一种液体中铁-55分析方法与流程

1.本发明属于辐射环境监测技术领域，具体涉及一种液体中铁-55分析方法。


背景技术：

2.铁作为金属材料广泛用于反应堆的各种构件中，相应的活化产物存在于反应堆产生的放射性固体废物和废水中。在轻水堆中铁-55由铁的同位素铁-54或铁-56与中子的活化反应生成，通过电子俘获衰变为稳定核素锰-54。反应堆冷却系统中产生的铁-55不会完全被废物处理系统除净，部分就以液态流出物的方式排放到环境。排放到环境中的放射性铁易吸收进入食物链，生物体中70％的铁结合在血红蛋白之中，剩下的留在血液的其他组成成分中。在毒性分组中，铁-55半衰期为2.73年，属于中毒组核素。虽然在大部分核电厂的液态排放中，放射性铁的排放量不是很大(占比约在10％以下)，但鉴于其危害性和不同核电站的差异性(不同堆型、运行时间等)，有必要开展核电站液态流出物及放射性废物中铁-55的监测。
3.美国、日本、德国、英国、西班牙等均开展有核电站液态流出物中铁-55的监测，而我国相关法规明确指出应开展核电站液态流出物中铁-55的监测，但由于缺少相关标准、欠缺相关技术，目前实际并未开展液态流出物中铁-55的监测，与相关法规要求不匹配，给核安全监管、质量监督带来了很大困扰，因此开展液体中铁-55的研究，可以填补这方面技术的空白，为环境评价、监督管理提供技术支持，保护环境和生物健康。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种液体中铁-55分析方法，以获得一种铁回收率比较高，且稳定性好、准确度高的方法。
5.为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种液体中铁-55分析方法，包括如下步骤：
6.s1、酸化液体样品，过滤杂质，获取被测样品；
7.s2、向所述被测样品中加入氢氧化钠溶液，得到样品混浊液；
8.s3、将所述样品混浊液离心，得到样品氢氧化物沉淀；
9.s4、将所述样品氢氧化物沉淀用盐酸溶液完全溶解，得到样品料液；
10.s5、将所述样品料液通过离子交换柱；
11.s6、使用盐酸溶液淋洗所述离子交换柱；
12.s7、用盐酸溶液解吸所述离子交换柱上的铁-55，得到解吸液；
13.s8、蒸发所述解吸液，得到解吸液残渣；
14.s9、溶解所述解吸液残渣、定容，得到待测样品；
15.s10、测量所述待测样品中铁的含量，计算回收率；
16.s11、测量所述待测样品中铁-55的计数。
17.进一步，向所述被测样品中加入氢氧化钠溶液之前，还包括如下步骤：向所述被测
样品中加入铁载体及干扰核素的稳定载体。
18.进一步，所述液体样品酸化至ph值为2～3。
19.进一步，所述被测样品中加入氢氧化钠溶液后，得到的所述样品混浊液的ph值为9。
20.进一步，所述离子交换柱为的玻璃萃取色层柱，内装有60目～120目205
×
7型强碱性阴离子交换树脂。
21.进一步，所述盐酸溶液淋洗所述离子交换柱的过程包括使用不同浓度的盐酸溶液淋洗阴离子交换柱两次：第一次淋洗使用的盐酸溶液浓度为9mol/l；第二次淋洗使用的盐酸溶液浓度为4mol/l。
22.进一步，使用浓度为0.5mol/l的盐酸溶液解吸所述离子交换柱上的铁-55。
23.进一步，所述解吸液使用电热板蒸发；
24.所述解吸液残渣的溶解使用0.5mol/l盐酸溶液。
25.进一步，所述待测样品中铁的含量使用电感耦合等离子质谱仪测定；
26.所述待测样品中铁-55的计数采用液闪谱仪测量。
27.进一步，所述待测样品中铁-55的放射性活度浓度计算公式如下：
[0028][0029]
式中：
[0030]
c—样品中铁-55的放射性活度浓度，bq/l或bq/g；
[0031]
n—样品中铁-55的计数率，min-1
；
[0032]
nb—液闪谱仪的本底计数率，min-1
；
[0033]
e—液闪谱仪的计数效率，％；
[0034]
w—制样量，l或g；
[0035]
y—回收率，％；
[0036]v1
—样品定容体积，ml；
[0037]v2
—测量体积，ml。
[0038]
本发明的有益效果在于：采用本发明所提供的一种液体中铁-55分析方法，可以通过加入铁载体及其他载体实现微量或痕量铁-55的定量分析，通过化学分离步骤去除液体样品中干扰核素对铁-55分析结果的影响；并通过icp-ms测定纯化并定容后的待测样品中的铁含量，通过液闪谱仪测定待测样品中铁-55的计数，再计算得到待测样品中铁-55的活度浓度。本发明提供的方法能够获得比较高的铁的回收率，且稳定性好，准确度高。此外，本发明还通过分析实际液体样品中铁-55的活度浓度、测定对照实验样品的去污因子对本发明提供的方法进行了实验验证，结果表明，本发明提供的方法可以作为推荐方法用于日常辐射环境监测中。
附图说明
[0039]
图1是本发明实施例所述一种液体中铁-55分析方法的流程示意图。
具体实施方式
[0040]
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行进一步清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
[0041]
实施例1
[0042]
如图1所示，本发明实施例提供的一种液体中铁-55分析方法，所述方法包括如下步骤：
[0043]
s1、酸化液体样品，过滤杂质，获取被测样品；
[0044]
在本实施例中，将液体样品酸化至ph值为2～3，过滤杂质，获取被测样品。
[0045]
s2、向被测样品中加入铁载体及其他干扰核素的稳定载体；
[0046]
若被测样品为核电站的液态流出物样品，其中所含有的放射性铁-55及其他干扰核素为样品中的微量组分或者痕量组分，则需要向被测样品中加入非放射性的铁载体(如三氯化铁溶液等)及其他可能存在的干扰核素(如镍、钴等)的稳定载体。若被测样品为核电站中含铁、镍、钴等金属的样品，其中所含有的放射性铁-55及其他干扰核素为样品中的主要组分，例如主要成分为铁、镍、钴的金属材料溶解在酸性溶液中得到的样品，则不需要加相应的载体。
[0047]
在本实施例中，被测样品为核电站的液态流出物样品，向被测样品中加入已知量的非放射性铁载体三氯化铁溶液(被测样品溶液中铁含量为5～10mg)及其他可能存在的干扰核素镍ni、钴co、锶sr、锌zn、铯cs、锰mn相应的稳定载体：nicl2、cocl2、srcl2、zn(no3)2、cscl、mn(no3)2载体溶液。
[0048]
s3、向被测样品中加入氢氧化钠溶液，得到样品混浊液；
[0049]
在本实施例中，向步骤s2得到的被测样品中加入氢氧化钠溶液，得到ph值为9的样品混浊液。
[0050]
s4、将样品混浊液离心，得到样品氢氧化物沉淀；
[0051]
在本实施例中，将样品混浊液离心，被测样品中的干扰核素锶sr、铯cs留在上清液中，得到样品氢氧化物沉淀。
[0052]
s5、将样品氢氧化物沉淀用盐酸溶液完全溶解，得到样品料液；
[0053]
s6、将样品料液通过离子交换柱；
[0054]
样品料液通过离子交换柱后，样品料液中的干扰核素镍留在流出液中，并随流出液一起离开离子交换柱，弃去流出液。
[0055]
在本实施例中，离子交换柱为的玻璃萃取色层柱，内装有60目～120目205
×
7型强碱性阴离子交换树脂。所述树脂的具体处理步骤为：树脂依次用蒸馏水浸泡＞10h，氢氧化钠溶液浸泡2h，然后用蒸馏水洗涤至中性，再用盐酸溶液浸泡2h，弃去上清液，洗涤至中性；将已经处理好的树脂用蒸馏水装柱，装柱后用30ml浓度为9mol/l的盐酸平衡树脂柱。
[0056]
s7、使用盐酸溶液淋洗离子交换柱；
[0057]
在本实施例中，使用不同浓度的盐酸溶液淋洗阴离子交换柱两次：第一次淋洗的盐酸溶液浓度为9mol/l，体积为30ml；第二次淋洗的盐酸溶液浓度为4mol/l，体积为30ml；弃去两次淋洗液。
[0058]
第一次淋洗过程中，在通过9mol/l盐酸平衡阴离子交换树脂时，被测样品中的fe、co、zn将会吸附在阴离子交换树脂中，干扰核素ni、mn随淋洗液一起被去除。第二次淋洗过程中，使用4mol/l的盐酸淋洗阴离子交换树脂，可以将吸附在阴离子交换树脂柱上的干扰核素co、zn去除。
[0059]
s8、用盐酸溶液解吸离子交换柱上的铁-55，得到解吸液；
[0060]
在本实施例中，使用40ml 0.5mol/l hcl溶液解吸阴离子交换柱上吸附的铁-55，并收集得到解吸液。
[0061]
s9、蒸发解吸液，得到解吸液残渣；
[0062]
在本实施例中，使用电热板蒸发解吸液，直至解吸液接近蒸干，得到解吸液残渣。
[0063]
s10、溶解解吸液残渣、定容，得到待测样品；
[0064]
在本实施例中，使用0.5mol/l盐酸溶液溶解解吸液残渣，盐酸溶液溶解解吸液残渣后，将溶解液转入10ml容量瓶，用蒸馏水多次洗涤烧杯，洗涤液一并转入10ml容量瓶中，最后用蒸馏水定容至10ml，得到待测样品，并记录样品定容体积v1。
[0065]
s11、测量待测样品中铁的含量，计算回收率；
[0066]
取待测样品的一部分，使用电感耦合等离子质谱仪(icp-ms)测定铁的含量，计算回收率y。在本实施例中，所移取的待测溶液体积为5ml。
[0067]
s12、测量待测样品中铁-55的计数。
[0068]
取待测样品的另一部分，约3～8ml，测量待测样品中铁-55的计数，并记录测量体积v2。在本实施例中，移取5ml(测量体积v2)待测样品，并向其中加入闪烁液，加入闪烁液后的待测样品为15ml(制样量w)；将15ml加入了闪烁液的待测样品放入液闪谱仪，避光后进行铁-55的计数测量。记录样品中铁-55的计数率n，液闪谱仪的本底计数率nb，液闪谱仪的计数效率e。
[0069]
根据本发明实施例提供的液体中铁-55分析方法，待测样品中铁-55的放射性活度浓度计算公式如下：
[0070][0071]
式中：
[0072]
c—样品中铁-55的放射性活度浓度，bq/l或bq/g；
[0073]
n—样品中铁-55的计数率，min-1
；
[0074]
nb—液闪谱仪的本底计数率，min-1
；
[0075]
e—液闪谱仪的计数效率，％；
[0076]
w—制样量，l或g；
[0077]
y—回收率，％；
[0078]v1
—样品定容体积，ml；
[0079]v2
—测量体积，ml。
[0080]
采用本发明实施例提供的液体中铁-55分析方法对液体样品进行分析，将解吸液残渣溶解定容后，取0.1ml溶液用电感耦合等离子质谱仪(icp-ms)测定回收率。结果表明对于1l样品铁-55的回收率y的平均值为95.2％。
[0081]
采用本发明实施例提供的一种液体中铁-55分析方法对采集到的2个核电厂液态
流出物样品进行分析，得到其中铁-55的活度浓度分别为3.35bq/l和11.4bq/l，说明本发明实施例提供的方法可以用于实际液体样品中铁-55的分析。
[0082]
实施例2
[0083]
如图1所示，本实施例提供的一种液体中铁-55分析方法，所述方法包括实施例1中所述的所有步骤。
[0084]
为了测定并验证本发明实施例提供的方法对被测样品中主要干扰核素的去污效果，本实施例采用的被测样品为：在蒸馏水中加入稳定的铁fe、镍ni、钴co、锶sr、锌zn、铯cs、锰mn元素得到的模拟样品；可选的，本实施例中采用的被测样品为：在蒸馏水中加入已知量的fecl3，cocl2、srcl2、zn(no3)2、cscl、nicl2、mn(no3)2而得到的载体溶液。
[0085]
按照本实施例提供的一种液体中铁-55分析方法进行实验，并在步骤s11中采用电感耦合等离子质谱仪(icp-ms)测量各元素的浓度，可得到本实施例提供的液体中铁-55分析方法对镍、钴、锶、锌、铯、锰的去污因子分别为2.4
×
104、2.7
×
104、1.7
×
103、1.0
×
102、3.2
×
104、2.0
×
104。
[0086]
本发明实施例提供的一种液体中铁-55分析方法，可以通过加入铁载体及其他载体实现微量或痕量铁-55的定量分析，同时通过分离步骤去除液体样品中干扰核素对铁-55分析结果的影响；并通过icp-ms测定纯化并定容后的待测样品中的铁含量，通过液闪谱仪测定待测样品中铁-55的计数，得到待测样品中铁-55的活度浓度。本发明实施例提供的方法能够获得比较高的铁的回收率，且稳定性好，准确度高。此外，本发明实施例还通过分析实际液体样品中铁-55的活度浓度、测定对照实验样品的去污因子对本发明实施例提供的方法进行了实验验证，结果表明，本发明实施例提供的方法可以作为推荐方法用于日常辐射环境监测中。
[0087]
本发明所述的方法并不限于所述具体实施方式，上述实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其他的特定方式或其他的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。