температура не должна превышать 400°С. Остальные пробы озоляют при температуре 600°С. Продолжительность озоления различна, в зависимости от количества и вида органических соеди­нений в пробе: оптимальное время озоления растительных проб 2-4 ч, молока и корнеклубнеплодов - 15-25 ч, мяса - до 35 ч. Рекомендуется периодически перемешивать золу. Если после указанного времени термической обработки зола не приобретет светло-серого цвета, проводят ее доозоление в процессе ра­диохимического анализа после внесения в пробу носителей.

После окончания озоления остывший до комнатной температуры в эксикаторе зольный остаток взвешивают для определения коэффициента озоления по формуле:

,