90Y在不同材料器壁上的吸附性能

宋志君，丁有钱，张生栋，崔安智，杨志红

中国原子能科学研究院 放射化学研究所，北京 102413

90Sr是亲骨性核素，是环境监测的重点放射性核素之一。90Sr(T1/2=28.8 a)含量常通过测量其子体核素90Y(T1/2=64.1 h)的量来确定。实验发现，简单的转移操作就会造成样品中90Y的丢失，这必然会对90Sr的分析带来一定的不确定度。因此，要准确测定90Sr必须确保操作过程中90Y不丢失，或准确知道过程中90Y的损失量。

90Y的丢失主要是由实验容器壁吸附所致，文献对此报道很少。《裂变产物分析》[1]中提到了包括144Ce、103Ru、137Cs在内的19种放射性核素在聚乙烯和玻璃材料上的保留率。但是，没有关于90Y吸附的详细数据。这主要是由于实验缺乏合适的示踪剂用于Y的吸附行为研究。

本工作以90Sr-90Y为示踪剂，通过对几种影响因素的研究来建立90Y吸附研究的方法。另外，考虑到聚乙烯、聚丙烯和玻璃是实验室常用的3种材料，因此，本工作主要研究90Y在这3种材料上的吸附行为，以提出避免吸附损失的措施。

1 实验部分

1.1 仪器

pHS-3B精密pH计，上海精密科学仪器有限公司；800型离心沉淀器，上海手术器械十厂；DSP-Scint井型NaI(Tl)γ能谱仪，美国ORTEC公司。

1.2 试剂和溶液的配制

HAc-NH4Ac缓冲溶液：0.2 mol/L,pH=3.78；HDEHP-二甲苯溶液：0.75 mol/L；0.1 mol/L NaNO3溶液，用HNO3、氨水调节溶液pH=0.045、1.23、1.94、3.02、4.01、4.92、5.99、7.01、7.83、8.98、9.97；所用试剂均为分析纯。

1.3 实验方法

1.3.190Sr-90Y指示剂的制备[1]取1 mL高放废液(介质0.75 mol/L HNO3)于萃取离心管中，加入1 mL HAc-NH4Ac缓冲溶液，2 mL 0.75 mol/L HDEHP-二甲苯萃取剂。振荡2 min，离心弃水相。有机相中加入2 mL HAc-NH4Ac缓冲溶液洗涤2次，用2 mL 0.3 mol/L HNO3反萃。水相移至小烧杯中，在电炉上加热至近干，以除去HNO3。用约3 mL去离子水溶解，移至塑料小壶中备用。

1.3.290Y的吸附及测量 取规格分别为φ12 mm×60 mm,φ12 mm×40 mm,φ12 mm×55 mm的聚乙烯、聚丙烯和玻璃管各数只。将2 mL不同pH值的NaNO3溶液加入到不同材料的测量管中，分别滴加90Sr示踪剂。放置两个星期后，90Sr-90Y基本达到衰变平衡。采用NaI(Tl)探测器对90Sr-90Y的韧致辐射进行第1次测量。测量后将溶液取出，加入不含示踪剂的相应pH值的溶液2 mL，进行第2次测量。

2 结果和讨论

2.1 90Sr-90Y示踪剂的纯度

本实验采用的高放废液，已经过一个阴离子柱，除去了U、Np、Pu等锕系元素，且由于放置时间很长，短寿命核素已经衰变完毕，因此，处理后的溶液中剩下的核素主要是90Sr和137Cs。对1.3.1节中各部分溶液进行γ放射性测量，考察方法对137Cs的去污效果。结果表明，各部分溶液中137Cs的计数率分别为：萃取后水相，5 556 s-1；第1次洗涤水相，116 s-1；第2次洗涤水相，18 s-1；反萃有机相，6 s-1；反萃水相，7 s-1。因此，本法对137Cs的去污因子约为800((5 556+116+18+7+6)/7≈800)。90Sr-90Y样品中(总体积3 mL)137Cs总计数率为7 s-1，由于每次实验时仅取0.1 mL，因此137Cs对测量影响很小，可以忽略。即制备的90Sr-90Y示踪剂可满足实验要求。

2.2 吸附核素的确定

实验中采用90Sr-90Y的平衡体作为示踪剂，而非纯90Y的溶液，因此需要确定90Sr是否吸附在容器内壁以及吸附率的大小。因此，将第2次测量后的样品放置10 d，第3次测量其强度。利用90Sr(T1/2=28.8 a)、90Y(T1/2=64.1 h)半衰期不同，根据3次测量结果判定吸附核素。3次测量的计数率用C1、C2、C3表示，存在3种情况：1) 如果吸附在内壁的核素主要是90Y，则经10 d衰变以后，放射性强度将下降，C3C2。

实验结果符合第1种情况，且C3值接近本底计数率。这说明吸附在容器内壁的核素为90Y，在实验范围内，容器对90Sr的吸附可以忽略不计。

2.3 吸附量的确定

由于原子核在进行β衰变时，发射出的高能电子在原子核电场内慢化时会放出一种连续的电磁波(光子)，即韧致辐射。韧致辐射可被NaI探测器测量，且韧致辐射总能量与β粒子能量的平方成正比。90Y β电子的能量达到2.29 MeV，而90Sr只有0.546 MeV。因此，通过设置阈值(150 keV)[2]可以排除90Sr的干扰，使测得的计数都来自90Y的韧致辐射。则90Y的吸附率为第2次测量和第1次测量得到计数率的比值，即C2/C1×100%。

第1次测量后将溶液取出时，可能会有少量液体残留在测量管内壁，使第2次测量得到的C2值偏高。为此，以137Cs为示踪剂，考察一滴溶液占加入总放射性的份额。将137Cs示踪剂加入测量管中，总计数率为5 534 s-1，稀释至2 mL；用滴管将溶液取出，回滴1滴溶液。然后加入等体积不含示踪剂的溶液，测其计数率为22 s-1。因此一滴溶液的放射性只占加入总放射性的0.4%。在实际操作时，注意尽量将溶液完全取净。因此，实际上溶液残留的影响远小于0.4%，其对C2值的影响可以忽略。

2.4 pH值对90Y吸附率的影响

不同pH值下，90Y在玻璃、聚乙烯、聚丙烯上的吸附率(Y)示于图1。从图1可以看出：1) 3种材料中，pH值对90Y吸附率的影响规律基本相同，说明这种变化趋向不是由材料所决定的，而主要受90Y存在形式的影响；2) pH<3时，90Y在3种材料中的吸附率都很小，不足2%；3) 玻璃的吸附远大于聚丙烯和聚乙烯；在pH<7时，在聚丙烯上的吸附大于在聚乙烯上的吸附；而在pH>7时，情况相反。

因此，在90Sr-90Y的实验中，应尽量选用聚丙烯或聚乙烯作为容器，避免使用玻璃容器。同时，尽量使溶液的pH<3，则可避免90Y的吸附丢失。

图1 不同pH下90Y在3种材料上的吸附率Fig.1 Adsorption of 90Y on the three materials under different pH values◆——玻璃(Glass)，●——聚乙烯(Polyethylene)，▲——聚丙烯(Polypropylene)

2.5 对吸附机理的简单探讨

聚丙烯、聚乙烯和玻璃材料的制作都经历了过冷过程[3]，使键发生扭曲和破坏，因此表面具有很好的吸附能；玻璃可作为正、负离子交换剂，而聚丙烯、聚乙烯等在氧化、光或热等作用下，其表面可形成羧基及其衍生物，这些基团同样具有吸附性。所以这些材料从溶液中吸附离子这一现象可以理解。

3 结 论

在有关90Sr-90Y的实验中，应尽量选用聚丙烯或聚乙烯作为容器，避免使用玻璃容器。同时，尽量使溶液的pH<3，则可避免90Y的吸附丢失。

[1] 郭景儒，黄浩新.裂变产物分析[M].北京：原子能出版社，1985：373.

[2] 孙宏清，丁有钱，杨志红，等.韧致辐射法同时测量非平衡体中90Sr和90Y[J].核化学与放射化学,2009,31(4):202-205.

[3] Robertson D E. The Adsorption of Trace Elements in Sea Water on Various Container Surface[J]. Anal Chim Acta, 1968, 42: 533-536.

[4] Won M J. Studies on Carrier-Free Yttrium-90 With Membrane Fitlers[J]. Korean Chem Soc, 1970, 14(4): 347-355.

[5] LI Wei-juan, DING You-qian, TAO Zu-yi. Americium(Ⅲ) Adsorption on Polyethylene From Very Dilute Aqueous Solutions[J]. J Radioanal Nucl Chem, 2001, 250(3): 497-500.