Радиационный контроль продуктов животноводства, кормов и сырья гамма-бета спектрометрическими методами с использованием программного обеспечения комплекса «Прогресс» (стр. 2 )

Границы энергетических интервалов: 380 – 520 – 630 – 720 – 800 – 1300 – 1600 – 1950 – 2800 кэВ.

Минимальная измеряемая активность за время измерения 1ч.: 3 Бк - 137Cs, 40 Бк - 40K, 8 Бк - 226Ra, 7 Бк - 232Th

2. Петри. Область применения: измерение значения активности радионуклидов 137Cs, 40K, 232Th , 226Ra в счетном образце, приготовленном из материала пробы биологического происхождения, внешней среды, строй материалов, почвы и т. д.; счетный образец может быть приготовлен как из нативного материала, так и с применением методов физического концентрирования (озоление, обугливание, высушивание и т. п.); измерение проводит с использованием сцинтилляционного блока детектирования Na j 63 × 63.

Геометрия измерения: пластмассовая чашка Петри диаметром 90 мм, равномерно заполненная материалом счетного образца до определенной отметки (75 мл).

Предполагаемый состав гамма - излучающих радионуклидов в счетном образце: 137Cs, 40K, 226Ra в состоянии радиоактивного равновесия с дочерними продуктами распада, 232Th в состоянии радиоактивного равновесия с дочерними продуктами распада

Сведения о счетном образце, запрашиваемые программой: - масса пробы, отобранной на анализ (mo); - масса полученного концентрата (m1); - масса счетного образца (m2);

Формула для расчета удельной активности исходной пробы:

А = 1000 × Am × m1 / m2,

где А – удельная активность исходной пробы (Бк / кг);

Am - удельная активность счетного образца (Бк / г);

Границы энергетических интервалов:

380 – 520 – 630 – 720 – 800 – 1300 – 1600 – 1950 – 2800 кэВ.

Минимальная измеряемая активности за время измерения 1ч.: 2 Бк – 137Cs, 30 Бк – 40K, 6 Бк – 226Ra, Бк – 232Th.

ЧАСТЬ II. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОСТИ БЕТА-ИЗЛУЧАЮЩИХ РАДИОНУКЛИДОВ.

1. ДОСТОИНСТВА И ТРУДНОСТИ БЕТА-СПЕКТРОМЕТРИИ.

Основным достоинством бета-спектрометрического анализа проб является проведение измерений при минимальном процессе их подготовки. Причем анализ на бета-спектрометре позволяет выделить весь набор бета - излучателей в пробе, тогда как радиохимическое выделение нуклидов, как правило, представляет собой селективный длительный многостадийный процесс с использованием дорогосоящих реактивов. Бета-спектрометрия может применяться для определения активности бета-излучающих радионуклидов, таких как 3Н, 14C, 63Ni, 90Sr, 137Cs, 60Co, 55Fe и др.

Необходимо отметить, что использование бета-cпектрометрии для расшифровки радионуклидного состава – трудная задача в прикладной спектрометрии ионизирующих излучений. Трудности заключаются в сложности идентификации непрерывных спектров бета-излучений, которые возникают в связи с одновременной регистрацией рентгеновского, гамма-излучений и комптоновских электронов. Кроме этого, имеет место эффект обратного рассеивания электронов, а при регистрации энергии электронов выше 1000 кэВ – эффект тормозного излучения. В настоящее время известны методы, позволяющие аппаратурными способами ослабить побочные явления и уменьшить искажения бета-спектра, но даже и при этих условиях получение достоверной информации радионуклидного состава проб при расшифровке бета-спектров остается сложной задачей.

Известен метод расшифровки бета- спектров, появление которого связано с развитием вычислительной техники. Он позволил решить проблему применения бета-спектрометрии для измерения содержания радионуклидов в различных компонентах окружающей среды. Данный метод дает возможность оперировать с большими массивами радиоэкологической информации при обработке результатов измерений в комплексе аппаратно-программных средств.

2. СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ И ОБРАБОТКИ БЕТА-СПЕКТРОВ.

Для регистрации бета-излучения от счетного образца используется бета - спектрометрический тракт комплекса «ПРОГРЕСС» со сцинтилляционным блоком детектирования (СБД), который включает в себя пластиковый сцинтиллятор, ФЭУ с делителем высокого напряжения и спектрометрический усилитель импульсов. Для защиты от внешнего излучения СБД располагается в специальном свинцовом экране.

Для преобразования аналогового спектрометрического сигнала, поступающего с выхода детектора, в цифровой применяют амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП), выполненный либо в виде платы, встроенной в ПЭВМ, либо в виде отдельного блока, подключенного к порту ПЭВМ.

Управление работой АЦП производится при помощи специальных программ (драйверов), входящих в состав программного пакета «ПРОГРЕСС».

Обработку бета-cпектров, расчет значений активности и погрешности производят на ПЭВМ с использованием программного пакета «ПРОГРЕСС».

При вводе бета-спектрометрического тракта в эксплуатацию должна быть проведена его метрологическая аттестация, основными характеристиками которой являются:

-энергетический диапазон работы бета-тракта;

-значения чувствительности для каждого из измеряемых нуклидов в измерительных энергетических интервалах;

- значение минимальной измеряемой активности;

- контрольная скорость счета от калибровочного источника в определенном энергетическом интервале.

Для проведения калибровки бета-спектрометра по энергии и контроля за сохранностью параметров установки в состав спектрометра включается контрольный источник 90Sr точечной геометрии в специальной обойме для его экспонирования. Для экспонирования счетных образцов применяют специальные алюминиевые кюветы.

3. ОТБОР И ПОДГОТОВКА ПРОБ.

Отбор и подготовка проб должны проводиться согласно методическим указаниям по методам контроля МУК 2.6.1 – 98 “Радиационный контроль”. Стронций –90 и цезий –137. Пищевые продукты. Отбор проб, анализ и гигиеническая оценка».

3.1. Отбор проб. Отбор проб является начальным этапом радиоционного контроля, призванным при оптимальных затратах времени и средств обеспечить представительность проб, наиболее полно и достоверно характеризующих исследуемую партию продукции.

Перед отбором проб для испытания на содержания стронция –90 и цезия –137 целесообразно выполнить дозиметрический контроль по мощности дозы гамма –излучения с помощью прибора СРП-68.

Порядок отбора проб включает: выделение однородной по радиационному фактору партии, определение числа необходимых средних проб, отбор точечных проб, составление объединенной пробы и формирование из нее средней пробы, которая поступает на лабораторное исследование.

3.2. Подготовка проб к измерениям. Первичная подготовка проб к измерениям включает обычную обработку пищевых продуктов на первом этапе приготовления пищи и измельчение их с целью лучшего усреднения пробы и увеличения массы пробы, которую можно разместить в измерительной кювете. При измерении равновесного содержания 90Sr и 90Y в пробах биологического происхождения счетный образец может быть подготовлен как из нативного материала, так и с помощью физического и химического концентрирования или селективной радиохимической экстракции. Счетный образец представляет собой таблетку в стандартной измерительной кювете, подготовленную с помощью ручного уплотнителя. В остальных случаях необходимым условием применимости настоящей методики служит использование либо селективной радиохимической методики, либо методики ускоренного химического концентрирования.

В основу таких методик положены методы химического разложения (денатурация белка, омыление жиров и др.) с последующим соосаждением 90 Sr и 90 Y с оксалатами кальция или другими неизотопными носителями. Получаемые осадки служат счетными образцами при бета - спектрометрических измерениях. При отсутсвии спектрометрических установок для определения 90Sr необходимо применять радиохимические методы анализа.

В зависимости от выбранного способа приготовления счетного образца, его предполагаемого радионуклидного состава и геометрии измерения применяются различные алгоритмы матричной обработки бета-спектров.

Из полученных в результате обработки спектра значений активности радионуклидов в счетном образце программа рассчитывает значение удельной активности радионуклидов в исходной пробе, используя для этого сведения о счетном образце, вводимые оператором перед началом измерения.

Измерение стронция-90 с помощью бета – спектрометра в режиме нативных проб с использованием программного обеспечения. «Прогресс» производится в образцах проб после определения в них цезия-137 и калия-40 гамма-спектрометрическим методом.

Универсальным способом приготовления счетных образцов является сухая минерализация. Она основана на полном разложении органических веществ путем термической обработки пробы при контролируемом температурном режиме и состоит из трех последовательных этапов – высушивания, обугливания и озоления. На каждом этапе степень концентрирования радионуклидов увеличивается.

Высушивание измельченных и взвешенных проб растительного происхождения до постоянной массы проводят в сушильном шкафу при температуре 80-100 0С. Для обезвоживания жидких образцов во избежание их разбрызгивания рекомендуется применять инфракрасные лампы или песчаные бани.

Пробы молока подкисляют соляной или уксусной кислотой, упаривают в фарфоровых чашках под инфракрасными лампами до сухого остатка, постепенно добавляя в них очередные порции молока. Высушивание заканчивают в сушильном шкафу при температуре 1000С до постоянной массы сухого остатка.

Пробы мяса отделенные от жира, сухожилий и костей сушат до постоянного веса в сушильном шкафу при температуре 80-100 0С.

Кости отделяют от мягких тканей, костного мозга и сушат в сушильном шкафу при температуре 100-150 0С в течение 2-3 часов.

После установления постоянной массы пробы сухой остаток обугливают путем прокаливания на электорплитках или песчаных банях в вытяжном шкафу. Во избежание потери летучих радионуклидов не допускается воспламенения пробы. Для интенсификации процесса обугливания одновременно допускается обогрев чашки с пробой инфракрасной лампой. Процесс обугливания считается законченным при прекращении вспучивания пробы и исчезновении дыма.

Обугленные сухие остатки озоляют в муфельных печах при температуре 400 0С.

Основные достоинства термического концентрирования активности проб путем сухой минерализации – универсальность и сравнительная простота процедур. Характерные недостатки – большая продолжительность, энергоемкость и отвратительные запахи, сопровождающие обугливание и озоление некоторых видов продовольствия (молоко, мясо и др.).

Разработаны специальные методики экспрессного химического концентрирования активности стронция, иттрия и цезия для некоторых видов продовольствия не требующие сжигания вещества проб, и в тоже время позволяющие в полной мере использовать преимущества бетта-спектрометрического способа определения активности стронция-90 и гамма-спектрометричесого способа определения активности цезия-137.

Для жиров, молока, молочных продуктов, мяса, мясных продуктов приготовление счетных образцов оказывается более удобным, быстрым, менее трудоемким и дорогостоящим чем обугливание или озоление.

Ниже приводятся способы ускоренного радиохимического приготовления счетных образцов для измерения активности стронция-90, иттрия-90 на бетта-спектрометре комплекса «Прогресс».

3.2.1. Способ ускоренного радиохимического приготовления счетных образцов проб мяса и мясных продуктов.

Предлагаемый способ позволяет получить в течение 1,5-2,5 часов из пробы мяса и мясных продуктов счетных образцов для измерения активности р/н Sr-90 на бета-спектрометре комплекса "Прогресс", обеспечивающего за 1,0 ч измерений значения МИА, на уровне 0,2 Бк/кг для исходной пробы массой 0,5 кг.

Он основан на способности оксалата кальция соосаждать оксалаты стронция и иттрия.

Основным мышечным белком, обеспечивающим двигательную активность, является миозин. Содержание его в мышечной ткани составляет 40-45%. Миозин обладает специфической способностью связывать ионы, главным образом, кальция и магния. Поскольку стронций щелочноземельный металл, то он как и кальций депонируется в этом белке..

Вместе с тем, каждая проба мяса, отобранная на анализ, содержит в своем составе кровь. Одной из функций крови, - основной жидкости организма - является обеспечение транспорта к органам и тканям веществ, поступающих из пищеварительного тракта. Наряду с ними транспортируются и радионуклиды, которые вместе с кальцием способны депонироваться в белках плазмы крови.

Кальций, стронций и иттрий, находящиеся в белках, напрямую недоступны для взаимодействия с оксалат-ионами. Высвобождение их достигается денатурацией (разрушением) белков, предварительно экстрагированных из мяса.

Таким образом методика ускоренного р/х приготовления счетных образцов предусматривает экстракцию миозина и белков плазмы крови, денатурацию их с целью получения кальция, стронция, иттрия в ионной форме и заканчивается осаждением оксалатов.

Анализ проводится в три этапа: 1. экстракция белков 0,6 моль/дм3 NaCI; 2. денатурация белков 6 моль/дм3 HCI; 3. Соосаждение с оксалатом кальция оксалатов Sr-90 и Y-90 с сохранением в счетном образце степени радиоактивного равновесия этих радионуклидов, сложившегося к моменту анализа в исследуемой пробе.

Полное время приготовления счетного образца из пробы мяса 1,5-2,5 часа.

Ход анализа.

1. Пробу мяса массой 250-300 г отделяют от жира, сухожилий и костей и пропускают через мясорубку.

2. В широкогорлую коническую колбу вместимостью 0,75 дм3 помещают навеску 100 г пробы мяса.

3. Добавляют 100 см3 0,6 моль/дм3 NaCI (такая концентрация NaCl способствуют разрыву оболочки клетки и все элементы входящие в состав клетки выходят из нее), интенсивно перемешивают в течение 30 с. Смесь выдерживают в течение 10 м. без нагревания.

4. По истечении 10 м жидкость декантируют в коническую термостойкую колбу вместимостью 1 дм3. Операции пунктов 3 и 4 повторяют дважды.

5. К оставшейся пробе мяса добавляют 100 см3 дистиллированной воды. Пробу интенсивно перемешивают в течение 30 с, дают отстоятся и декантируют жидкость. Всю декантированную жидкость объединяют. Остаток пробы мяса отбрасывают.

6. К объединенным декантатам добавляют 20 см3 раствора CaCI2 с титром по Са2+ - 40 мг/см3 и 200 см3 6 моль/дм3 HCI. Раствор кипятят в течение 15 м, при периодическом перемешивании.

7. Горячий раствор отфильтровывают через складчатый бумажный фильтр "белая лента".

Осадок на фильтре промывают 100 см3 кипящей дистиллированной воды.

8. К фильтрату добавляют 50 см3 насыщенного раствора Н2С2О4 (или 5 г сухой щавелевой кислоты). Раствор нагревают до кипения, но не кипятят.

9. Горячий раствор нейтрализуют 25%-ным NH4OH до рН 4 (при рН 4 происходит полное осаждение оксолатов Sr), строго контролируя кислотность среды по универсальной индикаторной бумаге. Для формирования осадка раствор нагревают до кипения, но не кипятят.

10. Взвешивают бумажный фильтр "белая лента".

Осадок общих оксалатов отфильтровывают из горячего раствора, промывают на фильтре кипящей дистиллированной водой объемом 300 см3, высушивают до постоянного веса.

11. Высушенный осадок общих оксалатов взвешивают вместе с фильтром, переносят в измерительную кювету, вновь взвешивают.

12. Активность счетного образца измеряют по алгоритму Sr-90=Y-90 по методике, прилагаемой к радиологическому комплексу "Прогресс".

Реактивы. Кислота хлористоводородная, 6 моль/дм3, кислота щавелевая, 2 моль/дм3 ; аммония гидроисид, 30% раствор; натрия хлорид, 0,6 моль/дм3 ; кальция хлорид, 1 моль/дм3.. Все реактивы могут быть марки "ч".

Аппаратура, посуда. Бета-спектрометр комплекса "Прогресс" в комплекте. Весы лабораторные аналитические. Плитка электрическая. Мясорубка. Устройство для сушки препаратов. Например, лампа зеркальная 3M-8, 220х500. Цилиндры мерные 50, 100, 250 и 500 мл. Колбы конические термостойкие 250, 500, 1000 и 2000 мл. Воронки конические 0=7,5 см. Стеклянные палочки длиной 14 и 28 см. Фильтры бумажные беззольные "синяя лента", d=9 см. Бумага фильтровальная лабораторная. Бумага индикаторная универсальная.

Примечание.

Авторы методики: ГНЦ РФ Биофизика, ЦМИИ ГП ВНИИФТРИ В работе над методикой принимали участие сотрудники Центральной научно-производственной ветеринарной радиологической лаборатории (ЦНПВРЛ): , , .

3.2.2. Приготовление счетных образцов проб жиров животного и растительного происхождения.

Целью методики является получение в течение 1,5 часов из проб жиров животного и растительного происхождения счетных образцов для измерения активности Sr-90 на бета-спектрометре комплекса "Прогресс", обеспечивающего значение МИА на уровне 0,2 Бк/кг для исходной пробы массой 0,5 кг.

В методе используется способность оксалата кальция соосаждать оксалаты стронция и иттрия.

Основным компонентом жиров являются триглицериды - сложные эфиры глицерина и высокомолекулярных жирных кислот.

Строение триглицеридов не дает возможности образования химических связей с металлами. Поэтому стронций, иттрий, калий, кальций, цезий и т. д. могут присутствовать в жирах только в виде примесей, появляющихся в процессе производства или переработки.

Процедура приготовления счетных образцов основывается на омылении жиров, получении оксалатов радионуклидов Sr-90, Y-90 в состоянии радиоактивного равновесия, их соосаждения с оксалатами кальция, и проводится в два этапа:

I. Обработка пробы жира 2 моль/дм3 гидроксидом натрия.

II. Образование оксалатов Sr-90, Y-90 в состоянии р/а равновесия, и их соосаждение с оксалатами кальция.

Полное время приготовления счетного образца составляет менее 1 часа. Сразу же после приготовления счетный образец готов к измерению на бета-спектрометре по алгоритму “Sr-90=Y-90”.

Ход анализа приготовления счетных образцов из проб объемом (массой) до 100 г.

1. В коническую колбу вместимостью 0,75 дм3 помещают навеску жира 100 г. Твердые животные жиры (сливочное и топленое масло, маргарин, говяжий жир и т. д.) растапливают.

К пробе добавляют 20 см3 5 моль/дм3 NaOH и 30 см3 этилового спирта. Кипятят смесь до получения гомогенного раствора.

2. Охлажденный раствор переносят в делительную воронку емкостью 0,5 дм3.

Колбу ополаскивают 100 см3 6 моль/дм3 HCl, и переносят раствор в делительную воронку.

Смесь перемешивают, интенсивно встряхивая делительную воронку в течение 30 сек.

Дают смеси отстояться до разделения на органическую и водную фазы. Sr-90 и Y-90 переходят в водную фазу. После отстаивания водную фазу из делительной воронки переносят в коническую колбу вместимостью 0,5 дм3.

3. Для более полного вымывания Sг-90 и Y-90 к органической фазе в делительной воронке добавляют 100 см3 горячей 2 моль/дм3 НСl. Смесь перемешивают, интенсивно встряхивая делительную воронку в течение 30 сек.

После расслоения фаз водную фазу объединяют с водной фазой, полученной в п.2.

Органическую фазу отбрасывают.

4.К водной фазе добавляют 20 см3 раствора СаСl2, с титром по Са2+-40 мг/см3 , 50 см3 насыщенного раствора Н2С2O4 (или 3 г сухой щавелевой кислоты).

Раствор нагревают до кипения, но не кипятят.

5. Горячий раствор нейтрализуют 25%-раствором NH4OH строго до рН 4,0 (по индикаторной бумаге). Для формирования осадка общих оксалатов раствор нагревают до кипения.

6. Взвешивают бумажный фильтр белая или красная лента.

Осадок общих оксалатов отфильтровывают из горячего раствора через складчатый фильтр, промывают на фильтре кипящей дистиллированной водой объемом 300 см3, высушивают до постоянного веса.

Высушенный осадок общих оксалатов взвешивают вместе с фильтром, переносят в измерительную кювету, и вновь взвешивают.

Активность счетного образца измеряют по алгоритму ”90Sr=90Y” по методике, прилагаемой к установке "Прогресс 310".

Ход анализа приготовления счетных образцов из проб объемом (массой) до 500 см3.

1. В коническую колбу вместимостью 2 дм3 помещают навеску жира 300-500 г. Твердые животные жиры (сливочное и топленое масло, маргарин, говяжий жир и т. д.) растапливают.

2. К пробе добавляют 100 см3 5 моль/дм3 NaOH и 130 см3 этилового спирта. Кипятят смесь в течение 25 мин до получения гомогенного раствора.

3. Охлажденный раствор переносят в делительную воронку емкостью 1 дм3. Колбу ополаскивают 100 см3 6 моль/дм3 HCl, и переносят раствор в целительную воронку.

Смесь перемешивают, интенсивно встряхивая делительную воронку в течение 30 сек.

Дают смеси отстояться до разделения на органическую и водную фазы. Sr-90 и Y-90 переходят в водную фазу. После отстаивания водную фазу из делительной воронки переносят в коническую колбу вместимостью 0,75 дм3.

4. Для более полного вымывания Sr-90 и Y-.90 к органической фазе в делительную воронку добавляют 150 см3 2 моль/дм3 HCl.

Смесь перемешивают, интенсивно встряхивая делительную воронку в течение 30 сек.

После расслоения фаз водную фазу объединяют с водной фазой, полученной в п. 3.

Органическую фазу отбрасывают.

5. К водной фазе добавляют 20 см3 раствора CaCl2 с титром по Са2+ - 40 мг/см3 и 50 см3 насыщенного раствора Н2С2О4. Раствор нагревают до кипения, но не кипятят.

6. Горячий раствор нейтрализуют 25 % раствором NH4OH строго до величины рН 3÷4 (по универсальной индикаторной бумаге). Для формирования осадка общих оксалатов раствор нагревают до кипения, но не кипятят.

7. Взвешивают бумажный фильтр белая или красная лента. Осадок общих оксалатов отфильтровывают из горячего раствора через складчатый фильтр, промывают на фильтре кипящей дистиллированной водой объемом 300 см3 , высушивают до постоянного веса.

8. Высушенный осадок общих оксалатов взвешивают вместе с фильтром, переносят в измерительную кювету и вновь взвешивают. Активность счетного образца измеряют по алгоритму 90Sr = 90Y по методике, прилагаемой к установке "Прогресс-310".

Реактивы. Натрий гидроксид, 5 моль/дм3; этиловый спирт, 96%; кислота хлористоводородная, 6 моль/дм3; кислота щавелевая, 2 моль/дм3; кальция хлорид, 1 моль/дм3; аммония гидроксид, 25 % раствор. Все реактивы могут быть марки "ч".

Аппаратура, посуда. Бета-спектрометр комплекса "Прогресс" в комплекте; весы аналитические; плитка электрическая; лампа зеркальная ЗМ-8, 220х500 для сушки образцов; цилиндры мерные 50, 100, 250, 500 см3; колбы конические термостойкие вместимостью 250, 500, 750 и 2000 см3; воронки конические d=7,5 см; воронки делительные вместимостью 500 и 750 см3; стеклянные палочки длиной 14 и 28 см; фильтры бумажные беззольные "синяя лента", d=9 см.