Fizikai Szemle honlap |
Tartalomjegyzék |
Varga Zsolt
MTA KK Izotópkutató Intézet
Myroslav V. Zoriy, J. Sabine Becker
Research Centre Jülich (Németország)
) 0,02 fg/ml, a meghatározás pontossága
1,7%, precizitása (RSD, n = 10) 2,1%. A mintaelőkészítés
és mérés 5 minta esetén körülbelül 4 órát vesz
igénybe, így lényegesen gyorsabb a hagyományosan
használt radiokémiai módszereknél.
A 226Ra jelentősége
Az ultranyomelem-tartományban előforduló hosszú felezésű
idejű radionuklidok pontos meghatározása az analitika
nehéz feladatai közé tartozik [1]. A mesterséges eredetű
radionuklidok mellett (pl. 236U, 239Pu, 240Pu, 241Am,
237Np) különösen fontos a természetes radionuklidok,
köztük a 226Ra pontos és megbízható mérése. A természetben
kis koncentrációban előforduló, az 238U bomlásából
származó, viszonylag hosszú felezési idejű 226Ra (T1/2
= 1600 év) fontos nyomjelző geológiai és környezeti folyamatokban,
például a magmatikus folyamatok jellemzésében
[2], geokronológiában [3] és hidrológiai rendszereknél
[4]. A szervezetbe került 226Ra egy része - a kalciummal
való metabolikus hasonlósága miatt - beépül a
csontokba, ezért csak lassan ürül ki. Emiatt, valamint
nagy fajlagos aktivitása (3,7
1010 Bq/g) és jelentős dózisjáruléka
miatt kiemelt jelentősége van a sugárvédelmi és
egészségügyi szempontoknak [5, 6]. Az Egyesült Államok
Környezetvédelmi Ügynöksége (EPA) által a 226Ra és a
228Ra együttes mennyiségére ivóvizekben megszabott
határérték 5 fg/ml. Kiemelten fontos az ásványvizek rádiumtartalmának
figyelése, mivel azok rádiumtartalma magasabb,
mint a felszíni vizeké, különösen akkor, ha az
ásványvizet tartalmazó geológiai közeg urántartalma
magas [7, 8]. A mérésre használt módszernek gyorsnak,
egyszerűnek, megbízhatónak és - lehetőség szerint -
minél olcsóbbnak kell lennie.
A 226Ra mérésére használt módszerek
Környezeti minták 226Ra-koncentrációjának meghatározására számos analitikai technikát alkalmaznak. Leggyakrabban radioanalitikai módszereket, köztük direkt alfa-spektrometriát [9, 10], radonemanációt [11], gamma-spektrometriát [12] és folyadékszcintillációt [13] használnak. Ezen technikák hátránya, hogy sokszor hosszadalmas és bonyolult mintaelőkészítést igényelnek, hosszú ideig tart a mérés, vagy nem eléggé érzékenyek. A tömegspektrometriás módszerek közül gyakran használnak termikus ionizációs tömegspektrometriát (TIMS) is [3], amelynek ugyan kitűnő kimutatási képességei vannak, de amelyhez szintén szükséges a 226Ra dúsítása és elválasztása a mátrixtól. Az ICP-MS készülékek (különösen a nagy felbontású, kettős fókuszálású berendezések) kitűnő érzékenységük és kimutatási határuk, megfelelő pontosságuk és precizitásuk, illetve a viszonylag egyszerű minta-előkészítés révén az elmúlt években széles körűen elterjedtek a hosszú felezési idejű nuklidok mérésének területén [1]. A berendezés kitűnő kimutatási képességei ellenére (a 226Ra kimutatási határa (3.) nagy tisztaságú vízben 0,22 fg/ml) szükség van a 226Ra dúsítására és elválasztására. Ennek oka a környezeti minták igen kis 226Ra-koncentrációja, valamint az m/z = 226 tömeg/töltés hányadosnál esetlegesen előforduló izobár interferenciák, amelyek pozitív hibát eredményeznek. Az 1. táblázat tartalmazza az egyes interferenciák által okozott úgynevezett látszólagos koncentrációt, ami megmutatja, mekkora (látszólagos) 226Ra-koncentrációt eredményez 100 ng/ml interferáló anyag.
A 226Ra elválasztására és dúsítására használt módszerek A 226Ra elválasztására és dúsítására számos eljárást szoktak használni, például BaSO4-tal együtt történő leválasztást [14], kationcserét [15], extrakciós kromatográfiát [16], folyadék -folyadék extrakciót, Ra-specifikus szervetlen adszorbereket [17] vagy membránt [18]. Ezek a módszerek sokszor eredményesen alkalmazhatók, azonban komplex vagy nagy ionerősségű minták esetében nem eléggé robosztusak, bonyolult és hosszadalmas a minta-előkészítés, esetleg drága és speciális anyagokat, felszerelést igényelnek. Az adott minta-előkészítés kiválasztását természetesen meghatározza az alkalmazott mérési módszer. Az elválasztásra hatékonyan használható a MnO2, amely a rádiumot szelektíven adszorbeálja [19]. A MnO2 hordozója lehet szálas szerkezetu, membrán vagy pórusos szemcse alapú, a hordozó anyaga poliamid vagy poli-akrilnitril. Az adszorpciót befolyásolja a minta pH-ja, az adszorbens MnO2-tartalma (kapacitás és kinetika), hőmérséklet, a minta egyéb komponensei (főleg Ca2+- és karbonáttartalom) [9, 19, 20]. A 226Ra leoldása az adszorbensről történhet a MnO2 teljes feloldásával, komplexképző használatával vagy pH beállításával. A MnO2-vel történő dúsítás és minta-előkészítés után az ICP-MS eredményesebben alkalmazható a Ra-tartalom meghatározására, mint más radioanalitikai módszerek (pl. alfa-spektrometria), mivel nincs szükség vékony mintára. Ezért nagyobb mennyiségű adszorbens használható, az adszorpcióhoz szükséges idő jelentősen lecsökken, és a kimutatási határ is csökken. 226Ra meghatározása ICP-MS módszerrel
Felhasznált készülékek, eszközök és vegyszerek
A 226Ra- és urántartalom meghatározásához kettős fókuszálású fordított Nier-Johnson-geometriájú ICP-MS készüléket (ELEMENT, ThermoElectron, Bréma, Németország) használtunk.
Földelt Pt-elektróddal árnyékolt ICP plazmaégőt (GuerdelectrodeTM, Finnigan MAT) alkalmaztunk a mérések során. A mintabevitelt PFA-100 mikroáramlású porlasztóval (Elemental Scientific Inc., Omaha, NE, USA) és perisztaltikus pumpával (Perimax 12, Spetec GmbH, Erding, Németország) végeztük. A méréseknél Sr, Ba, Mo, La, Ce, Pb, W, Bi és U monoelemes stan- dardoldatot (Merck, Darmstadt, Németország), 226Ra standardoldatot (NIST, Gaithersburg, MD, USA) használtunk. A hígításokat nagy tisztaságú (18
cm-1), Milli-Q-Plus víztisztítóval (Millipore, Bedford, MA,
USA) előállított vízzel végeztük, a mérések előtt a minták HNO3-tartalmát
2 w/w%-ra állítottuk be.
A minta-előkészítéshez használt vegyszerek és reagensek supragrade
(Merck) tisztaságúak. A minta-előkészítéshez alkalmazott membránszűrő
anyaga cellulóz-nitrát (Millipore, Bedford, MA, USA).
A módszer jellemzői
A minta-előkészítés alkalmasságát és robosztusságát 9 párhuzamosan
mért, 5 fg és 50 fg 226Ra hozzáadásával készített
(spike-olt) laboratóriumi szintetikus ásványvízminta
mérésével vizsgáltuk. Az átlagos visszanyerés 69
8% (5 fg
226Ra esetén) és 72
6% (50 fg 226Ra esetén) volt. A mérések
kiértékelésekor az átlagos 71,5%-os visszanyerés értéket
használtuk a mért 226Ra-koncentrációérték korrekciójára.
Fontos megjegyezni, hogy - bár a módszer hathatós, amit
a visszanyerési értékek kis szórása is jelez - nagyobb oldottanyag-
tartalmú minták mérésénél (pl. tengervíznél)
pontosabb eredményt érhetünk el, amennyiben nyomjelzőt
(például 228Ra) vagy párhuzamosan előkészített és
mért, ismert mennyiség? 226Ra hozzáadásával készített
(spike-olt) mintát használunk a visszanyerés pontosabb
számításához. A módszer kimutatási határa (3
) 0,02
fg/ml, meghatározási határa (10
) 0,06 fg/ml. A mintaelőkészítés
dúsítási tényezője 10. A meghatározás pontossága
(RSD, n = 10) 1,7%, precizitása (RSD, n = 10) 2,1% 25
fg/ml 226Ra-koncentrációjú standard mérésekor. Tesztoldat
felhasználásával vizsgáltuk, hogy a módszer mennyire alkalmas
az esetlegesen zavaró elemek elválasztására. Ezeket
az elválasztási tényezőket (decontamination factor)
mutatja be a 2. táblázat. A hatékony elválasztás miatt a
mérés során nem lép fel interferencia.
A módszer alkalmazása A módszert alkalmaztuk kereskedelmi forgalomban kapható ásványvizek (MW-1-MW-9), Erzgebirge (Németország) környéki "rádiumos forrás" mellől származó talajvízminták (GW-1-GW-4), valamint hagyományos csapvíz elemzéséhez. A mérési eredményeket mutatja be a 3. táblázat. A vizsgált vizek 226Ra-tartalma két minta (MW-8, MW-9) kivételével az EPA által megadott határérték alatti. Ez utóbbi minták viszont az ajánlott maximális 226Ra-koncentrációértéket két-háromszorosan is meghaladják. A minták rádiumtartalma arányos az urántartalommal (3. táblázat ). A mért 235U/238U arány 0,00715 és 0,00727 (relatív szórás 0,08-0,3%) között változott, ami megerősíti a természetes eredetet. A mérési eredményeket felhasználva a WHO ajánlásai alapján kiszámítottuk napi 1 liter ásványvíz elfogyasztásának hozzájárulását az effektív dózishoz (234U, 235U, 238U, 226Ra). Azt kaptuk, hogy az ásványvíztől származó többletdózis nem haladja meg a WHO által ajánlott 0,1 mSv össz-alfa-értéket, kivéve a két, 226Ra-határértéket túllépő ásványvíz esetét. Fontos azonban megjegyezni, hogy az ásványvizektől származó dózis-hozzájárulás lényegesen nagyobb lehet, ha az ásványvíz 226Ra-tartalma a határértéknél nagyobb (pl. MW-8 és MW-9), illetve, ha a feltételezett napi 1 liternél nagyobb az ásványvízfogyasztás. A kidolgozott módszer alkalmas nemcsak ásványvizek, hanem egyéb környezeti minták 226Ra-tartalmának pontos meghatározására is. Gyorsasága és egyszerűsége révén alkalmas ásványvizek ellenőrzésére. Köszönetnyilvánítás A szerzők megköszönik C. Pickhardt, P. Ostapczuk, R. Hille (FZJ Jülich), L. Halicz, I. Segal (Geological Survey of Israel) a munka elvégzése során nyújtott segítségét, valamint Bíró Tamás (MTA KK Izotópkutató Intézet) folyamatos támogatását és segítségét. Irodalom