陳 文，湯 英，徐 娜，李 平

（江西省鎢與稀土產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，江西 贛州 341000）

稀土在我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著相當(dāng)重要的地位，被廣泛地應(yīng)用于彩色電視、電子工藝、鋼鐵、冶金、石化、醫(yī)療衛(wèi)生等諸多領(lǐng)域。自21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)的稀土出口量一直保持著較快的增長(zhǎng)趨勢(shì)，銷往美國(guó)和日本等工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家和地區(qū)。但是稀土中所含有的天然放射性物質(zhì)[1]，極大地阻礙了工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)于稀土的利用，長(zhǎng)期接觸含有放射性物質(zhì)含量較多的稀土，能夠使工作人員引起癌癥、白血病、身體組織畸變等疾病的概率增加。伴隨著人們對(duì)于安全健康要求的不斷提高，稀土中所含放射性元素的含量已經(jīng)成為了稀土出口的重要指標(biāo)。但是目前為止稀土產(chǎn)品中，α和β放射性元素還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的測(cè)定方法，為了我國(guó)稀土出口行業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展，本文對(duì)稀土化合物中總α和β放射性元素的測(cè)定方法進(jìn)行探究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

本文所需的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備如表1 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)儀器及型號(hào)

本實(shí)驗(yàn)所需的低本底α、β 測(cè)量?jī)x的主要參數(shù)中包括α 效率比和β 效率比。為了保證樣品的數(shù)值可溯性，選擇與稀土化合物物理性質(zhì)相近的放射源作為標(biāo)準(zhǔn)源，其中包括241Am 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，其α 的標(biāo)準(zhǔn)源活度值為13.80Bq/g，還有KCl 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，其β 的標(biāo)準(zhǔn)源活度值為16.10Bq/g。除此以外，該實(shí)驗(yàn)中還需要無(wú)水乙醇作為實(shí)驗(yàn)試劑。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）α 標(biāo)準(zhǔn)源的測(cè)量。稱取0.1600g241Am 標(biāo)準(zhǔn)源置于測(cè)量盤(pán)內(nèi)，滴加數(shù)滴無(wú)水乙醇，均勻鋪平，將測(cè)量盤(pán)晾干。在低本底α、β 測(cè)量?jī)x上連續(xù)測(cè)量2 次，每次6000S，測(cè)得241Am 標(biāo)準(zhǔn)源中總α 計(jì)數(shù)率Rsα，取平均值。

（2）β 標(biāo)準(zhǔn)源的測(cè)量。稱取0.1600gKCl 標(biāo)準(zhǔn)源置于測(cè)量盤(pán)內(nèi)，滴加數(shù)滴無(wú)水乙醇，均勻鋪平，將測(cè)量盤(pán)晾干。在低本底α、β 測(cè)量?jī)x上連續(xù)測(cè)量2 次，每次6000S，測(cè)得氯化鉀標(biāo)準(zhǔn)源中總β 計(jì)數(shù)率Rsβ，取平均值。

（3）本底的測(cè)量。將空白測(cè)量盤(pán)置于低本底α、β 測(cè)量?jī)x上連續(xù)測(cè)量10 次，每次6000S，測(cè)得儀器總α 和總β 的本底計(jì)數(shù)率R0α、R0β，取平均值。

（4）樣品源的測(cè)量。稱取0.1600g 試樣置于測(cè)量盤(pán)內(nèi)，滴加數(shù)滴無(wú)水乙醇，均勻鋪平，將測(cè)量盤(pán)晾干。在低本底α、β 測(cè)量?jī)x上連續(xù)測(cè)量2 次，每次6000S，測(cè)得樣品中總α 和總β 計(jì)數(shù)率Rxα、Rxβ，取平均值。

（5）結(jié)果的計(jì)算。按公式（1）、（2）計(jì)算樣品中總α 和總β 的放射性活度。

式中，Cα樣品中總α 放射性活度濃度，Cβ表示樣品中總β 放射性活度濃度，單位為Bq/L；RX表示樣品源的總α和β 總計(jì)數(shù)率，單位為s-1；R0表示本底的總α 和β 總計(jì)數(shù)率，單位為s-1；RS表示標(biāo)準(zhǔn)源的總α 和β 總計(jì)數(shù)率，單位為s-1；αS和βS分別表示標(biāo)準(zhǔn)源的總α 和總β 的放射性活度濃度，單位Bq/g，且天然鉀K-40 的β 放射性活度濃度是27.4Bq/g，所以它在氯化鉀中的放射性活度濃度恒定為14.4Bq/g；m 表示試樣量，單位g。V 表示試液的總體積，單位mL；該公式的校正系數(shù)為1.02，即1020ml 酸化水樣相當(dāng)于1000ml 原始水樣；VS為樣品取樣體積，單位是L。

2 結(jié)果與討論

（1）標(biāo)準(zhǔn)源的選擇。通常使用的總α、總β 放射性標(biāo)準(zhǔn)源有241Am 標(biāo)準(zhǔn)粉末源、KCl 標(biāo)準(zhǔn)粉末源、90Sr+90Y 電鍍?cè)础?39Pu 電鍍?cè)此姆N，對(duì)被測(cè)樣品源中總α、總β 放射性的測(cè)量，通常采用與樣品源物理和化學(xué)性質(zhì)以及狀態(tài)相接近的標(biāo)準(zhǔn)源作標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，稀土化合物大部分是以單一或混合稀土氧化物粉末和鹽類存在的稀土產(chǎn)品，故本方法選擇241Am、KCl 作標(biāo)準(zhǔn)源測(cè)量。

（2）有效飽和厚度（最小鋪盤(pán)量）的確定。在直徑45 mm 測(cè)量盤(pán)內(nèi)，分別稱取80mg、100mg、120mg、140mg、160mg、180mg、200mg、220mg、240mg 的α 或β 標(biāo)準(zhǔn)源于測(cè)量盤(pán)內(nèi)，按樣品源的制備相同步驟，制成不同厚度的系列標(biāo)準(zhǔn)源，均勻平鋪在測(cè)量盤(pán)底部。晾干后，置于低本底α、β 測(cè)量?jī)x上測(cè)量每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)源的總計(jì)數(shù)率。以總計(jì)數(shù)率為縱坐標(biāo)，鋪盤(pán)量為橫坐標(biāo)，繪制自吸收曲線。當(dāng)鋪盤(pán)量達(dá)到一定的值時(shí)，總凈計(jì)數(shù)率不再隨鋪盤(pán)量的增加而增加，延長(zhǎng)自吸收曲線的斜線段與水平段，交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)的鋪盤(pán)量即為標(biāo)準(zhǔn)的有效飽和厚度，也就是方法的最小鋪盤(pán)量。

圖1 镅-241 有效飽和厚度

圖2 β（鉀-40）有效飽和厚度

由圖1 可知：镅-241 的凈計(jì)數(shù)率在鋪盤(pán)厚度0.05mg·mm-2～0.1mg·mm-2范圍內(nèi)線性增長(zhǎng)，當(dāng)鋪盤(pán)厚度達(dá)到0.1mg·mm-2時(shí)，鋪盤(pán)厚度增加，而镅-241 的凈計(jì)數(shù)率保持不變，此處的鋪盤(pán)厚度即為镅-241 在直徑為φ45mm 的測(cè)量盤(pán)內(nèi)的飽和厚度，其對(duì)應(yīng)的鋪盤(pán)量160mg即厚源法的最小取樣量，即為0.1Amg。

由圖2 可知：β（鉀-40）射線計(jì)數(shù)率隨著氯化鉀標(biāo)準(zhǔn)粉末厚度的增加呈線性增加，但β 探測(cè)效率無(wú)顯著變化。因此，對(duì)一定直徑大小的測(cè)量盤(pán)來(lái)說(shuō)，樣品源的有效飽和厚度可按0.1Amg 計(jì)算。

（3）儀器本底的測(cè)定。在精密度較低的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，儀器的本底具備著相當(dāng)重要的作用。當(dāng)實(shí)驗(yàn)中的有效飽和厚度確定之后，就必須制定該效率下的儀器本底值。儀器預(yù)熱后測(cè)量本底計(jì)數(shù)的結(jié)果平均值，α 本底計(jì)數(shù)平均值N1=1.8，=5.64；β本底計(jì)數(shù)平均值N2=51.2，=2.56。根據(jù)值表，，因此可以得到判斷，儀器的穩(wěn)定性較好。（4）樣品測(cè)量時(shí)間。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，選擇最恰當(dāng)?shù)臏y(cè)量時(shí)間也是能夠保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的重要指標(biāo)之一。若測(cè)量時(shí)間小于標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間，則實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果無(wú)法反映樣品中總α 和β 放射性元素的活度值。但若是測(cè)量時(shí)間大于標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間，則由于周邊空氣中水蒸氣增多導(dǎo)致樣品吸水濃度下降或儀器穩(wěn)定性等方面的影響，測(cè)量結(jié)果會(huì)不可避免地存在較大誤差。基于以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到測(cè)量時(shí)間的最小值為：

其中，T 表示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中樣品的最小測(cè)量時(shí)間；NX表示樣品源計(jì)數(shù)率；N0表示本底計(jì)數(shù)率；E 表示預(yù)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差。

由此可以計(jì)算出1～10 號(hào)樣品的最小測(cè)量時(shí)間分別為5min，7min，10min，16min，25min，34min，45min，59min，76min。實(shí)際工作時(shí)，1～2 號(hào)樣品的測(cè)量時(shí)間選為10min，3～5號(hào)樣品的實(shí)際測(cè)量時(shí)間為30min，6～7號(hào)樣品的實(shí)際測(cè)量時(shí)間為50min，8～9號(hào)樣品的實(shí)際測(cè)量時(shí)間為80min。

（5）精密度分析。使用上述9 個(gè)樣本進(jìn)行測(cè)量，為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性將一份樣本測(cè)量三次，得到精密度的測(cè)量結(jié)果如下表所示。

表2 樣本精密度測(cè)量結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)偏差是一種統(tǒng)計(jì)分布程度的測(cè)量方法，標(biāo)準(zhǔn)偏差的數(shù)值越小，該組數(shù)據(jù)的偏離值就越小。通過(guò)相對(duì)偏差可以計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，用以反映檢測(cè)結(jié)果的精密程度。如上表所示，本實(shí)驗(yàn)中9 組樣本中三次測(cè)量的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差誤差值均小于0.01，因此可知，本實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果的精密度較高。

3 結(jié)論

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可以得到稀土化合物中總α、總β 放射性的測(cè)定方法，解決了通過(guò)稀土化合物中放射性元素多少，從而判斷稀土化合物價(jià)值的問(wèn)題滿足了市場(chǎng)需求。