青岛市某点位气溶胶中铅-210的放射性水平分析获奖科研报告

青岛市某点位气溶胶中铅-210的放射性水平分析获奖科研报告

摘

要：通过分析2016-2018年青岛市某点位气溶胶中210Po的放射性水平活度范围为0.050-0.6mBq/m3，该点位的气溶胶中210Po的放射性活度水平处于我国辐射环境监测的本底水平。青岛市某点位气溶胶中210Po的分布特点和影响因素可以为进一步探讨空气中总悬浮颗粒物浓度对环境空气气溶胶样品中210Po的放射性活度浓度的影响做数据支撑。

关键词：气溶胶;钋-210;青岛

210Po广泛分布于自然界，是人类天然辐射本底的重要组成部分，人体内各种组织所受的天然辐射内照射剂量有30%来自这个核素[1]。210Po为天然铀系衰变链最后一个放射性成员[2]，其α衰变的能量为5.3Mev，它的半衰期为138.4天，其衰变产物为206Pb。210Po虽然是天然放射性核素，但在自然界中土壤和水中的含量极低，地壳中的含量约为百万亿分之一，人体内的含量更是微量。从铀矿石、镭盐和氡的衰变产物中，可分离提取出痕量钋。

210Po衰变时放射出α粒子，而α粒子在空气中的射程只有几cm，一张纸即可以屏蔽，故其外照射损害可以忽略。但由于它的电力能力很强，如果人类吸入或者食入含有210Po的物质，其释放的α粒子能够直接破坏内脏细胞，即使所吸收的分量不够，也会损坏身体健康，急性高剂量α辐射可以引致“辐射中毒”，致使生物組织产生化学变化，破坏细胞的功能及新陈代谢，损害生物机能[3]。

由于210Po的衰变，210Po在环境中的含量相当稳定，因此环境中的210Po含量和行为在很大程度上取决于210Pb的含量，但210Po的生物危害比210Pb大得多。210Po一次衰变产生的剂量当量比210Pb大一千倍，因此210Po为极毒放射性核素[4]。210Po通过呼吸、饮水和食品从环境进入人体。因此了解210Po在环境中的放射性水平，并对环境质量予以评价有着重要的意义。

针对环境样品中210Po的放射性分析，水的分析已有国家标准[5]。气溶胶中钋-210的分析目前缺少标准方法。气溶胶成分主要由硅、碳、钙、铝、硫、铁、钾、钠、锌、镁、铜、磷等元素构成，形态多以离子结合经过二次转化的SO42-、NO3-、NH4+等离子为主，组分与土壤主要化学成分（碳、氧、硅、铝、钠、磷、铁等元素）较为接近[6]，因此，在辐射监测工作中，环保部辐射环境监测技术中心曹钟港、王克斌根据理论推断和实际操作经验，编制了《气溶胶中210Po的分析方法》用于对气溶胶中210Po核素进行处理和分析。

1.材料与方法

1.1试剂材料

实验所用试剂浓硫酸、硝酸、高氯酸、抗坏血酸、无水乙醇、浓盐酸、均为分析纯，实验用水为新制备的去离子水，每次更换试剂时进行试剂空白实验。

209Po标准溶液由Eckert&Ziegler提供，活度为0.1992Bq/Kg，半衰期为（102±5）a，参考日期为2015-11-1。

银片，厚度约为0.5mm，使用将银片的一面使用耐酸耐高温的材料覆盖，自趁机前将另一面用砂纸抛光，去离子水冲洗干净后使用。

1.2仪器设备

低本底α谱仪（Canberra7200-4），仪器每两年检定一次;刻度用标准混合电镀面源每年自检一次;崂应2031型智能大流量TSP（PM10）采样器（青岛崂山应用技术研究所）每年检定一次;

1.3样品采集原则

放射性气溶胶采样点位遵循如下要求：地形开阔，半径50m范围内无高大建筑物，以免阻碍气溶胶的扩散、沉降和采集;半径50m范围内无主要交通公路经过，无大中型晒谷场和公共活动场所，以免扬尘影响采集;半径500m范围无工矿企业的高大烟囱和产生粉尘的加工厂（如粉尘厂、矿石厂、碾米厂等）以免烟尘和粉尘所含放射性核素影响采样[7]。

气溶胶采样时避开雨天，采样前将滤膜置于烘箱中80℃烘至恒重。

为提高结果的探测下限，针对气溶胶中钋-210的采样时，考虑到当前所用的探测仪器下限和效率、制样过程中化学回收率等因素，根据理论计算和实际操作经验，采样量应在1000m3以上。

1.4样品采集方法和频次

在青岛市崂山区某地布设一个点位进行气溶胶样品采集，每月采集测量一次。

1.5分析方法

1.5.1分析步骤

（1）将采集的气溶胶滤膜用剪刀剪碎后装入100ml的烧杯中。向烧杯中准确加入1ml209Po示踪剂，加入1ml浓硫酸，加入1ml浓硝酸，电热板上水浴加热，使用玻璃棒不定时搅拌。待浓硝酸蒸干后再加入5ml浓硝酸，不断搅拌。

（2）浓硝酸蒸干后取出烧杯冷却，加入5ml高氯酸，电热板上蒸发，初始温度为105℃，恒温加热蒸发5h，使用玻璃棒不断搅拌。温度上调至110℃，持续5h，使用玻璃棒不断搅拌。温度上调至至115℃，持续10h，使用玻璃棒不断搅拌。温度上调至至120℃，持续24h，使用玻璃棒不断搅拌。直至不冒白烟。

（3）取出烧杯，冷却，加入5ml浓盐酸，水浴加热并不断搅拌，浓盐酸蒸干后再重复一次。

加入30ml0.2mol/L盐酸，电热板水浴加热30min，上清液过滤，滤液收集于100ml烧杯，残渣滤膜仍保留在原烧杯中;加入20ml0.2mol/L盐酸，电热板水浴加热30min，上清液过滤，滤液收集于100ml烧杯，残渣滤膜仍保留在原烧杯中，。重复一次后，滤膜残渣与上清液一起过滤，用少量0.2mol/L盐酸洗涤残渣2-3次，合并过滤液。

（4）滤液中加入0.1g抗坏血酸，溶液保持0.5mol/L盐酸体系，呈酱油色，无悬浮物。

（5）在水浴中采用银片自沉积1h，保持沉积液温度为90℃。

（6）取出銀片，去离子水清洗，置于50ml盛有无水乙醇的烧杯中浸泡30min，取出，用去离子水冲洗几次，培养皿中120℃烘干2h以上。

（7）将制得的样品源放于低本底α能谱仪测量。

1.5.2计算方法：

式中：

aT——示踪剂209Po在参考日期的检定活度，Bq/g;mT——示踪剂209Po的加入量，g;rn——210Po在ROIS内的净计数，s-1;rg——210Po在ROIS内的总计数，s-1;r0——210Po在ROIS内的空白计数，s-1;rgt——209Po在ROIS内的净计数，s-1;r0t——209Po在ROIS内的空白计数，s-1;Vs——分析用样品体积，m3.

2结果

2.1实验结果

2.2结果分析

分析表格1得知2016年-2018年青岛市某点位气溶胶中210Po的活度范围为0.050-0.6mBq/m3，查阅资料世界部分地区近地表大气气溶胶210Po水平范围为0-5.1mBq/m3;年均值范围为0.5-2.1mBq/m3【7】。青岛地区某点位大气气溶胶210Po浓度范围与平均值范围均差异不大，但该点位相较于南极或者UNSCER2000的均值高5-10倍。这可能与我国年消耗的燃煤有密切关系[8]。UNSCER1993的报告中曾指出，210Po随煤燃烧后的飞灰排放，而这些飞灰中含有较高含量的210Po，其中210Po