Khóa luận tốt nghiệp đại học: Phương pháp xác định nồng độ Radium-226 trong nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ

MAI THỊ VÂN ANH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thành phố Hồ Chí Minh- Năm 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ

MAI THỊ VÂN ANH

NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ

MÃ NGÀNH: 102

Giảng viên hướng dẫn: ThS LÊ CÔNG HẢO Thành phố Hồ Chí Minh- Năm 2011

LỜI CẢM ƠN

Trong cuộc sống, có mấy ai thành công mà không cần tới sự giúp đỡ của người khác.

Sự giúp đỡ không nhất thiết phải là điều gì lớn lao mà đôi khi chỉ là một lời động viên chân

thành cũng tiếp thêm sức mạnh cho người được nhận.

Cùng với sự hoàn thành của khóa luận, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến:

- Tất cả quí thầy cô giáo, những người đã tận tình truyền đạt những kiến thức và kinh

nghiệm quí báu cho chúng em trong suốt thời gian qua.

- ThS Lê Công Hảo, giảng viên trường Đại học Khoa học tự nhiên thành phố Hồ Chí

Minh, là người thầy trực tiếp hướng dẫn em ngay từ những bước đầu bỡ ngỡ với đề tài,

thầy luôn là người chỉ dẫn nhiệt tình cho em trong quá trình em thực hiện đề tài.

- Các anh chị cùng thực hiện thí nghiệm trong phòng Vật lý hạt nhân trường Đại học

Khoa học tự nhiên, các anh chị là người cho em rất nhiều kinh nghiệm, tạo điều kiện

để em có thể hoàn thành tốt khóa luận của mình.

- Các bạn Lý k33 trường Đại học sư phạm thành phố Hồ Chí Minh, các bạn đã luôn

động viên tinh thần và giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình làm khóa luận.

Con cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến bố mẹ và gia đình con. Cảm ơn mọi người đã

luôn bên con, ủng hộ và giúp đỡ con trong suốt thời gian thực hiện khóa luận.

Xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người, kính chúc mọi người thật nhiều sức khỏe và

đạt nhiều thành công trong cuộc sống.

Sinh viên thực hiện

Mai Thị Vân Anh

MỤC LỤC

4TLỜI CẢM ƠN4T ........................................................................................................... 3

4TMỤC LỤC4T ................................................................................................................ 4

4TLỜI MỞ ĐẦU4T ........................................................................................................... 6

4TDANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT4T ...................................................................... 8

4TCHƯƠNG I: HỆ ĐO ALPHA ANALYST4T .............................................................. 9

4T1.1. Tiện ích hệ đo Alpha analyst [2]4T ............................................................................. 9

4T1.2. Buồng chân không [1]4T ............................................................................................. 9

4T1.3. Detector [1]4T ............................................................................................................ 10 4T1.3.1. Detector PIPS4T................................................................................................... 10 4T1.3.2. Đầu dò Alpha PIPS4T .......................................................................................... 12

4T1.4. Bộ tiền khuếch đại [1]4T ........................................................................................... 13

4T1.5. Bộ khuếch đại [1]4T ................................................................................................... 15

4T1.6. Bộ biến đổi tương tự thành số ADC và bộ phân tích biên độ đa kênh MCA [1]4T 15

4TCHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ RADIUM4T .......................................................... 16

4T2.1. Kim loại Radium4T ................................................................................................... 16

4T2.2. Muối Radium4T ......................................................................................................... 16 4T2.2.1. Muối Radium tan4T ............................................................................................. 17 4T2.2.2. Muối Radium không tan- Kết tủa và đồng kết tủa đặc trưng4T ............................. 18

4T2.3. Đồng vị của Radium4T .............................................................................................. 20

226

4T2.4. Phân bố của P

PRa trong môi trường nước4T ........................................................... 25

4T2.5. Cơ chế giật lùi4T ........................................................................................................ 26

4T2.6. Cơ chế hòa tan4T ....................................................................................................... 27

226

4TCHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH P

PRa TRONG NƯỚC4T .......... 30

226

4T3.1. Các phương pháp phân tích P

PRa trong mẫu nước4T............................................. 30 4T3.1.1. Phương pháp đồng kết tủa Radium với Barium Sunfate (BaSO R4 R) [9], [18]4T ....... 30 4T3.1.2. Phương pháp phát xạ Radon [18]4T ..................................................................... 30 4T3.1.3. Phương pháp sử dụng máy đếm Cerenkov [17]4T ................................................ 31 4T3.1.4. Phương pháp đếm nhấp nháy lỏng LSC [17]4T .................................................... 31 4T của mẫu nước chưa xử lí [17]4T ..................................... 31 4T3.1.5. Phương pháp đo phổ 4T 4T3.1.6. Phương pháp trao đổi ion [11]4T .......................................................................... 31 4T3.1.7. Phương pháp hấp thụ Radidum trên đĩa MnOR2 R [6],[12]4T .................................... 31 226

4T3.2. Phương pháp trao đổi ion để xác định P

PRa trong mẫu nước4T ............................ 32 4T3.2.1. Cơ sở lí thuyết:[11]4T .......................................................................................... 32 4T3.2.2. Thực nghiệm4T .................................................................................................... 36

4T3.3. Phương pháp xác định Radium trong nước bằng cách hấp thụ Radium trên đĩa MnO R2 R. 4T ........................................................................................................................... 44 4T3.3.1. Cơ sở lí thuyết4T .................................................................................................. 44 4T3.3.2. Thực nghiệm4T .................................................................................................... 46

4TKẾT LUẬN4T ............................................................................................................. 54

4TKIẾN NGHỊ 4T............................................................................................................ 55

4TTÀI LIỆU THAM KHẢO4T ..................................................................................... 56

LỜI MỞ ĐẦU

Lịch sử hình thành Trái đất gắn liền với các đồng vị phóng xạ. Được khám phá vào

năm 1898 bởi hai nhà khoa học Marie và Pierre Curie, Radium là một trong những nguyên

tố có sức hấp dẫn trong nghiên cứu. Năm 1900, hai nhà nghiên cứu người Đức là Otto

Walkhoff và Friedrich Giesel đã lần đầu tiên phát hiện ra tác dụng chữa bệnh của Radium

[20]. Vào khoảng đầu thế kỉ XX, Radium được sử dụng rộng rãi trong sơn phát quang, mỹ

phẩm, kem đánh răng, và thậm chí là cả trong thực phẩm. Radium cũng được sử dụng trong

y học để điều trị bệnh ung thư.

Nồng độ Radium tự nhiên có trong môi trường rất nhỏ. Cho tới nay chưa có bằng

chứng nào cho thấy tiếp xúc ngoài với Radium nồng độ thấp trong tự nhiên có ảnh hưởng

tới sức khỏe. Tuy nhiên, nếu tiếp xúc lâu dài với Radium nồng độ cao có thể gây thiếu máu,

gãy xương, đục thủy tinh thể, gây ảnh hưởng đến hệ miễn dịch, ngoài ra còn có thể gây ung

thư. Các nguồn Radium nồng độ cao thường tập trung ở khu vực mỏ Uranium, sản xuất

quặng Uranium, hoặc nguồn nước ngầm xung quanh khu vực chất thải phóng xạ. Do

Radium và các muối của Radium có thể tan trong nước nên nồng độ Radium trong nước

ngầm cao hơn nồng độ Radium nước mặt.

Cơ quan bảo vệ mội trường Mỹ EPA (Environmental Protection Agency’s) đã đưa ra

226

228

tiêu chuẩn mức độ tối đa chất MCL (Maximum contaminant level) có thể gây nguy hiểm

PRa và P

PRa là 5pCi/L. MCL đối với tổng bức xạ alpha là

cho sức khỏe con người đối với P

15pCi/L.

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật và nghiên cứu đặc tính của các

226

PRa trong mẫu.

đồng vị phóng xạ, ngày càng có nhiều phương pháp hiện đại để xác định nồng độ phóng xạ

nói chung và nồng độ P

226

PRa trong nước” với mục đích so

226

Khóa luận “ Phương pháp xác định nồng độ P

PRa trong nước sau đó chọn ra được phương pháp hiệu

sánh các phương pháp phân tích P

quả nhất. Nội dung khóa luận gồm 3 chương:

Chương I: Hệ đo Alpha analyst

226

PRa trong nước

Chương II: Tổng quan về Radium

Chương III: Các phương pháp xác định P

Do thời gian tiến hành khóa luận có hạn nên khóa luận chắc chắn sẽ có những hạn chế.

Do đó tôi hi vọng những nghiên cứu tiếp theo sau sẽ được hoàn thiện hơn.

Sinh viên thực hiện

Mai Thị Vân Anh

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ADC: Analog to Digital Coverter

DJ: Diffused Junction

EPA: Environmental Protection Agency

FWHM: The full width at half- maximum

LSC: Liquid Scintillation Counter

MCL: Maximum contaminant level

PIPS: Passivated Implanted Planar Silicon

SSB: Surface barrier detector

MCA: Multi Channel Analyzer

MCB: Multi Channel Buffe

EDTA : Etilendiamin tetraaxetic axit

CHƯƠNG I: HỆ ĐO ALPHA ANALYST

1.1. Tiện ích hệ đo Alpha analyst [2]

Hệ đo Alpha Analyst là thiết bị đo hiện đại do hãng CANBERRA sản xuất, giúp ta dễ

dàng khảo sát các mẫu phóng xạ alpha tiết kiệm thời gian mà cho kết quả chính xác. Tính

chất hệ Alpha Analyst dùng đo hạt alpha trong miền năng lượng từ 4 – 9 MeV nên nó phù

hợp với các mẫu môi trường phát alpha.

Máy hút chân không

Máy tính

Detector

Khuếch đại

Tiền khuếch đại

Máy phân tích biên độ đa kênh

PIPS PC

Cao thế

PCI Card

Mẫu đo

Hình 1.1: Sơ đồ khối của hệ Alpha Analyst

Các thao tác của quá trình đo, phân tích và xử lý khi dùng hệ đo Alpha Analyst chủ

yếu thực hiện trên máy tính thông qua phần mềm ứng dụng Genie-2000 Alpha Acquisition

& Analysis. Nói chung hệ Alpha Analyst là thiết bị đo có hiệu suất và độ chính xác cao khi

đo phóng xạ alpha.

1.2. Buồng chân không [1]

Hệ đo được thiết kế để đo phổ alpha, do đó việc hút chân không trong quá trình đo là

điều cực kỳ quan trọng nhằm giảm tối thiểu sự mất năng lượng hạt alpha. Như được trình

bày ở hình 1.3 và hình 1.4 buồng đo chứa mẫu đo và detector của hệ Alpha Analyst có khả

năng hút chân không rất tốt và nhanh với áp suất chân không có thể đạt tới giá trị 0,01 torr.

Khi đó, ta có thể xem môi trường trong buồng đo này gần như chân không hoàn toàn.

Buồng chân không được thiết kế có các khe cách đều nhau, khe gần detector nhất phải

cách detector một khoảng cách nhất định để đảm bảo an toàn cho đầu dò khỏi hư hại và kéo

dài thời gian sử dụng. Với các khe cách đều nhau ta có thể thay đổi khoảng cách giữa mẫu

đo và detector theo ý muốn.

Hình 1.2: Hệ đo Alpha Analyst

Hình 1.3: Máy hút chân không Hình 1.4: Buồng đo hệ alpha Analyst

1.3. Detector [1]

1.3.1. Detector PIPS

Trong hệ đo Alpha Analyst do hãng CABERRA sản xuất, detector được sử dụng là

detector PIPS (Passivated Implanted Plannar Silicon: đầu dò silic nuôi cấy ion thụ động),

đây là sản phẩm công nghệ hiện đại. Đầu dò này được dùng để thay thế cho các đầu dò hàng

rào mặt (SSB) và các đầu dò tiếp xúc khuếch tán (DJ) được chế tạo vào những năm 1960.

Hình 1.5: Đầu dò PIPS

Nguyên tắc chế tạo đầu dò PIPS cũng tương tự như các đầu dò bán dẫn, song nó có

P được

2 + P). Ví dụ, đầu dò PIPS 100 mmP rò thấp và mỏng, cửa sổ vào đồng đều hơn (lớp pP

một số cải tiến để cho hiệu quả tốt hơn. Lợi thế của đầu dò này so với đầu dò SSB là dòng

dùng, có tổng bề dày khoảng 325 mµ , điện trở suất 8700 mΩ và điện thế hoạt động bình

thường là 60 V.

Đầu dò PIPS của hãng CABERRA được sử dụng trong hệ Alpha Analyst có một số ưu

điểm nổi trội sau:

 Tất cả lề tiếp xúc không sử dụng chất bịt kín epoxy.

 Các tiếp xúc được nuôi cấy ion để hình thành tiếp xúc dốc đứng mỏng,

chính xác, cho độ phân giải alpha tốt.

 Cửa sổ vào ổn định và có thể được làm sạch dễ dàng.

 Dòng rò điển hình bằng 1/8 đến 1/1000 dòng rò của đầu dò SSB và DJ.

 Độ dày lớp chết bé hơn so với độ dày lớp chết của đầu dò SSB và DJ.

 Nhạy với các hạt điện tích, đo hạt alpha cho độ chính xác cao.

 Tạp âm thấp nhằm cải tiến độ phân giải và đảm bảo chất lượng.

Đầu dò PIPS áp dụng kỹ thuật thích hợp để giảm thiểu độ dày cửa sổ trong khi vẫn giữ

nguyên độ nhám, độ tin cậy và ổn định vốn có trong loại tiếp xúc này. Cửa sổ này không chỉ

làm tốt khả năng phân giải điển hình như được đo thông thường mà còn được cải tiến hơn

tại khoảng cách đầu dò – nguồn cần để đạt hiệu suất cao, đạt được yêu cầu đối với phổ kế

alpha phông thấp.

Bảng 1.1: Bề dày cửa sổ đầu dò PIPS, SSB

Đầu dò Bề dày cửa sổ

PIPS <500 Å

SSB(Cửa sổ Au) ≈ 800 Å

SSB(Cửa sổ Al) > 2000 Å

1.3.2. Đầu dò Alpha PIPS

Đầu dò Alpha PIPS được tối ưu về khả năng phân giải năng lượng, độ nhạy cao và phổ

alpha phông thấp. Cửa sổ mỏng của đầu dò PIPS cung cấp sự phân giải tăng cường với

khoảng cách đầu dò - nguồn cần cho hiệu suất cao. Dòng rò thấp giúp làm giảm tối thiểu sự

P trong dãy

2 Tần số đếm phông đối với đầu dò Alpha PIPS bé hơn 0,05 số đếm/giờ/cmP

dịch đỉnh khi thay đổi nhiệt độ.

năng lượng từ 3 ÷ 8 MeV. Các đầu dò Alpha PIPS có độ dày vùng hoạt cực tiểu lớn hơn 140

µm đủ để hấp thụ toàn bộ các hạt alpha lên tới 15 MeV.

Bảng 1.2: Một số đầu dò Alpha PIPS của hãng CANBERRA sản xuất

Các đầu dò Alpha PIPS

P)

2 hoạt động (mmP

Nền phông điển hình Diện tích Khả năng phân Tên giải(keV) (số đếm/ngày)

17 4 A300-17AM 300 19 4 A300-19AM

18 6 A450-18AM 450 20 6 A450-20AM

23 8 A600-23AM 600 25 8 A600-25AM

12 A900-25AM 25 900 12 A900-30AM 30

16 A1200-30AM 30 1200 16 A1200-37AM 37

Hệ Alpha Analyst của Bộ môn Vật lý Hạt Nhân sử dụng detector loại A1200-37AM

có các thông số sau:

Kiểu A 1200 37 AM

2 hoạt động (mmP

P)

Diện tích

Phân giải alpha (keV)

PC)

Điện thế phân cực yêu cầu : +40 V

0 Dòng rò (20P

: 12 nA

Độ sâu vùng nghèo tối thiểu : >140 µm

Thế phân cực cực đại (giới hạn) : +100 V

2 : 0,05 số đếm/cmP

P/giờ

Phông điển hình

Bán kính vùng hoạt : 19,55 mm

Độ phân giải alpha :37 keV.

1.4. Bộ tiền khuếch đại [1]

Chức năng bộ tiền khuếch đại là khuếch đại các tín hiệu yếu từ đầu dò và tải nó tới bộ

phận còn lại của thiết bị của hệ đo. Đồng thời tiền khuếch đại cũng bổ sung một lượng tạp

âm nhỏ nhất có thể. Vì tín hiệu tiền khuếch đại là tương đối yếu nên các tiền khuếch đại

được lắp càng gần càng tốt với đầu dò sao cho giảm thiểu độ dài cáp. Trong hệ Alpha

Analyst, tiền khuếch đại được sử dụng là loại tiền khuếch đại nhạy với điện tích. Điện dung

trong bộ tiền khuếch đại được thiết kế và tính toán thích hợp với tạp âm của hệ thống không

đáng kể.

Bảng 1.3: Hai loại tiền khuếch đại của CANBERRA

Thời

Tiền Độ nhạy điện tích Khả năng tần gian Điện thế Tạp âm khuếch đại hay năng lượng số năng lượng tăng

(ns)

5 2,3×10P PMeV/s

< 5 1000V 2003 BT < 2 keV 20mV/MeV

5 <2,8 keV 9 hoặc 45 mV/MeV 4,5×10P PMeV/s

< 20 2000V 2004

Với việc sử dụng tiền khuếch đại đầu dò bán dẫn 2004 là loại nhạy điện tích thích

hợp cho khuếch đại dùng trong đầu dò phát hiện hạt alpha, có những ưu điểm với các đặc

trưng cơ bản sau:

 Lối vào đầu dò: tiếp nhận xung điện tích từ đầu dò bán dẫn.

 Lối kiểm tra: điện tích được nối với tiền khuếch đại 2,2 pC/V;

ZRin R= 93MΩ.

 Lối vào cao thế: cho phép điện áp đầu dò tới ± 2000V DC.

 Lối ra năng lượng: xung đuôi không bị kéo dài, thời gian tăng được cho

trong nhỏ hơn 20 ns, hằng số thời gian giảm 50 µs.

Bảng 1.4: Đặc tính của bộ tiền khuếch đại 2004

-17

Tạp âm (keV) Thời gian tăng Tạp âm rms CRDET FWHM, Si (ns)

0 < 5,2.10P < 2,8 < 20

-17

30 < 5,7.10P < 3,0 < 21

-17

100 < 6,6.10P <3,5 < 23

-16

300 < 1,0. 10P < 5,3 < 33

1.5. Bộ khuếch đại [1]

Bộ khuếch đại phục vụ cho hai mục đích cơ bản: khuếch đại tín hiệu từ tiền khuếch đại

và hình thành xung để có dạng thuận tiện cho việc xử lý tiếp theo. Trong cả hai trường hợp,

bộ khuếch đại thường phải giữ những thông tin quan trọng như thông tin thời gian và thông

tin biên độ. Nếu thông tin thời gian được đòi hỏi thì bộ tiền khuếch đại phải đáp ứng nhanh

chóng. Còn nếu thông tin biên độ được yêu cầu thì tỉ lệ giữa biên độ vào và biên độ ra phải

được bảo vệ (khuếch đại tuyến tính). Một trong số các hệ số quan trọng nhất đối với yêu cầu

của bộ tiền khuếch đại là đặc trưng hình thành xung và sự hình thành xung tối ưu của tỉ số

tín hiệu trên tạp âm.

Nói chung bộ khuếch đại trong hệ đo Alpha Analyst đáp ứng tốt cho xử lý phổ của

detector bán dẫn nói chung và detector PIPS nói riêng. Với tạp âm nhỏ, độ rộng biên độ

xung nhỏ, đảm bảo xung ra tốt và có thể điều chỉnh hệ số khuếch đại theo yêu cầu. Nhờ vậy

nó góp phần làm tăng khả năng độ phân giải và ổn định vị trí đỉnh tại vị trí tần số cao trong

phổ alpha.

1.6. Bộ biến đổi tương tự thành số ADC và bộ phân tích biên độ đa kênh MCA [1]

Bộ biến đổi tương tự thành số (Analog to Digital Coverter - ADC) đo biên độ cực đại

của một xung tương tự và biến đổi giá trị đó thành mã số. Bộ ADC dùng trong hệ đo Alpha

Analyst có được số bit đủ yêu cầu cho phổ có khả năng phân giải cao.

Máy phân tích đa kênh (MCA) bao gồm ADC, một bộ nhớ biểu đồ và bộ chỉ thị biểu

đồ được ghi trong bộ nhớ. Trong hệ đo có sử dụng máy tính để chỉ thị phổ, sự kết hợp ADC

và bộ nhớ biểu đồ được gọi là bộ đệm đa kênh (MCB).

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ RADIUM

2.1. Kim loại Radium

Năm 1898, Radium được phát hiện bởi Marie Curie (tên thật là Maria Sklodowska) và

chồng là Perrie Curie. Và cho đến ngày nay thì Radium (ký hiệu: Ra) được biết đến như

một kim loại nặng nhất trong dãy các kim loại kiềm thổ. Radium mang đầy đủ tính chất của

một kim loại kiềm thổ, rất giống với Barium về mặt hoá học. Trong dung dịch, Radium thể

hiện số ôxi hòa là +2. Ở dạng tinh khiết, Radium có màu trắng bạc, dễ bị oxy hóa trong

không khí thành màu đen. [8]

Radium phản ứng mạnh trong nước hình thành hydroxit hòa tan Ra(OH) R2 R, nhiệt lượng

phản ứng khoảng 9Kcal/g nguyên tử.

Bảng 2.1: Đặc tính của 6TRadium6T (Ra)[19]

Số hiệu nguyên tử 88

Khối lượng riêng nguyên tử 5 g/mol

3 5 g/ cmP

o PC) P (ở 20P

Mật độ nguyên tử

o PC 700P

Nhiệt độ nóng chảy

o PC 1140P

Nhiệt độ sôi

o PC) 1 m (ở 20P

Điện trở suất

o PC) 18,6 W/mK ( ở 27P

Độ dẫn nhiệt

2.2. Muối Radium

Radium có khả năng kết hợp với nhiều nguyên tố khác tạo thành muối, một số có thể

tan trong nước như RaClR2 R, RaBrR2 R, Ra(NO R3 R)R2 R,… một số khác lại không tan như RaSO R4 R,

RaCOR3 R, RaCrOR4 R,… Hầu hết các hợp chất của Radium là các muối đơn giản, khi mới tạo ra

có màu trắng sau đó chuyển sang vàng và cuối cùng là màu đen rồi tự phân rã thành các bức

xạ alpha .[8]

2.2.1. Muối Radium tan

Các muối chloride, bromide và nitratre của Radium đều tan được trong nước nhưng

tính tan giảm dần khi nồng độ các axit tương ứng tăng.

2.2.1.1. Radium chloride (RaCl2)

Bình thường, RaCl R2 R không màu và tự phát sáng nhưng khi để lâu thì nó chuyển thành

màu vàng và khi có lượng nhỏ Barium trong tinh thể RaCl R2 R thì tinh thể có màu hồng. Tinh

3 RaClR 2 R khô có mật độ 4,9 g/cmP

o PC. RaClR2 R là chất thuận từ P và nhiệt độ nóng chảy là 900P

6 có độ cảm từ là 0,5.10P

P(khác BaCl R2 R là chất nghịch từ). RaClR2 R cháy với ngọn lửa đỏ (BaClR2 R

thể ngậm nước RaClR2 R.2HR2 RO có dạng tinh thể giống BaCl R2 R.2HR2 RO.

cháy với ngọn lửa xanh). Các phổ này gồm 2 đường sáng màu đỏ, 1 đường sáng màu xanh

và 2 dải mờ màu tím.

Độ hòa tan của RaClR2 R là 24,5g/100g nước (trong khi của BaClR2 R là 30,79g/100g nước).

Khi nồng độ HCl tăng lên thì độ hòa tan của RaClR2 R giảm nhiều hơn so với BaClR2 R.

RaClR2 R không tan trong nước lạnh 37% HCl và ete (6:1).

2.2.1.2. Radium bromide (RaBr2)

o PC. RaBrR2 R khan cũng có thể tạo ra bằng cách nung nóng RaCl R2 R trong không khí khô ở 200P

o trong HBr khô. RaBr R2 R nóng chảy ở 728P PC và phân rã ở nhiệt độ cao. Mật độ muối khan là

P.

3 5,78g/cmP

Honigshm [3] đã tạo ra RaBr R2 R khan bằng cách khử nước từ các tinh thể ngậm nước

Không khí xung quanh mẫu RaBrR2 Rphát sáng và hiển thị quang phổ nitrogen. Độ sáng

này có thể bị ảnh hưởng do các bức xạ alpha trên phân tử Nito trong không khí.

RaBrR2 R tan nhiều hơn RaClR2 R, độ tan của RaBrR2 R là 70,6g/100g nước. Sự khác nhau về độ

tan giữa RaBr R2 R và BaBr R2 R ít hơn so với RaClR2 R và BaClR2 R.

RaBrR2 R không tan trong hỗn hợp 47% HBr và CHR3 ROH.

2.2.1.3. Radium nitratre (Ra(NO3)2 )

Radium nitratre là hợp chất màu trắng, dễ dàng tạo ra bằng cách hòa tan Radium

carbonate (RaCOR3 R) trong axit nitric. Độ tan của Ra(NO)R3 R trong nước là 13,9g/100g nước.

Ra(NOR3 R) R2 R tan chậm trong HNO R3 R 80%, do đó độ tan của Ra(NOR3 R) R2 R trong nước giảm

khi nồng độ HNOR3 R tăng.

2.2.2. Muối Radium không tan- Kết tủa và đồng kết tủa đặc trưng

Radium có các hợp chất không tan giống Barium. Hầu như hợp chất của Radium ít tan

hơn hợp chất của Barium tương ứng. Trừ trường hợp ngoại lệ là Radium carbonate

(RaCOR3 R), RaCOR3 R tan nhiều hơn BaCOR3 R.

2.2.2.1. Radium sulfate (RaSO4)

Pg/100 ml nước. Kết tủa dễ dàng được tạo ra bằng cách bổ sung

-4 tan của nó khoảng 2,1. 10P

Radium sulfate được biết đến là một trong những hợp chất không tan của Radium. Độ

o PC. Ta có thể chuyển RaSOR4 R thành RaCOR3 R bằng cách nung nóng trong không khí khô ở 300P

axit HR2 RSO R4 R loãng để hòa tan hợp chất Radium. RaSO R4 R có thể bị mất nước hoàn toàn khi bị

tác dụng với Natri carbonate (NaR2 RCOR3 R). Radium sunfate chuyển thành Radium sunfide bằng

cách đốt cháy với đất đèn, Calcium hydride (CaHR2 R) và Carbon. Các sunfide tan trong nước

hoặc axit loãng. Sunfate có khả năng hút bám tốt các đồng vị Radon, làm tăng tính chất của

mẫu kiềm.

Do không tan nên RaSOR4 R ít gây nguy hiểm nhất so với các hợp chất sinh học khác của

Radium. Nó được sử dụng rộng rãi để tạo ra Radium nguyên chất.

2.2.2.2. Radium Chromate (RaCrO4)

R). Kết tủa này được tạo ra bằng cách hòa tan chromate vào dung dịch muối Radium.

Radium chromate mới tạo ra là hợp chất có màu vàng như Barium chromate (BaCrO R4-

Do RaCrO R4 R ít tan trong axit loãng hơn so với BaCrOR4 R và RaCrO R4 R tan nhiều hơn trong

axit loãng so với PbCrO R4 R nên ta có thể dùng axit HNO R3 R nóng để chuyển RaCrO R4 R thành

Ra(NOR3 R) R2 R mà không cần dùng axit HNOR3 R đậm đặc.

2.2.2.3. Radium carbonate (RaCO3)

Nikitin [8] thừa nhận rằng Barium và Radium carbonate không thể tạo thành hỗn hợp

tinh thể đồng hình vì thực tế là bán kính ion Radium lớn hơn bán kính ion Barium. Nikitin

xác định được rằng RaCO R3 R tan trong ammonium carbonates (NHR4 R) R2 RCO R3 R nhiều hơn BaCO R3 R

khoảng 10 lần.

RaCOR3 R có thể được tạo ra bằng kết tủa trung hòa hoặc dung dịch kiềm yếu của các

muối Radium với dung dịch (NHR4 R)R2 RCOR3 R.

 Kết tủa và đồng kết tủa tương ứng:

Trong tự nhiên Radium không có đồng vị bền và phân bố với hàm lượng thấp. Việc

quan sát hành vi của Radium thường dựa trên các nguyên tố có đặc tính hóa học tương tự,

trong đó, đáng lưu ý là khả năng tạo đồng kết tủa của Radium với các kim loại kiềm thổ, đặc

biệt là Barium. Do đó Badium được dùng như một chất mang Radium rất tốt. Khi muối

Radium đồng kết tủa với muối Barium, Radium có 2 cách sắp xếp trong tinh thể.

Dạng thứ nhất là sắp xếp theo luật phân phối đồng nhất của Henderson và

Kracek(1927) [8], trong đó tỉ lệ nồng độ Ra/Ba trong tinh thể kết tủa thì tỉ lệ thuận với tỉ lệ

nồng độ Ra/Ba trong dung dịch cuối.

  

  

 Ra  Ba  dung dịch

 Ra  Ba  tinh thể

= (2.1)

Trong đó: D là hệ số đồng nhất. Luật phân phối biểu thị trạng thái cân bằng nhiệt động

lực, trong đó pha rắn được đồng nhất để loại bỏ các Gradient nồng độ.

226

Mối quan hệ này đóng vai trò quan trọng giúp theo dõi hành vi của Radium dựa trên

PRa/Ba hầu như không đổi trong

nguyên tố bền Barium. Ostlund (1984) chỉ ra rằng tỷ số P

nước mặt của các đại dương.[13]

Ra

= λ

Dạng sắp xếp thứ 2 của Radium trong tinh thể được đặc trưng bởi phân bố Logarit

log

log (2.2) được Doerner và Hoskins [3] thể hiện qua phương trình (2.2): ∑ Ra

∑ Ba Ba

tan

tan

Trong đó: là hệ số phân bố Logarit. Trong trường hợp này, luôn luôn có trạng thái

cân bằng nhiệt động học giữa dung dịch và các lớp nhỏ trên bề mặt tinh thể (không phải với

toàn bộ tinh thể mà chỉ giữ lại gradient hướng tâm).

2.3. Đồng vị của Radium

223

224

226

228

Tuy Radium có rất nhiều đồng vị nhưng chỉ có 4 đồng vị chính tồn tại trong tự

PRa, P

PRa, P

PRa và P

PRa). 4 đồng vị này được xuất hiện trong 3 chuỗi phóng xạ tự

238

232

235

226

nhiên(P

PU, P

PTh, P

PU. Trong đó P

PRa có chu kỳ bán hủy lớn (1600 năm), độ

222

PRn nên được ứng dụng nhiều trong

nhiên xuất phát từ P

phổ cập cao (trên 99%) và có sản phẩm phân rã là P

nghiên cứu nước ngầm.

Bảng 2.2: Đặc điểm 4 đồng vị chính của Radium trong tự nhiên

223

219

P

P

Năng lượng Phân rã Đồng vị Sản phẩm phân rã TR1/2 phân rã (MeV)

P Ra

P Rn

224

220

P

P

11 ngày alpha 5,99

P Ra

P Rn

226

222

P

P

3,7 ngày alpha 5,789

P Ra

P Rn

228

228

P

P

P Ra

1600 năm alpha 4,871

P Ac

226

222

5,8 năm beta 0,046

PRa→P

PRn và các con cháu:

226

222

218

214

214

214

210

→

→

→

→→

→

Ra

Rn

Po

Pb

Bi

Po

Pb

226

Xét chuỗi phóng xạ P

PRa và sáu đồng vị con có các đặc trưng phân rã cho bởi bảng 2.3.

226

222

PRa (cao nhất là P

Chuỗi này gồm P

PRn, TR1/2 R=

Nhìn chung các đồng vị này đều có tuổi thọ rất ngắn so với P

226

PRa thông qua

3,825 ngày). Nếu không có nguyên nhân nào gây mất cân bằng thì trạng thái cân bằng trong

222

P

PRn trong các nghiên cứu về địa chất, thủy văn.

226

210

chuỗi được thiết lập tối đa sau vài tháng. Đây là cơ sở để xác định hoạt độ P

PRa → P

PPb

Bảng 2.3: Đặc trưng phân rã của chuỗi P

Εγ (Ιγ) Tên đồng vị Phân rã Năng lượng (Mev) T R½ MeV

4,602 (5,5%)

226

P

PRa

α (100%) 1600y 0,18599 (3,28) 4,784 (94,5%)

222

P

PRn

α (100%) 3,824d 5,489 (100%) 0,51 (0,07)

218

P

PPo

α (100%) 3,05 m 6,002 (100%) -

(RaA)

0,185 (2,4%) 0,24198 (6,84)

214

P

PPb

− P (100%) βP

0,672 (44,6%) 0,29521 (17,9) 26,8 m (RaB) 0,729 (39,3%) 0,35192 (34,3)

1,024 (12,8%) 0,78591 (1,02)

1,07 (5,11%) 0.60931 (42,6)

214

P

PBi

− P (100%) βP

1,51 (16,1%) 0.76836 (4,64) 19,8 m 1,54 (16,4%) 1.12029 (13,9) (RaC)

3,27 (24%) 1.76449 (14,6)

214

P

PPo (RaC’)

α (100%) 7,687 (100%) - 164µs

Uranium-238 Uranium-234

4,5 triệu 240 000 năm

1,2 Protactinium

24 ngày

Thorium-234 Thorium-230

77 000 năm

Radium- 226

1 600 năm

Radon-222

3,8 ngày

Polonium- 218 Polonium- 214 Polonium- 210

5 ngày 3,1 phút 160 160 20 phút

Bismuth-214 Bismut

22 năm 27 phút

Lead- 210 140 Lead- 206 Lead- 214

Hình 2.1: Chuỗi phóng xạ tự nhiên Uranium- 238

700 triệu năm

Uranium-235

33 000 năm

26 giờ

Protacnium- 231

19 ngày

22năm

Thorium- 227 Thorium- 231

22năm

Actinium- 227

22 phút

Radium- 223

11 ngày

Francium-223

4 s

Radon- 219

1,8 triệu

Polonium- 215

s

2,1 phút

36 phút

Bismuth- 211

Lead- 207

48 phút

Lead- 211

Thallium- 207

Hình 2.2: Chuỗi phóng xạ tự nhiên Uranium 235

Thorium- 228 Thorium- 232

14 triệu năm

6,1 giờ

Actinium- 228

5,8 năm Radium- 224 Radium- 228

3,7 ngày

Radon- 220

56 s

Polonium- 216 Polonium- 212

0,15 s 61 phút

Bismuth- 212

11

giờ Lead- 212 Lead- 208

3,1 phút

61 phút

Thallium- 208

Hình 2.3: Chuỗi phóng xạ tự nhiên Thorium- 232

2.4. Phân bố của 226Ra trong môi trường nước

Phân bố rộng rãi trên vỏ trái đất và có mặt trong hầu hết các loại đất đá, trong nước

mặt, nước ngầm,… với hàm lượng khác nhau, đặc biệt tập trung nhiều trong trầm tích và

các mẫu khoáng chứa Uranium và Thorium. Do đó những nơi gần quặng Uranium có hàm

lượng Radium rất cao, tiêu biểu nhất là quặng Uranium ở Bohemia, Cộng hòa Zaire. Ngoài

ra vùng Hồ lớn (Great Lake–Canada) và bang Colorado (US) được xem những nơi giàu

226

Radium trên thế giới.[14]

PRa tích tụ hàng vạn năm trong các

Là sản phẩm phân rã từ các đồng vị nguyên thủy, P

226

PRa trong nước phụ thuộc vào thời gian lưu trú hay tốc độ dòng chảy của nước

lớp trầm tích và một phần khuếch tán theo dòng chảy của nước ngầm qua các khe hở đất đá.

226

Hàm lượng P

PRa càng cao). Do đó nước dưới ngầm có hàm lượng

226

P

PRa rất cao so với nước mặt và nước đại dương.

226

(nước chảy càng chậm hàm lượng P

PRa có sự thay đổi mạnh tùy theo loại nước. Với nước

Trong nước ngầm nồng độ P

ngầm ngọt (fresh groundwater) hoạt độ vào khoảng 1-2 dpm/l (King et al. 1982), trong

nước mặn (saline groundwater) giá trị này cao hơn nhiều lần (Krishnaswami et al. 1991).

Sự thâm nhập của các đồng vị phóng xạ từ đá gốc vào nước ngầm diễn ra theo nhiều

cơ chế phức tạp được Freeze và Cherry nghiên cứu vào năm 1979 trên mô hình mẫu lõi

(hình 2.4) và đưa ra phương trình một chiều diễn tả sự thâm nhập của đồng vị I sinh ra từ

+

=

+

+ λ

−

− λ

−

v

+ ε λ b

I

k

+ λ f

Q

k I

phân rã của P [5]

−

bW I I R

P I P R

ADS

1

P I P ADS

P P W

I

I I W

1 W

∂ I W ∂ t

∂ I W ∂ x

R

=

⋅

b

(2.3)

ρ ρ

− 1 n n

W

P).

3 ρRRR, ρRWR: khối lượng riêng của đá gốc và nước (g/cmP

: Tỷ số khối của đá gốc và nước. (2.4)

n: độ rỗng của đá gốc.

IRWR, PRWR: hàm lượng nhân con I và nhân mẹ P trong pha nước (g).

P).

IRR R, PRRR: hàm lượng nhân con I và nhân mẹ P trong đá gốc (g).

P).

-1 kR1 R: hằng số tốc độ tan của nhân I từ đá vào nước (sP

P).

-1 λRIR, λRP R : hằng số phân rã của I và P (sP

IRADS R, PRADS R: hàm lượng I và P bám trở lại bề mặt đá (g). -1 kR-1 R: hằng số tốc độ bám của nhân I trở lại bề mặt đá (sP

v: tốc độ di chuyển của nước (m/s).

x: quãng đường di chuyển của nước ngầm (m).

εRIR: hệ số phóng thích nhân I do phân rã phóng xạ của P trong đá gốc.

WRIR: hằng số phong hóa.

QRIR: tốc độ kết tủa của nhân I (g/s)

fRIR: hệ số phóng thích nhân I do phân rã phóng xạ của P trong nước ngầm.

226

PRa từ đá vào nước qua hai cơ chế chính

Hình 2.4: Mô phỏng các quá trình trao đổi của đồng vị phóng xạ từ đá vào nước

Để đơn giản ta tìm hiểu sự khuếch tán của P

là hòa tan hoá học và giật lùi trong phân rã phóng xạ.

2.5. Cơ chế giật lùi

230

226

PTh là cơ chế thâm nhập chủ yếu của P

PRa từ

đất đá vào pha nước (Sun H. và Semkow 1998)[5] P

230

226

P

4 PTh  P

PHe + P

PRa

226

230

Hiện tượng giật lùi trong phân rã α của P

PRa vào nước do cơ chế giật lùi trong phân rã α của P

PTh

Hình 2.5: Sự thâm nhập của P

230

226

PTh, nhân con P

PRa giật lùi (hình 2.5) với động

Trong quá trình phân rã alpha của P

=

+

= ⇒ =

r 0

v

r m v α α

α

năng ERRa R thỏa mãn định luật bảo toàn động lượng:

r m v Th Th

r m v Ra Ra

m v Ra Ra m

α

226

PRa và hạt alpha:

(2.5)

2

=

+

=

+

E

E

E

m v

α

2 m v α α

d

Ra

Ra Ra

1 2

1 2

2

Ra

Ra

=

+

=

E

m v

1

E

d

Ra Ra

Ra

m m

1 2

+ m m α m

α

α

  

  

  

  

Năng lượng phóng xạ ERd R là tổng động năng nhân con P

(2.6)

=

−

−

×

E

m

m

Mặc khác, ERd R hình thành do sự chuyển hóa khối lượng thành năng lượng :

(

α

d

Th

Ra

−

−

) m

m

931,5 )

m ( m m α

α

×

931,5

⇒ = E Ra

Th Ra + m m α

4

=

×

>>

Ra ≅ −

8,3 10 eV

E ( 4 10eV)

B

(2.7)

226

ERB R là năng lượng liên kết hóa học (4-10 eV).

PRa lớn hơn hàng vạn lần so với năng lượng liên kết hóa học

Động năng giật lùi của P

của các hợp chất trong đất đá nên dễ dàng đứt khỏi liên kết, rơi vào pha nước.

2.6. Cơ chế hòa tan

Bên cạnh cơ chế vật lý, Radium còn thâm nhập từ đất đá vào pha nước thông qua các

2+

phản ứng hóa học. Điển hình là việc tạo thành hydroxit hòa tan Ra(OH)R2 R do sự thủy phân

P hình thành

mạnh của của nguyên tố này trong nước. Ngoài ra hiện tượng trao đổi ion RaP

các muối hòa tan (RaCl R2 R, RaBr R2 R, Ra(NOR3 R)R2 R,…) cũng góp phần đáng kể cho sự khuếch tán

Radium vào môi trường nước. Cường độ khuếch tán từ pha rắn vào nước phụ thuộc vào các

điều kiện hóa học như pH của nước, hàm lượng các ion trong nước… và đặc tính của từng

=

K

loại đất đá (Benes 1990), được biểu thị qua hệ số phân bố KRd R [3]

d

C S C

L

(2.8)

KRd R : hệ số phân tán của Ra từ pha rắn vào pha lỏng (ml/g)

CRS R : độ tập trung Ra trong pha rắn (pCi/g)

CRL R : độ tập trung Radium trong pha lỏng (pCi/ml)

Bảng 2.4 cho giá trị KRd R của Radium theo khảo sát của EPA (Environmental Protection

Agency - US) năm 2004 trên một số loại đất đá. Giá trị KRd R càng lớn ứng với sự khuếch tán

càng chậm của Radium từ pha rắn vào pha lỏng.

Bảng 2.4: Giá trị KRd R của 6TRadium6T trong một số loại đất đá

Loại đất đá KRd R (ml/g)

57 – 21000 Cát

1262 – 530000 Bùn

226

PRa vào nước phụ thuộc rất lớn vào bề mặt tiếp xúc giữa pha rắn

696 – 560000 Đất sét

226

Sự thâm nhập của P

PRa càng cao,

và pha lỏng. Các môi trường có diện tích tiếp xúc càng lớn thì hàm lượng P

226

điển hình là môi trường đá rỗng xốp (cát kết) dưới các mỏ dầu.

PRa 6Ttrong6T nước tại một số khu vực

Bảng 2.5: Hàm lượng P

226

P

PRa

Địa điểm Loại nước Tham khảo mBq/l

Germany Ngầm Gans et al. 1987 150

France Ngầm Saumande et al. 1973 80

Poland Ngầm lấy ở giếng 104 Grzybowska et al. 1983

Ngầm lấy ở giếng Zhuo et al. 2001 China 30

Brazil Ngầm IAEA 1984 78

Florida (USA) Ngầm IAEA 1984 98

Texas (USA) Ngầm 680 IAEA 1984

Vịnh Bengal Mặt biển 5,4 – 29 Ghose et al. 2000

Biển Đen Mặt biển 11 - 56 Karahan et al. 2000

Biển Baltic Mặt biển 1,7 - 2.2 Kowalewska 1986

Mặt biển (sâu 0-500m) 1.07 - 2.33

Mặt biển (sâu 500- Technical Reports Phía đông Thái 1.67 - 5.03 2000m) Series No. 310, IAEA, Bình Dương Vienna 1990 Mặt biển (sâu 2000- 3.77 - 7.14 4000m)

Biển Ninh Thuận Mặt biển (xa bờ 10km) 10 Viện NCHN Đà Lạt

Bình Châu Nước khoáng nóng 440 Liên đoàn địa chất thủy

226

văn miền nam Châu Cát Nước khoáng nóng 460

PRa trong pha nước. Do đó hàm

226

PRa trong nước ngầm cao hơn hàng chục lần so với nước trên bề mặt. Càng xa

Các lớp trầm tích của vỏ trái đất là nguồn bổ cấp P

226

226

lượng P

PRa càng giảm do hiệu ứng pha loãng, vì thế hoạt độ P

PRa trong các

nguồn cấp hàm lượng P

đại dương tăng dần theo độ sâu (bảng 2.5).

CHƯƠNG 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH 226Ra TRONG NƯỚC

3.1. Các phương pháp phân tích 226Ra trong mẫu nước

226

Ngày nay, dựa vào đặc tính của các tia phóng xạ mà kỹ thuật phân tích các đồng vị

PRa nói riêng có thể tiến hành theo nhiều phương pháp, trên nhiều

phóng xạ nói chung và P

hệ đo với các loại detector khác nhau. Mỗi phương pháp có những đặc điểm nhất định về độ

nhạy, khả năng ứng dụng và thời gian tiến hành, được lựa chọn bởi các yếu tố:

 Thể tích mẫu và hàm lượng phóng xạ trong mẫu.

 Hoạt độ phát hiện tối thiểu (Minimum Detectable Activity - MDA)

 Độ nhạy của detector, bố trí hình học và hiệu suất đo của detector.

 Độ phức tạp trong công đoạn làm mẫu.

Số lượng mẫu phân tích được mỗi ngày. 

226

Chi phí thực hiện 

PRa trong mẫu nước như

Thử so sánh một số phương pháp thông thường để phân tích P

sau:

3.1.1. Phương pháp đồng kết tủa Radium với Barium Sunfate (BaSO4) [9], [18]

214

214

PPb/P

PBi trên hệ phổ kế gamma, dùng

Phương pháp này dựa trên tính chất đồng kết tủa Radium với Barium Sunfate

(BaSO R4 R), phân tích gián tiếp 2 đỉnh gamma của P

detector Ge siêu tinh khiết.

 Ưu điểm: hiệu suất phương pháp cao (có thể đạt tới 96% đối với Radium)[9]

 Nhược điểm: công đoạn xử lí mẫu phức tạp, phải loại bỏ hết các ion gây nhiễu, chi

phí tốn kém, không phù hợp khi phân tích các mẫu lớn.

226

222

PRa gián tiếp thông qua P

PRn.

3.1.2. Phương pháp phát xạ Radon [18]

Phương pháp này đo P

 Ưu điểm: đơn giản, không tốn nhiều công sức

 Nhược điểm: chậm, tốn nhiều thời gian. Phương pháp này thường chỉ áp dụng cho

mẫu lớn.

3.1.3. Phương pháp sử dụng máy đếm Cerenkov [17]

Phương pháp này dựa vào hiệu ứng Cerenkov có thể áp dụng cho các đồng vị phát xạ

.

226

228

 Ưu điểm: đơn giản, không tốn nhiều công sức.

PRa và P

PRa. Trong

 Nhược điểm: phải điều chỉnh hệ số khác nhau đối với phép đo P

quá trình đo có sự rò rỉ Radon từ cốc nhựa, cần sử dụng cốc Teflon để khắc phục. Phương

pháp này khó áp dụng cho mẫu môi trường.

226

228

3.1.4. Phương pháp đếm nhấp nháy lỏng LSC [17]

PRa và P

PRa.

 Ưu điểm: có thể xác định đồng thời P

 Nhược điểm: tốn nhiều thời gian, công sức.

3.1.5. Phương pháp đo phổ của mẫu nước chưa xử lí [17]

 Ưu điểm: dễ dàng sử dụng cho mẫu nước chứa Radium nồng độ cao. Phương pháp

235

này có thể thực hiện cùng lúc và độc lập phép đo các đồng vị của Radium.

PU. Phép

 Nhược điểm: hiệu suất phương pháp này không cao, có thể bị nhiễu bởi P

đo được thực hiện trong 24h, thường không sử dụng để đo các mẫu lớn.

226

PRa trong nước.

3.1.6. Phương pháp trao đổi ion [11]

226

Đây là phương pháp thường được sử dụng nhất để xác định P

PRa trong nước.

 Ưu điểm: đơn giản, đo trực tiếp nồng độ P

 Nhược điểm: hiệu suất không cao, tốn nhiều thời gian.

3.1.7. Phương pháp hấp thụ Radidum trên đĩa MnO2 [6],[12]

 Ưu điểm: hiệu suất cao, đơn giản, thời gian đo ngắn.

226

 Nhược điểm: khó sử dụng cho mẫu lớn.

PRa trong nước bằng hệ phổ kế alpha

Trong các phương pháp kể trên, khi phân tích P

thì phương pháp 3.1.6 và phương pháp 3.1.7 được sử dụng nhiều nhất. Phương pháp 3.1.6

được xem là phương pháp truyền thống và được sử dụng khá phổ biến. Tuy nhiên, do tính

phức tạp trong khâu tách hóa của phương pháp 3.1.6 nên hiện nay phương pháp 3.1.7 đã

được đề xuất như một giải pháp giải quyết các khó khăn này.

3.2. Phương pháp trao đổi ion để xác định 226Ra trong mẫu nước

3.2.1. Cơ sở lí thuyết:[11]

Đây là phương pháp thông thường nhất hiện nay đang được sử dụng để xác định nồng

độ Radium trong nước.

Năm 1984, Roman [4] đã viết trong công trình của mình phương pháp mạ radium trên

thép không gỉ với dung dịch điện phân là axit ammonium acetate- nitric ở pH khoảng 8-9.

Năm 1991, Orlandini [15] và cộng sự cho biết, hiệu suất mạ điện được cải thiện khi thêm

dung dịch ammonium oxalate- axit HCl và một lượng nhỏ g Platinium vào dung dịch điện

phân. Phương pháp mạ điện này làm giảm kích cỡ mẫu và giảm thời gian phân tích còn

226

224

khoảng 24h, tùy thuộc vào thời gian đếm. Năm 1995, J S Alvarado và cộng sự [11] đã mô

PRa và P

PRa nồng độ thấp trong mẫu môi trường bằng phổ kế

tả phương pháp xác định P

alpha. Phương pháp này còn có sử dụng cột trao đổi ion để tách các thành phần khác có

trong mẫu và phương pháp mạ điện

3.2.1.1. Bước 1: Chuẩn bị mẫu

Dùng khoảng 50ml mẫu, thêm axit HNO R3 R đậm đặc hoặc axit HCl vào mẫu cho đến khi

dung dịch thu đươc có pH 1.

3.2.1.2. Bước 2: Tách các thành phần gây nhiễu có trong mẫu

Lắp đặt dụng cụ để tiến hành thí nghiệm. chú ý, đặt cốc thủy tinh ở phía dưới cột trao

đổi ion để hứng dung dịch chảy xuống.

Dùng axit HCl 1M để rửa cột trao đổi ion. (A)

Cho vào cột trao đổi ion khoảng 1g nhựa trao đổi ion. Rót mẫu đã chuẩn bị ở bước 1

vào trong cột trao đổi ion.

Sau khi mẫu chảy qua hết cột trao đổi ion thì rót thêm vào cột 100ml axit HCl 1,5M.

(B)

3.2.1.3. Bước 3: Tách radium

Tách Radium khỏi cột trao đổi ion bằng 45ml axit HCl 6M. (C)

50ml mẫu có pH = 1

45ml HCl 6,0M (C)

90ml HCl 1,5M (B)

1g nhựa trao đổi ion

Bỏ đi A, B C

Thêm vào 400 g Pt, làm bay hơi cho khô rồi thêm vào 15ml dung dịch điện phân. Mạ điện trên thép không gỉ ở 600mA trong 60phút.

Đem đĩa không gỉ đã mạ đi đo bằng máy đo phổ alpha

Hình 3.1: Sơ đồ tách hóa để xác định Radium

3.2.1.4. Bước 4: Mạ điện

Sau khi tách Radium bằng cột trao đổi ion, làm bay hơi dung dịch cho khô, phần

không tan còn lại cho hòa tan với ammonium oxalate 0,17M và axit HCl 0,14M. Độ pH ban

đầu của dung dịch khoảng 2,6. Mạ mẫu trên thép không gỉ đã mài nhẵn. Đĩa thép không gỉ

được dùng làm catot, platinium ở bề mặt làm anot. Quá trình mạ điện thực hiện ở 600mA

trong 60 phút (trong một thí nghiệm tương tự của Guogang Jia, ông thực hiện mạ điện ở

400mA trong 4h [7]).

3.2.1.5. Bước 5: Đo bằng máy đếm alpha

Sau khi mạ điện, đưa đĩa thép không gỉ sau khi mạ Radium vào máy đếm alpha để đo.

3.2.1.6. Kết quả [11]

224

226

-3 5,4. 10P

P Bq đối với P

-3 PRa và 1,74. 10P

PBq đối với P

PRa. Chúng ta có thể thấy được 2 đỉnh ở

226

Kết quả thí nghiệm Alvarado và cộng sự đã thu được phổ của Radium tương ứng là

PRa, có 1 đỉnh ở 5,685 MeV (94%)

224

224

PRa. Con cháu của P

PRa mà chúng ta quan sát được là 6,287 MeV (100%)

4.6MeV (5,5%) và ở 4,78 MeV (94,5%) tương ứng với P

220

216

tương ứng với P

PRn và 6,78 MeV (100%) tương ứng với P

PPo. Vùng khoảng từ 5,4 -5,5

222

224

PRn một số ít P

PRa (6%) ở đỉnh 5,447 MeV và

tương ứng với P

228

210

P

PTh ở đỉnh 5,42 MeV. Vùng khoảng xấp xỉ 6 Mev tương ứng với P

PPo ở đỉnh 6,00 MeV

212

PBi (36%) ở đỉnh 6,09 MeV.

MeV là bao gồm đỉnh 5,45 MeV tương ứng P

và P

Số đếm

224

226

PRa và P

PRa

Năng lượng (MeV)

224

224

Hình 3.2: Kết quả đo phổ alpha của mẫu chứa P

PRa như là chất đánh dấu, ta tính trung bình các đỉnh P

PRa và con cháu của

216

220

PPo và P

PRn để tính hiệu suất và nồng độ tương ứng của các đồng vị chuẩn trong

Khi dùng P

224

232

228

nó là P

PRa là thời gian cân bằng phân rã P

PU- P

PTh-

224

226

P

PRa . Tổng các đỉnh đôi của P

PRa được dùng để tính nồng độ mẫu khi phân tích.

mẫu. Hệ số điều chỉnh trong chuỗi phân rã P

3.2.1.7. Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm

234

230

 Các thành phần gây nhiễu

PU ở đỉnh 4,773 MeV và P

PTh ở

Phần nhiễu chủ yếu là do đồng vị của Radium là P

4,684 MeV. Các đỉnh phổ này không thể tách nhau ra, chúng chồng lên nhau và che khuất

226

PRa. Do đó việc đầu tiên khi xử lí mẫu là phải loại bỏ Uranium và Thorium trước

đỉnh phổ P

khi mạ điện (bước 2).

Do Barium gây nhiễu khi mạ điện radium nên phải có một bước để loại bỏ cation này

PRa thu hồi được sau khi tách Barium chuẩn bằng 50ml HCl 2M, 120ml HCl 1,5M

224 P

trong quá trình tiến hành.

và 270ml HCl 1M tương ứng là 71%, 92% và 96%. Thí nghiệm này cho thấy điều kiện tối

ưu khi dùng 100ml HCl 1,5M để loại bỏ các thành phần nhiễu như magnesium, calcium,

barium, uranium, thorium, và neptunium.

 Mạ điện Radium [11]

228

Năm 1974, Sill và cộng sự phát hiện ra rằng một phần Radium được mạ trong quá

PTh. Năm 1984, Roman đã phát triển phương pháp này thành mạ Radium trên

trình mạ P

thép không gỉ ở pH >8. Năm 1991, Orlandini và cộng sự đã chứng minh rằng, quá trình mạ

Radium sẽ hiệu quả hơn khi thêm vào vài micrograms Platinium.

Quá trình mạ Radium được tiến hành với dung dịch ammonium acetat và axit HCl,

dòng điện 600mA.

Hiệu suất mạ điện đạt 100% khi thêm vào khoảng 400 g Platinium. Nếu thêm vào

Palladium và đồng thì hiệu suất mạ điện lớn nhất là 58% và 45%, còn nếu thêm vào các

224

nguyên tố khác như vàng, niken, bạc hay sắt thì hiệu suất sẽ thấp hơn.

PRa được nâng cao,

Nếu lượng Platinium tăng từ 0 đến 1000mg thì hiệu suất mạ P

nhiễu giảm. Tuy nhiên, kết quả phổ alpha sẽ mở rộng các đỉnh do hiệu quả hấp thụ khi tăng

khối lượng hiện tại của đĩa. Do đó khối lượng Platinium tối ưu để thêm vào mẫu là 400 g.

 Độ pH [11]

Độ pH cũng ảnh hưởng đến quá trình mạ Radium trong dung dịch ammonium oxalate

và axit HCl. Nồng độ pH ban đầu của dung dịch khoảng 2,6. Trong khoảng 10 phút đầu, pH

tăng lên tới khoảng 8. Giá trị pH lớn nhất là 8,4. Trong khoảng vài phút đầu thì kết quả phân

tích chậm, nhưng sau đó khi độ pH tăng thì kết quả phân tích nhanh hơn nhiều. Sau khoảng

60 phút, hiệu suất đạt khoảng 100%, quá trình mạ điện xem như hoàn thành. Vào lúc này,

độ pH bắt đầu giảm nhanh, từ 7,7 xuống khoảng 1,2 trong khoảng 10 phút.

Thông thường, chúng ta tiến hành mạ với dung dịch điện phân là ammonium clorid

(NHR4 RCl) 1M và dung dịch axit HCl 0,01M hoặc với dung dịch ammonium oxalate

(COONHR4 R) R2 R.HR2 RO 0,5M và axit HNOR3 R 0,1M. Khi sử dụng dung dịch NH R4 RCl thì pH là 1

hoặc nhỏ hơn trong khoảng 90 phút mạ điện nên trong suốt thí nghiệm, không mạ được

Radium. Khi sử dụng dung dịch (COONHR4 R)R2 R.HR2 RO thì pH tăng từ giá trị ban đầu là 5,0 lên

7,3 trong khoảng 10 phút mạ điện đầu tiên. Sau khi đạt đến giá trị lớn nhất thì pH của dung

dịch không đổi. Hiệu suất mạ điện đạt 100%.

3.2.2. Thực nghiệm

3.2.2.1. Dụng cụ tiến hành thí nghiệm

Cân điện tử (AND, HR-200). 

Cột trao đổi ion 

Bếp nung. 

Đèn hồng ngoại 

Ống đo pH (MARTINI-pH55). 

Pipet điện tử (BIOHIT MIDI PLUS, YM91069). 

Pipet điện tử (GLASSCO, 5-50µl, 100-1000µl). 

Các loại cốc thủy tinh. 

Ống inox, ống teflon dùng trong điện phân 

Đĩa thép không gỉ: dạng đĩa tròn, mỏng có đường kính 2,8cm 

Dây Pt dùng làm anot trong khi điện phân. 

Hình 3.3: Cân điện tử Hình 3.4: Cột trao đổi ion

Hình 3.5: Đèn hồng ngoại Hình 3.6: Ống đo pH

Hình 3.7: Pipet điện tử Hình 3.8: Pipet điện tử

Hình 3.9: Đĩa thép không gỉ Hình 3.10: Dụng cụ điện phân

3.2.2.2. Hóa chất tiến hành thí nghiệm

Hạt nhựa cation C100H 

Hãng sản xuất: Purolite – Anh 

Bề mặt bên ngoài: Hạt hình cầu sáng 

Độ đồng đều: >90% 

Tỷ trọng: 850g/l 

+ Tổng khối lượng trao đổi dạng NaP

Độ ẩm giữ được : 44-48% 



-Thể tích, ẩm: 2.0eq/1 min

o Nhiệt độ làm việc : 150P PC

- Khối lượng khô: 4.5eq/kg.min



Khoảng pH ổn định: 0-14 

Khoảng pH làm việc: 6-10 

 Dung dịch axit HNOR3 R đậm đặc

Dung dịch axit HCl đậm đặc 

 Dung dịch NHR4 ROH

 Dung dịch acetone CHR3 RCOCHR3

 Dung dịch điện phân Isopropyl Ancohol (CHR3 R) R2 RCHOH

Hình 3.11: Hạt nhựa cationC100H

3.2.2.3. Tiến hành thí nghiệm

 Pha hóa chất

Pha loãng hóa chất cần dùng tới nồng độ cần thiết: dung dịch axit HCl 1M; dung dịch

axit HCl 1,5M; dung dịch axit HCl 6M.

 Rửa cột trao đổi ion bằng axit HCl 1M

 Chuẩn bị nhựa cation C100H

Sấy khô hạt nhự cation C100H bằng đèn hồng ngoại, sau đó dùng cân điện tử cân 2g

cation C100H (khác với lí thuyết là cân 1g cation) cho vào cột trao đổi ion.

Hình 3.12: Sấy nhựa cation Hình 3.13: Cân 2g nhựa cation

Hình 3.14: Cho 2g nhựa cation vào cột trao đổi ion

 Rót 100ml HCl 1M vào cột trao đổi ion để rửa sạch hạt nhựa

Hình 3.15: Rửa hạt nhựa cation C100H bằng 100ml HCl 1M

 Chuẩn bị mẫu

Cho 100ml mẫu nước cần đo (khác với lí thuyết là 50ml) vào cốc thủy tinh, cho thêm

axit HCl đậm đặc vào cho đến khi pH mẫu khoảng 1. Dùng ống đo pH để kiểm tra.

Hình 3.16: Kiểm tra độ pH của mẫu pH 1

 Rót 100ml mẫu đã chuẩn bị vào cột trao đổi ion

Chú ý: dùng cốc thủy tinh hứng phía dưới, điều chỉnh van của cột trao đổi ion sao cho

tốc độ chảy khoảng 2ml/phút

Sau khi 100ml mẫu chảy hết, khóa van lại, thay cốc thủy tinh khác để hứng dung dịch.

Hình 3.17: Rót 100ml mẫu vào cột trao đổi ion

 Rót 100ml HCl 1,5 M vào cột trao đổi ion

Phần dung dịch trong cốc thủy tinh hứng được lúc này chứa các thành phần gây nhiễu:

magnesium, calcium, barium, uranium, thorium, và neptunium.

Khóa van lại, thay cốc thủy tinh khác để hứng dung dịch.

Hình 3.18 Rót 100ml HCl 1,5M vào cột trao đổi ion

 Rót 45ml HCl 6M vào cột trao đổi ion

Phần dung dịch ở bước này chứa Radium cần xác định.

Hình 3.19: Rót 45ml HCl 6M vào cột trao đổi ion

 Cô cạn dung dịch bằng bếp nung

Chú ý điều chỉnh nhiệt độ để dung dịch khỏi bắn tung tóe khi sôi.

Hình 3.20: Cô cạn dung dịch thu được sau khi tách Radium

 Đưa dung dịch thu được vào dụng cụ điện phân

Dùng 10 ml Isopropyl ancohol làm dung dịch điện phân.

Chú ý: dùng dung dịch axeton lau sạch bề mặt các dụng cụ thí nghiệm và sấy khô bằng

đèn hồng ngoại trước khi sử dụng. Khi điện phân, thép không gỉ dùng làm catot, dây Pt

dùng làm anot. Quá trình điện phân được thực hiện ở 600mA trong vòng 60 phút.

Dây Platinium (anot)

Thép không gỉ (catot)

Hình 3.21: Mặt cắt cấu tạo bộ phận điện phân

Hình 3.22: Cách mắc mạch điện phân

 Đem đĩa sau khi điện phân đi đo bằng máy đo phổ alpha.

Cân 2g nhựa cation C100H cho vào cột trao đổi ion. Rửa sạch cột trao đổi ion bằng axit 100ml HCl 1M

Chuẩn bị 100ml mẫu cần đo nồng độ 226Ra, axit hóa mẫu tới pH 1. Cho mẫu đã chuẩn bị chảy qua cột trao đổi ion, chú ý tốc độ khoảng 1-2ml/phút.

Cho 100ml HCl 1,5 M chảy qua cột trao đổi ion để loại bỏ các thành phần gây nhiễu: magnesium, calcium, barium, uranium, thorium, và neptunium.

Cho 45ml HCl 6M qua cột trao đổi ion để tách Radium

Cô cạn dung dịch thu được rồi đem đi mạ trên thép không gỉ

Đưa đĩa thép không gỉ vào phổ kế alpha để đo.

Hình 3.23: Sơ đồ các bước tiến hành thí nghiệm

3.2.2.4. Kết quả và thảo luận

Các thí nghiệm trong khóa luận được thực hiện tương tự thí nghiệm mà một số tác giả

đã thực hiện [7] [9] [11] [17] [18], nhưng chúng tôi không thu được kết quả như mong

muốn, hiệu suất thu hồi Radium thấp.

Sau đó, chúng tôi đã thử thay đổi một số điều kiện làm thí nghiệm để nâng cao hiệu

suất của phương pháp: Thay vì sử dụng axit HCl, chúng tôi đã thử sử dụng axit HNO R3 R (như

công trình của J-G Decaillon[9], hay CJ Oliveira [10]); hay dùng axit boric để làm chua

mẫu trước khi đo (như công trình của Gougang Jia)[7]; hay khi mạ điện Radium, chúng tôi

cũng đã thử thay đổi cường độ dòng diện, thời gian mạ điện…Tuy nhiên, kết quả thu được

vẫn không khả quan.

Mặc dù có một số tác giả như J S Alvarado, K A Orlandini, J-G Decaillon, CJ

Oliveira…thực hiện phương pháp trao đổi ion với hiệu suất cao, nhưng theo kết quả khóa

luận thì phương pháp này hiệu suất không cao (phù hợp với công trình của tác giả P. Blanco

226

PRa trong nước bằng phương pháp trao đổi ion tuy là cách làm thường được

RodroAguez)[16].

Xác định P

sử dụng nhưng hiệu suất không cao. Thời gian cho toàn bộ quá trình phân tích khá dài bao

gồm công đoạn chuẩn bị mẫu (khoảng 30 phút), cho mẫu chảy qua cột trao đổi ion với tốc

độ khoảng 1-2ml/phút (khoảng 1h30- 2h), cho axit chảy qua cột trao đổi ion (khoảng 3- 4h),

thời gian mạ điện khoảng 1- 4h, chưa kể thời gian đo bằng phổ kế alpha.

Chính vì thế mà chúng tôi đề nghị sử dụng một phương pháp xác định Radium trong

nước một cách nhanh chóng hơn, cho hiệu suất cao hơn. Đó là phương pháp xác định

Radium trong nước bằng cách hấp thụ Radium trên đĩa MnO R2 R.

3.3. Phương pháp xác định Radium trong nước bằng cách hấp thụ Radium trên đĩa MnO2.

3.3.1. Cơ sở lí thuyết

3.3.1.1. Bước 1: Chuẩn bị đĩa MnO2

Phương pháp 3.3 dựa vào đặc tính là MnOR2 R có thể hấp thụ Radium để xác định

Radium có trong mẫu.

MnOR2 R có thể bám trên các bề mặt khác nhau như đĩa polyamides, đĩa thép không gỉ,

nickel, đồng, hay đĩa chrome. Tuy nhiên, độ phân giải của phổ alpha thu được phụ thuộc

vào độ mịn của bề mặt MnOR2 R. E. Bodrogi cùng các cộng sự [6] đã cho thấy hiệu quả hấp

thụ Radium khi sử dụng đĩa polyamides, thường thì hay sử dụng PA66. Đĩa PA66 được

dùng có đường kính 30mm.

Bảng 3.1: FWHM và giá trị hiệu suất đo khi cho MnOR2 R bám lên đĩa làm bằng các loại vật

liệu khác nhau

Dạng đĩa FWHM (keV) Hiệu suất (%)

Polyamide 112,1 7,89

Thép không gỉ 65,1 4,2

Nickel 60,2 0,1

Chrome 72,1 0,69

Đầu tiên, rửa đĩa PA66 bằng nước cất.

Sau đó ngâm đĩa PA66 vào dung dịch KMnOR4 R nóng. Thời gian ngâm đĩa, nhiệt độ

dung dịch và nồng độ dung dịch có phụ thuộc vào nhau. Theo E. Bodrogi [6], nếu dung dịch

o PC; nếu dung dịch KMnO R4 R 0,04M 5P

KMnOR4 R 0,08M thì ngâm đĩa trong 1h ở nhiệt độ 70

o PC. Theo Katell Morvan [18], nếu dung dịch 5P

o PC. 5P

thì ngâm đĩa trong 2h ở nhiệt độ 80

KMnOR4 R 0,1M thì ngâm đĩa trong 3h ở nhiệt độ 80

Sau khi lấy đĩa ra khỏi dung dịch KMnO R4 R thì rửa lại đĩa bằng nước cất rồi sấy khô đĩa

ở nhiệt độ phòng.

3.3.1.2. Bước 2: Chuẩn bị mẫu

Chỉnh pH của 100- 200 ml dung dịch mẫu tới khoảng 7- 8,5. Có thể dùng EDTA và

Ammonium Hydroxide (NH R4 ROH) hoặc NaOH để chỉnh pH. Thông thường ta sử dụng

Ammonium Hydroxide (NH R4 ROH) để điều chỉnh giá trị pH và hạn chế dùng NaOH để tránh

tạo thêm “matrix” trong mẫu. Đối với mẫu có chứa đồng thời nhiều đồng vị phóng xạ như

226

uranium, thorium, plutonium,… thì nên sử dụng EDTA vì khi đó các đồng vị phóng xạ nói

PRa trên

trên sẽ phản ứng với EDTA và tạo thành các phức rất bền giúp cho việc hấp thụ P

đĩa MnOR2 R được thuận lợi hơn.

3.3.1.3. Bước 3: Quay mẫu

Đặt đĩa trong mẫu dung dịch và quay trong 6h bằng máy khuấy từ gia nhiệt.

3.3.1.4. Bước 4: Đo bằng máy đo phổ alpha

Sau khi quay mẫu xong, lấy đĩa ra, sấy khô đĩa rồi đưa đĩa vào máy đo phổ alpha để

phân tích nồng độ Radium trong mẫu.

3.3.2. Thực nghiệm

3.3.2.1. Dụng cụ thí nghiệm

 Cân điện tử

 Bếp nung

 Bộ giá đỡ thí nghiệm

 Máy khuấy từ gia nhiệt

 Pipet điện tử

 Các loại cốc nhựa

 Đĩa Poly cacbonat phủ lớp poly acrylic: đường kính đĩa là 2,8 cm

3.3.2.2. Hóa chất tiến hành thí nghiệm

 Bột KMnOR4 R

 Dung dịch NHR4 ROH

3.3.2.3. Tiến hành thí nghiệm

 Pha hóa chất:

Pha khoảng 250 ml dung dịch KMnOR4 R 0,1 M.

 Chuẩn bị đĩa MnOR2 R:

Do hiện nay trên thị trường Việt Nam không sử dụng loại PA66 nên chúng tôi thay

PA66 bằng poly cacbonat phủ lớp acrylic.

Đĩa Poly cacbonat phủ lớp poly acrylic được cắt laze thành các đĩa tròn, nhỏ, có đường

kính 2,8 cm như hình 3.24

Đĩa được rửa sạch bằng nước cất.

Hình 3.24 : Đĩa Poly cacbonat phủ lớp poly acrylic sau khi được cắt laze

 Ngâm đĩa trong KMnO R4 R 0,1 M

Qua nhiều lần thí nghiệm cho thấy, lớp MnOR2 R bám lên bề mặt đĩa phụ thuộc vào nồng

o Ngâm đĩa vào 250 ml dung dịch KMnOR4 R nồng độ 0,1M ở nhiệt độ khoảng 50P PC –

o 70P PC đợi đến lúc phản ứng hóa học xảy ra và đĩa được phủ một lớp MnOR2 R đủ dày (thời gian

độ dung dịch KMnOR4 R, thời gian ngâm đĩa và nhiệt độ dung dịch KMnOR4 R…

ngâm khoảng 3 giờ), lấy ra rửa sạch bằng nước cất. Lúc này ta sẽ thấy đĩa có màu nâu sẫm.

Sấy khô bằng đèn hồng ngoại.

Chú ý: khi nung dung dịch KMnO R4 R cũng như khi sấy đĩa, không để nhiệt độ cao quá

có thể làm bong lớp bề mặt đĩa

Trước khi ngâm

Sau khi ngâm

Hình 3.25: Màu sắc đĩa trước và sau khi ngâm trong dung dịch KMnO R4 R

 Chuẩn bị mẫu:

Chúng tôi đã tiến hành phân tích một số mẫu nước uống, ngoài ra còn có mẫu dạng

dung dịch và mẫu dạng bột (Phosphogypsum and Water) của cơ quan năng lượng nguyên tử

quốc tế IAEA. Các mẫu nói trên có đặc điểm như sau:

226

234

238

230

90

PRa, P

PU, P

PU , P

PTh, P

PSr. Mẫu

Mẫu dạng dung dịch có thành phần chủ yếu là nước thông thường đã được axit hóa

226

234

238

(pH<2) sau đó được thêm vào một số đồng vị chuẩn như P

PRa, P

PU, P

PU.

210

226

230

234

238

PPb, P

PRa, P

PTh, P

PU, P

PU và có thành phần

sample 1 và sample 2 chứa P

Mẫu dạng bột (IAEA) chứa các đồng vị P

chủ yếu CaSO R4 R. R2 RH R2 RO (96%), PR2 RO R5 R (1-2%), F (1,2%), SiOR2 R(1%), Al R2 ROR3 R (0,2%). Riêng đối

với mẫu dạng bột nói trên, chúng tôi phải tiến hành phá mẫu bằng các loại axit như HCl,

HR2 RSOR4 R, HNOR3 R, HClOR4 R …và qua nhiều bước xử lý hóa học trước khi tiến hành phân tích

bằng phương pháp này. Nói chung phải đảm bảo các mẫu cần phân tích phải ở dưới dạng

dung dịch thuần túy vì nếu không sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất hấp thụ và làm suy giảm bản

chất của lớp MnOR2 R.

Do các mẫu phân tích này đều mang tính axit nên chúng cần được trung hòa bằng

Ammonium Hydroxide (NH R4 ROH) để đưa pH của dung dịch đạt đến giá trị trong khoảng từ 7

đến 8,5 trước khi tiến hành phân tích.

 Quay mẫu

Lắp đặt dụng cụ như hình 3.26

Đặt cốc chứa mẫu lên trên bộ máy khuấy từ gia nhiệt, sau đó dùng một kẹp inox nhỏ

để kẹp đĩa MnOR2 R rồi đưa vào trong khoảng giữa cốc dung dịch và cuối cùng khởi động máy

khuấy từ gia nhiệt để thực hiện thí nghiệm như trình bày ở hình 3.3

Chú ý: chiều quay của dung dịch trong cốc sao cho phải hướng vào mặt đĩa MnO R2 R

(như hình 3.27) với tốc độ quay phù hợp khoảng 300 vòng/phút. Vì nếu quay quá nhanh thì

có thể làm lớp MnOR2 R bị hỏng hoặc nếu quá chậm sẽ cần thời gian quay lâu hơn để đạt được

hiệu suất cao.

Tiến hành quay mẫu trong 6h.

Đĩa MnO2 MnO Nam châm

MÁY KHUẤY TỪ GIA NHIỆT

Gia nhiệt Tốc độ quay

Power

Hình 3.26: Sơ đồ bố trí thí nghiệm

Đĩa MnO2 M O

Chiều quay của dung dịch

Nam châm

Hình 3.27: Chiều quay của nam châm

 Đo bằng máy đo phổ alpha

Sau khi quay mẫu xong, lấy đĩa MnOR2 R ra khỏi cốc. Dùng đèn hồng ngoại, hoặc quạt

máy sấy khô đĩa MnOR4, Rchú ý nhiệt độ không quá cao.

Đưa đĩa vào máy đo phổ alpha để tiến hành đo. Thời gian đo khoảng 24h.

Chuẩn bị đĩa MnO2

Chuẩn bị 200 ml mẫu, chỉnh pH mẫu đến khoảng 7- 8,5

Đặt đĩa MnO2 trong mẫu, quay mẫu trong 6h

Lấy đĩa MnO2 ra khỏi mẫu, sấy khô bằng đèn hồng ngoại

Đem đĩa MnO2 đo bằng máy đo phổ alpha.

Hình 3.28 : Sơ đồ các bước tiến hành thí nghiệm

3.3.2.4. Kết quả và thảo luận

Tất cả các mẫu chúng tôi phân tích đều được đo bằng hệ phổ kế alpha Analyst tại Bộ

226

môn Vật lý Hạt nhân Trường Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh.

PRa bằng đĩa MnO R2 R đối với ba mẫu

Các kết quả phân tích cho thấy hiệu suất hấp thụ P

226

PRa đạt từ 75% đến 90% trung bình khoảng 83% đối với mẫu dạng bột.

dạng dung dịch dao động trong khoảng 90% đến 97% trung bình khoảng 94%. Trong khi đó

hiệu suất hấp thụ P

Kết quả này cho thấy chúng ta cần phải làm tốt hơn nữa trong khâu chuẩn bị mẫu các mẫu ở

226

dạng rắn nhất là đối với mẫu Phosphogypsum rất khó để có thể hòa tan hoàn toàn. Chi tiết

PRa được trình bày ở bảng 3.2

các kết quả phân tích và phổ alpha của P

226

PRa trong các mẫu của IAEA

Bảng 3.2: Kết quả phân tích hoạt độ phóng xạ của P

Hoạt độ phóng xạ (Bq/kg)

Tên mẫu Hiệu suất hấp thụ

IAEA Thực nghiệm

Sample 1 (IAEA) 0,690 0,66±0,12 95,65 %

Sample 2 (IAEA) 1,930 1,85±0,29 95,85 %

226Ra

Sample 6 (IAEA) 780 678,20±85 86.95 %

Đồng vị con cháu của 226Ra

Hình 3.29: Phổ alpha của mẫu sample 2- IAEA

226Ra

Đồng vị con cháu của 226Ra

Hình 3.30: Phổ alpha của mẫu sample 6 - IAEA

226

PRa trong nước, chúng tôi đã mở rộng

Nhận thấy kết quả khả quan khi thực hiện thí nghiệm theo phương pháp hấp thụ

226

Radium trên đĩa MnOR2 R để xác định nhanh nồng độ P

PRa trong khoảng hơn 10 loại nước

thí nghiệm bằng cách tiến hành khảo sát hoạt độ của P

uống đóng chai thông dụng (có nguồn gốc từ các nơi sản suất khác nhau tại Việt Nam) trên

thị trường hiện nay. Các kết quả cho thấy hầu như tất cả các loại nước uống đóng chai có

hoạt độ phóng xạ đều dưới ngưỡng cho phép là 0,1 Bq/lít theo tiêu chuẩn nước uống đóng

chai TCVN 6096 – 2004 (Ban hành theo quyết định số 23/2004/QĐ-BKHCN ngày 25 tháng

8 năm 2004 của Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ), chỉ duy nhất một vài loại được

226

khai thác từ nguồn nước ngầm tự nhiên có hoạt độ vượt quá ngưỡng cho phép. Điều này cho

PRa trong nước bằng phương pháp hấp

thấy hiệu quả của kĩ thuật xác định nhanh nồng độ P

thụ MnOR2 R là cần thiết để bảo vệ sức khỏe con người.

226Ra

Đồng vị con cháu của 26Ra

Hình 3.31: Phổ alpha của một mẫu nước khoáng trên thị trường

KẾT LUẬN

226

PRa trong nước là một yêu cầu hết sức cần thiết. Trong khóa luận

Trong phép phân tích hạt nhân nói chung và radium nói riêng, việc có được kĩ thuật

xác định nhanh nồng độ P

này, chúng tôi đã trình bày một số phương pháp được sử dụng để xác định nồng độ Radium

226

trong mẫu, từ đó phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp.

PRa trong nước

Nội dung chính của khóa luận là tìm hiểu về việc xác định nồng độ P

bằng phương pháp trao đổi ion. Tuy nhiên, trong phương pháp này chúng tôi thu được kết

quả chưa khả quan, đồng thời, thời gian để phân tích 1 mẫu là khá dài (khoảng 35h). Chính

226

vì thế mà chúng tôi đề nghị một phương pháp nhanh chóng, hiệu quả hơn để xác định nồng

PRa trong nước, đó là phương pháp hấp thụ Radium trên đĩa MnO R2 R(khoảng 33h đối với

độ P

lần phân tích đầu tiên cần phải chuẩn bị đĩa MnOR2 R, những lần phân tích sau đó chỉ cần

khoảng 30h).

226

Kết quả khóa luận cho thấy hiệu quả của phương pháp này rất khả quan, kỹ thuật xác

PRa bằng đĩa MnO R2 R cho phép chúng ta xác định nhanh và không cần phải qua

định đồng vị P

226

nhiều khâu tách chiết hóa học phức tạp. Trong phạm vi khóa luận này, chúng tôi có phân

PRa trong mẫu rắn của IAEA nhưng quá trình hòa tan mẫu của chúng tôi chỉ

tích nồng độ P

là những bước xử lí hóa học đơn giản, mẫu vẫn chưa tan hoàn toàn, do đó kết quả chúng tôi

thu được đối với mẫu rắn chưa cao như mong muốn. Do đó, kĩ thuật này mới chỉ được áp

dụng tốt nhất đối với các mẫu dạng lỏng.

KIẾN NGHỊ

226

PRa trong nước bằng phương pháp trao đổi ion,

Đối với kĩ thuật xác định nồng độ P

nếu có thể đơn giản và chính xác khâu tách hóa thì thời gian phân tích sẽ giảm đi đáng kể.

Mặt khác, nếu theo dõi được điều kiện thí nghiệm (lượng Platinium thêm vào khi mạ điện,

226

PRa trong nước.

độ pH của dung dịch…) ảnh hưởng đến kết quả phân tích thì hi vọng phương pháp trao đổi

226

ion sẽ cho hiệu suất cao hơn khi xác định nồng độ P

PRa bằng phương pháp hấp thụ Radium trên đĩa MnO R2 R đem lại

Xác định nồng độ P

hiệu suất cao nhưng chỉ thích hợp với mẫu chất lỏng. Đối với mẫu rắn, chúng tôi hi vọng

226

các thí nghiệm sau này có thể hòa tan hoàn toàn mẫu rắn, rút ngắn được thời gian làm tan

PRa

mẫu. Khi đó, phương pháp này được xem là lựa chọn tối ưu để phân tích nồng độ P

trong mẫu.

226

Nếu thực hiện được, chúng ta sẽ có những phương pháp tiết kiệm được thời gian, chi

PRa nói riêng và nồng

phí nhưng có hiệu quả tốt nhất để dễ dàng xác định được nồng độ P

độ chất phóng xạ nước nói chung.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

P trong các điều

4 [1] Lê Công Hảo (2008), Thực nghiệm nghiên cứu quãng chạy cực đại R2 RHeP

Tiếng Việt:

kiện hệ phổ kế alpha và năng lượng mất mát của hạt alpha xuyên qua vật liệu Al, Luận

văn Thạc sĩ, Trường ĐKHKTN TPHCM.

[2] Lê Công Hảo, Mai Văn Nhơn, Nguyễn Đình Gẫm, Hồ Viết Sinh (2008), Khai Thác Và

Vận Hành Hệ Phân Tích Alpha Analyst Với Bộ Mẫu Chuẩn, Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ

Chí Minh, Tạp Chí Khoa Học Và Phát Triển Công Nghệ.

Tiếng Anh

[3] Alexandra Amonette and Brice Smith (2006), The Environmental Transport of Radium

and Plutonium, Institute for Energy and Environmental Research IEER, USA.

[4] D. Roman, (1984). Electrodeposition of Radium on Stainless Steel from Aqueous

Solutions. Int.J. Appl. Radiat. Isot. 35, p. 990.

[5] Donald Porcelli and Peter W.Swazenski (2003), The Behavior of U and Th series

nuclides in groundwater, U.S Geological Survey, Florida, USA.

226

[6] E. Bodrogi, T. Kovács, V. Jobbágy and J. Somlai (2005), Application of MnOR2 R-coated

PRa with alpha-spectrometric method,

discs in the case of the measurement of P

University of Veszprém, Department of Radiochemistry, 8201 Veszprém, Hungary.

[7] Guogang Jia, G. Torri, P. Innocenzi, R. Ocone, A. Di Lullo (2004), determination of

radium isotopes in mineral water12 samples by alpha spectrometry, Italian

Environment Protection Agency And Technical Service, Via V. Brancati 48, 00144

Roma, Italy.

[8] H.W.Kirby and Murrell L.Salutsky (1964), The Radiochemistry of Radium, Nuclear

Sciences Series NAS-NS 3057, p 3-18.

[9] J-G Decaillon, M. Bickel, C. Hill, T. Altzitzoglou, Validation of methods for the

determination of radium in waters and soil, European Commission, Joint Reseach

centre, Intitute for Reference Material anh Measurement, Retieseweg, Geel B-2440,

Belgum.

[10] J. M. Oliveira And F. P. Carvalho, (2006), Sequential extraction procedure for

determination of uranium, thorium, radium, lead and polonium radionuclides by alpha

spectrometry in environmental samples , Instituto Tecnologico e Nuclear, Departamento

de Protecção Radiologica e Segurança Nuclear, E.N. 10, 2686-953 Sacavem, Portugal.

[11] J S Alvarado, K A Orlandini, M. D. Erickson (1995), Rapid determinstion of radium

isotopes by alpha spectrometry, Environmental Reseach Division, Argonne National

Laboratory, Argonne, IL 60439, USA.

[12] Katell Morvan, Yves Andres, Bandombele Mokili, and Jean-Charles Abbe (2001),

spectrometry, Laboratoire Determination of Radium-226 in Aqueous solutions by

SUBATECH, UMR 6457, Ecole des Mines de Nantes, IN2P3/CNRS, Universite´ de

Nantes, Nantes Cedex 3, France, Ecole des Mines de Nantes, GEPEA, 4, rue Alfred

Kastler, La Chantrerie, BP 20722-44307, Nantes Cedex 3, France, and IRCCyN, 1 rue

de la Noe¨, BP 92101, 44321 Nantes Cedex 3, France.

[13] K.E. Holbert (2006), Radioactive Decay, Arizona State University, USA

226

[14] Michael Staubwassen, Gideon M.Henderson, Paul A.Berkman and Brenda L.Hall

PRa/Ba dating

(2003), Ba, Ra, Th and U in marine mollucs shells and the potential of P

of Holocene marine carbonates shells, Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol. 68, No.

1.

[15] Orlandini, K. A., J. S. Gaffney, and N. A. Marley. (1991). An Improved Technique for

the Rapid. Assay of Radium Isotopes in Water. Radiochim. Acta 55, p. 205.

[16] P. Blanco RodroAgueza, F. Vera TomeA, J.C. Lozano (2000), Concerning the low

uranium and thorium yields in theelectrodeposition process of soil and sediment

analyses, Departamento de FiAsica, Facultad de Ciencias, Universidad de Extremadura,

E-06071 Badajoz, Spain.

[17] Stanislaw Chalupnik, Jolanta Lebecka, Antoni Mielnikow ang Boguslaw Michalik

(1990), Determining radium in water: comparison of method, Central Mining Institute,

plac Gwarkow 1, PL-40-166 Katowice, Poland.

[18] W.C Lawrie, J.A. Desmond, D. Spence, S Anderson, C. Edmondson (1999),

Determination of radium- 226 in environmental and personal monitoring sample, Brish

Nuclear Fuels Plc, Geoffrey Schofield Laboratories, Westakes Sience and Technology

Park, Moor Row, Cumbria CA4 3JZ, UK.

[19] 4TUhttp://en.wikipedia.org/wiki/RadiumU4T

[20] 4TUhttp://www.vatlyvietnam.org/forum/showthread.php?t=104U4T