放射化学—放射性锶

1、放射性锶放射性锶 ( (strontium，Sr) ) 概述概述 锶的化学性质锶的化学性质9090SrSr的分析测定的分析测定概述概述 锶是锶是3838号元素，位于元素周期表第号元素，位于元素周期表第五周期的第二主族。五周期的第二主族。 锶在自然界中的含量较少，主要存锶在自然界中的含量较少，主要存在于海水中，浓度约在于海水中，浓度约8mg/L8mg/L。 其矿物有硫酸盐和碳酸盐。其矿物有硫酸盐和碳酸盐。 锶在某些生物样品中有一定含量。锶在某些生物样品中有一定含量。 锶共有锶共有2323种同位素和种同位素和3 3种同质异能素。种同质异能素。 质量数为质量数为8484、8686、8787和和888

2、8的四种锶同的四种锶同位素是稳定核素，其余均为放射性核位素是稳定核素，其余均为放射性核素。素。8989SrSr和和9090SrSr是两个重要的裂变产物。是两个重要的裂变产物。核素核素 半衰期半衰期衰变衰变方式方式能量能量（MeV）毒性用途毒性用途85Sr 65 19dECEC0.514示踪剂示踪剂89Sr50.5d1.488中毒中毒90Sr28.2a0.546高毒、核素高毒、核素电池、放射电池、放射性敷贴剂性敷贴剂 放射性核素电池放射性核素电池 原理：原理：放射性核素放出的射线能量被试放射性核素放出的射线能量被试 样吸收后，试样就会被加热，把热能经样吸收后，试样就会被加热，把热能经过热电转换（

3、过热电转换（热离子换能热离子换能）变成电能，）变成电能，效率为效率为35%(810%)。 核素：核素： ：238Pu，244Cm，210Po; ：144Ce，90Sr，147Pm。 4kg238PuO2热功率热功率1480W，电功率，电功率60W。 90 90SrSr和和8989SrSr在核裂变反应中产额均在核裂变反应中产额均较高，是典型的较高，是典型的亲骨性核素亲骨性核素。从放射。从放射卫生学来说具有重要意义。卫生学来说具有重要意义。服用大量服用大量钙盐可减少放射性锶在骨内的沉积钙盐可减少放射性锶在骨内的沉积。 植物通过植物通过根根对对9090SrSr的吸收是很的吸收是很少少的，的，9090

4、SrSr主要沉降在主要沉降在叶片叶片上，绝大部分是上，绝大部分是通过食用叶类蔬菜而进入动物或人体通过食用叶类蔬菜而进入动物或人体内的。内的。 由于由于8989SrSr的半衰期相对于的半衰期相对于9090SrSr要短要短得多，在环境中未受新鲜裂变产物污得多，在环境中未受新鲜裂变产物污染时，通常染时，通常8989SrSr的含量很少，因此观察的含量很少，因此观察8989Sr/Sr/9090SrSr放射性比值的变化，有助于放射性比值的变化，有助于查找环境放射性污染的来源。查找环境放射性污染的来源。锶的化学性质锶的化学性质 锶与铍、镁、钙、钡和镭同属碱土锶与铍、镁、钙、钡和镭同属碱土金属。锶的性质与钙很

5、相似，但更金属。锶的性质与钙很相似，但更活泼。其化合价只有活泼。其化合价只有+2+2价。价。锶的氧化物和氢氧化物锶的氧化物和氢氧化物 锶的硝酸盐、碳酸盐或氢氧化物在锶的硝酸盐、碳酸盐或氢氧化物在高温下均转变为高温下均转变为SrO。 Sr(OH)2的碱性比的碱性比Ca(OH)2强，且溶强，且溶解度比解度比Ca(OH)2大得多，并随温度而大得多，并随温度而变化变化,在在0时溶解度仅时溶解度仅0.35g/100g水水,而而100时即增至时即增至24g/100g水。水。锶的盐类锶的盐类 碳酸锶在水中的溶解度很小，其组碳酸锶在水中的溶解度很小，其组成固定，可作为锶分析的基准物。成固定，可作为锶分析的基准

6、物。 氯化锶与氯化锶与CaCl2相似，易溶于水。相似，易溶于水。 硝酸锶与其它金属的硝酸盐一样均硝酸锶与其它金属的硝酸盐一样均易溶于水，但在浓硝酸中，与钙和易溶于水，但在浓硝酸中，与钙和钡的硝酸盐溶解度却大不相同。据钡的硝酸盐溶解度却大不相同。据此可进锶、钡与钙以及其它金属元此可进锶、钡与钙以及其它金属元素的分离。素的分离。 硫酸锶的溶解度及化学性质界于硫酸锶的溶解度及化学性质界于CaSO4与与BaSO4之间，均为难溶性盐之间，均为难溶性盐类。类。锶、钙和钡的硝酸盐在浓硝酸中的锶、钙和钡的硝酸盐在浓硝酸中的溶解度（溶解度（g/100g溶液）（溶液）（25）硝酸浓度硝酸浓度,moll-1硝酸盐硝

7、酸盐151719硝酸钙硝酸钙7.382.460.492硝酸锶硝酸锶9.6610-21.4510-34.3510-4硝酸钡硝酸钡2.2910-31.9110-47.6210-5 在在HAc介质中，铬酸钙易溶于水，而铬介质中，铬酸钙易溶于水，而铬酸锶的溶解度较小，但铬酸钡的溶解度酸锶的溶解度较小，但铬酸钡的溶解度更低，利用此性质可进行锶钡的分离。更低，利用此性质可进行锶钡的分离。 在在16下，下，100克水中铬酸锶的溶解度为克水中铬酸锶的溶解度为0.12g，而铬酸钡的溶解度为，而铬酸钡的溶解度为3.4 10-4g。锶的络合物锶的络合物 锶能与某些有机试剂如锶能与某些有机试剂如EDTA、DTPA、H

8、3Cit等生成络合物，此性质可用于放等生成络合物，此性质可用于放射性锶的分析测定和去污。射性锶的分析测定和去污。 锶的络合能力比钙差。锶的络合能力比钙差。9090SrSr的分析测定的分析测定 环境和生物样品中环境和生物样品中89Sr和和90Sr的含量一般的含量一般都很低，因此在分析测定前需要对它们进都很低，因此在分析测定前需要对它们进行浓集和分离。行浓集和分离。 放射性锶与放射性钙放射性锶与放射性钙(45Ca, t1/2=163d, -)和和钡钡(140Ba，t1/2=12.75d, -)的分离是整个过的分离是整个过程的关键。程的关键。 对于对于90Sr的分析来说，基本上都是通过测的分析来说，

9、基本上都是通过测定与其处于放射性平衡的子体定与其处于放射性平衡的子体90Y来换算来换算(母子体易达到平衡，子体核性质比母体母子体易达到平衡，子体核性质比母体核性质有优势核性质有优势)。 目前目前90Sr的测定已经有许多成熟的方法，的测定已经有许多成熟的方法，其中常用的有硝酸盐或硫酸盐的其中常用的有硝酸盐或硫酸盐的共沉淀共沉淀法法、离子交换法离子交换法、HDEHP萃取法萃取法和和HDEHP萃取色谱法萃取色谱法等。等。浓集分离浓集分离 (1) 硝酸盐共沉淀法，也称发烟硝酸法硝酸盐共沉淀法，也称发烟硝酸法。它是利用锶、钙和钡的硝酸盐在浓它是利用锶、钙和钡的硝酸盐在浓HNO3中溶解度的不同来实现锶钡与

10、钙、中溶解度的不同来实现锶钡与钙、的分离，再利用锶与钡的铬酸盐在的分离，再利用锶与钡的铬酸盐在HAc溶液中溶解度的不同分离锶、钡。而伴溶液中溶解度的不同分离锶、钡。而伴随在锶中的稀土元素和锆等裂片放射性随在锶中的稀土元素和锆等裂片放射性核素，可用核素，可用Fe(OH)3来进行清扫。来进行清扫。 锶以碳酸盐形式沉淀并进行总放射性锶锶以碳酸盐形式沉淀并进行总放射性锶89Sr(1.5MeV)+90Sr(0.5MeV)的的计数测定；再计数测定；再将沉淀放置将沉淀放置14d后分离出后分离出90Y并测定其活性，推并测定其活性，推算出样品中算出样品中90Sr的含量。锶与钇的分离可以根的含量。锶与钇的分离可以

11、根据两者据两者氢氧化物的溶解度氢氧化物的溶解度的不同进行的，趁热的不同进行的，趁热过滤，最后钇以过滤，最后钇以Y2(C2O4)39H2O形式制源。将形式制源。将总锶的放射性减去总锶的放射性减去90Sr的放射性即为的放射性即为89Sr的放射的放射性。性。 此法测定值的准确性和精密度高，常此法测定值的准确性和精密度高，常被用作为被用作为标准方法标准方法，但是操作烦琐，但是操作烦琐，而且发烟而且发烟HNO3腐蚀性强，不适于大量腐蚀性强，不适于大量样品的分析。样品的分析。 (2) 阳离子交换法阳离子交换法 （已废弃）（已废弃） 此法是利用钙和锶与此法是利用钙和锶与EDTA、H3Cit形成的络合形成的络

12、合物与离子交换树脂的亲合力的不同而实现锶与钙物与离子交换树脂的亲合力的不同而实现锶与钙的分离。的分离。 调节溶液调节溶液pH至至4.05.0，通过阳离子交换柱，大，通过阳离子交换柱，大部分钙能通过，而锶和部分钙为树脂所吸附。部分钙能通过，而锶和部分钙为树脂所吸附。 再用不同浓度及再用不同浓度及pH的的EDTA-NH4Ac溶液先后淋溶液先后淋洗钙和锶。洗钙和锶。 向含锶的流出液中加入铜盐，将锶从络合物中置向含锶的流出液中加入铜盐，将锶从络合物中置换出来，以碳酸盐形式沉淀锶。换出来，以碳酸盐形式沉淀锶。 此法适合于含钙量高的样品此法适合于含钙量高的样品, ,尤其尤其适于同时处理大批量大体积水样适于

13、同时处理大批量大体积水样, ,而对而对小批量样品分析显得操作烦琐费时。小批量样品分析显得操作烦琐费时。(3) HDEHP萃取色谱法萃取色谱法 1)快速法快速法 将样品溶液调节将样品溶液调节pH为为1.0,通通过过HDEHP-Kel-F（CL-HDEHP）色谱色谱柱，钇被吸附，使之与锶和铯等离子分柱，钇被吸附，使之与锶和铯等离子分离，再以离，再以1.5mol/L HNO3溶液洗涤色谱溶液洗涤色谱柱，以清除被吸附的铈、钷等轻稀土离柱，以清除被吸附的铈、钷等轻稀土离子，最后以子，最后以6mol/L HNO3淋洗钇，实现淋洗钇，实现90Y的快速分离，然后测定的快速分离，然后测定90Y。 2)放置法放置

14、法 将将pH为为2.5的样品溶液通过的样品溶液通过色谱柱，用色谱柱，用0.5mol/L HNO3淋洗，流淋洗，流出液（出液（含含Sr2+)放置放置14d后，分离和测后，分离和测定定90Y。 样品中存在样品中存在91Y、144Ce和和147Pm等稀土等稀土核素时，会干扰快速法的测定。此时核素时，会干扰快速法的测定。此时宜采用放置法。宜采用放置法。测定方法测定方法 计数法：计数法： 一是将分离纯化的放射性锶制源直接一是将分离纯化的放射性锶制源直接在低本底在低本底计数器上测量，这样得到计数器上测量，这样得到的结果是的结果是89Sr+90Sr总和。总和。 二是通过测量与二是通过测量与90Sr处于放射性

15、平衡处于放射性平衡的的90Y的的放射性来换算出样品中放射性来换算出样品中90Sr 的含量。的含量。 后一方法为通常所采用后一方法为通常所采用,因为因为90Y的的能量高能量高达达2.29MeV,探测效率高探测效率高，且其，且其半衰期为半衰期为64.2h,易与易与90Sr达到放射性平达到放射性平衡，同时可去除衡，同时可去除89Sr的干扰。的干扰。 高速运动的高速运动的粒子粒子(或其它带电粒子或其它带电粒子)通过折射系数为通过折射系数为n时的透明介质时，时的透明介质时，若其速度大于若其速度大于c/n(c为光在真空中的传为光在真空中的传播 速 度播 速 度 ) , 就 会 发 生 契 伦 科 夫 辐 射就 会 发 生 契 伦 科 夫 辐 射(Cerenkov radiation)。 以水作为介质，以水作为介质，能量只要大于能量只要大于0.26MeV时，在水中就能产生契伦科夫辐射，