4 环境监测中人工放射性核素化学(1)

硝酸锶
硝酸钡
9.66×10-2 1.45×10-3 4.35×10-4
2.29×10-3 1.91×10-4 7.62×10-5
离子交换法：
阳离子交换树脂分离锶，离子交换法能使碱土金属
与其它元素很好地分离，常用于示踪量碱土元素的分 离与纯化，也用于测定环境样品中的放射性锶。但因 其操作时间较长，在一般裂变产物的放化分离操作中 较少采用。
1干扰元素
钾、钠、钙、镁等，特别是与铯同属碱金属的天然
β放射性核素钾-40和铷-87。
2 放射性铯的分离与富集
一般把分离几种方法优化组合起来应用。磷钼酸铵-
碘铋酸铯法富集分离。
取1-100L水样，硝酸调节pH=3.0，加1ml载体，按
每5L水样加1g磷钼酸铵比例投加磷钼酸铵，电动搅拌
30min，静置4h以上。过滤，沉淀用2mol/L氢氧化钠溶
环境和生物样品中137Cs的含量很低，因此测定时需
大量样品，先将样品中所含的K、Na、Ca、Mg等干扰
元素分离掉，尤其是40K、87Rb。
分离浓集的方法有：
离子交换法：无机离子交换剂（这些材料基本属
于杂多酸盐、过渡金属的络氰化物、锆和钼的磷酸盐
或碲酸盐等 ） ；离子交换树脂。
沉淀法：
高氯酸法；
碘铋酸钾法；
裂变产额通常分为独立产额、累积产额和链产额
三类。
独立产额是指核裂变时直接生成某一裂变产物的
几率。 累积产额是指某一核素的独立产额加上由于其它 裂变产物衰变生成的该核素的产额。 链产额是指某一衰变链上所有链成员独立产额之 和。
核爆炸和核反应堆事故产生的裂变产物进入环境
中会造成环境污染，其中以89Sr、90Sr、131I、137Cs等
中长寿命核素危害最大。
1.2 放射性铯
1.2.1铯的物理性质
55号元素，属碱金属元素，有31种同位素
（116Cs~146Cs）和5种同质异能素。
133Cs是唯一的天然稳定同位素，在地壳中中含量
约7ppm。
铀核裂变时最主要裂变产物是137Cs，为β放射体， 半衰期为30.17年，比活度为3.2×105 Bq/μg， 137Cs 既可能作β放射源又可以作γ放射源。
139 La
铀在慢中子作用下裂变，生成的裂片元素组成很复杂。
如：
几种裂变产物衰变链
26Fe 0.05s
Co
0.04s
Ni
0.44s
Cu
1.57s
Zn
5.7s
Ga
27.1s
Ge
稳定
1.1s m
Y
1.00min m
0.007
0.9 77
Nb
36Kr 0.25s
Rb
0.17s
Sr
0.44s
离子在树脂上的吸附次序按水合离子半径大小排
列，较小的先吸附。其吸附次序为稀土、钡、锶、钙、 镁、碱金属。 碱土金属不被阴离子交换树脂吸附，可以利用阴离 子交换法使90Sr 与子体90Y分离，以获得不含有90Y 的
纯90Sr 。或者分离出90Y 然后测量90Y ，以求出放射性
锶（89Sr+90Sr）中90Sr的含量。
裂片元素的来源主要有两种，一是用反应堆或加 速器生产，二是在核武器爆炸时产生。
235U核裂变方式： 235U+ 1 95Y+139I+2 → n 0
1 0
n
95Y和139I均不稳定，会发生如下的一系列衰变：
95 95Y 95Zr 95Nb Mo

139I
1 39 139Xe 139Cs Ba
取。
1.3.4 Sr-90的分析测定
自从高分辨的Ge(Li)或HPGe探测器问世以来，大
多数发射γ射线的短寿命锶同位素可以不经放化分离，
直接应用γ能谱法测量。只有长寿命的89Sr、90Sr这些 纯β核素的分析，还需经过放化分离程序。 还有 测定方法有β 计数法及液体闪烁计数法等。
1、锶、钙在浓硝酸中的溶解度不同来分离锶与钙；
解，抽滤，滤液稀至300ml。加与磷钼酸铵等量的柠檬
酸，溶解后加10ml浓硝酸。以下再重复磷钼酸铵共沉淀
和氢氧化钠溶解的步骤，只是用量只需1g磷钼酸和10ml
硝酸，5ml柠檬酸。
3 源的制备与测量
将分离富集的样品溶液小心蒸发至5-8ml，冷却，置于水
浴中，分别加2ml冰乙酸和2.5ml碘铋酸钠溶液，充分搅拌
（Bq/L或Bq/g或Bq/kg）。
1.3 放射性锶
1.3.1 锶的物理性质
锶是38号元素，属碱土金属，锶在自然界含量较
少，约占地壳重量的0.042%，主要存在于海水中，
约8mg/L。
锶共有23种同位素和3种同质异能素。 Sr-84、 86、87、88四种锶同位素是稳定稳定核素，其中89Sr 和90Sr是两种重要的分裂产物，核裂变中产额较高， 分别属于高毒和中毒性核素。
收率为85%，经测定90Y的活度为5.5Bq，问该环境样
品中89Sr、90Sr的活度各为多少Bq？如放置15d？已知
90Y
： 64h， 90Sr ：28.8a。
解：
90
Sr Y Zr
90 90
28.5 a ,
64 h ,

AY 90 ASr 90 , 0 1 e
环境监测中人工放射性核素化学
1 裂片元素
1.1 概述
重原子核分裂成两个质量大体相等碎片的过程称
为核裂变。
核裂变分为两种：一种为在没有外来粒子轰击下
自发裂变，一种为在入射粒子轰击下发生裂变即诱发 裂变。
252 98
235
Cf Xe Ru 4n Q
140 54 108 44
U 1n 95Y 139 I 21n
中子后的碎片称为次级碎片或裂变的初级产物。
其能量仍然很高，但不能发射中子，在10-11s内发 射γ 光子，发射光子后的碎片仍为丰中子核，它们继 续进行β衰变直到变为稳定的核素，形成一个称为衰 变链的系列。
（原子核→裂变碎片→ 次级碎片→ 稳定核素）
裂片元素是重原子核发生裂变反应时生成的产物，
又称裂变产物。
体。137Cs-137Bam平衡体，测量到的661keVγ射线。
质谱分析法：
电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS） 测135Cs
（纯β辐射体 、2.3×106a），有效抑制137Cs 。
中子活化分析法 ：
135Cs(n,γ) 136Cs，反应截面为9×10-28m2, 136Cs：
13d。
环境水样品中铯-137的测定
41s 20.0min
Ag 0.14
44.6d m
Cd 0.0001 In 0 .0 0.9 37 99
0.963
9
4.48h m
86 0.
Cd
2.228d

In
4.4E14a
Sn
稳定
53I 0.6s
58Ce 1.4s
58Ce 1.4s
Xe
1.7s
Cs
24.9s
Ba
Pm
61.9s
La
Sm
9.4h
Ce
32.50d
Dy
3.73min
Ho
4.60min
Er
9.3d
Tm
稳定
重核裂变生成的裂变产物组成很复杂，可包括
电荷数从30（锌）到71（镥）的42种元素，质量数
在66~172的500多种核素。
裂变产物的某一核素在裂变过程中产生的几率称
为裂变产额。
通常以每100个重核核裂变所产生的某种裂变产
物原子核数来表示。因为重核裂变基本上都为二分裂， 所以所有裂变产物的裂变产额之和为200%。
我国对这两种核素在水源及放射性工作场所的量
有所规定。
90Sr是纯β射线，用于能源、医学及军事方面。
89Sr可作β源，85Sr可作γ
辐射源和示踪剂。
锶的主要同位素
1.3.2 锶的化学性质
锶的化合价只有+2价，锶的硝酸盐、碳酸盐及其氢 氧化物经高温均可转变为SrO。 锶的盐类有易溶性和难溶性两种盐，易溶盐有： SrCl2、Sr(NO3)2等，难溶盐有SrSO4、SrCrO4等。
2、锶、钡的铬酸盐在草酸溶液中的溶解度不同除去
钡；
3、用氢氧化铝或氢氧化铁沉淀去除稀土元素和锆等
元素；
4、以碳酸盐形式沉淀放射性锶（89Sr、 90Sr ），测
总β； 5、放置15天后，分离测量90Y。
例：某环境样品，经分离得89Sr、90Sr混合样，测
定它们的总活度为12Bq，放置10d，分离出90Y，化学
溶剂萃取法：
8-羟基喹啉：锶能被1mol/L8-羟基喹啉的氯仿溶液
萃取。将少于0.1mg锶的水溶液用NaOH调节至
pH11.3,并稀释到15mL,以8-羟基喹啉的氯仿溶液萃取,
约96%的锶被萃取。 噻吩甲酰三氟丙酮（TTA）：用0.05mol/L TTA-己 酮溶液萃取无载体锶，萃取率随pH升高而增加，升至 pH9时，萃取率达95%以上。 此处，还有：二（2-乙基已基）磷酸（HDEHP）、 1-苯基-3-甲基-4-辛酰基吡唑酮-5(PMCyP)、冠醚等萃
入射粒子为热中子、快中子、带电粒子和光子所
引起的裂变反应分别称为热（中子诱发）裂变、快
（中子诱发）裂变、带电粒子诱发裂变和光致裂变。 其中，中子引发的核裂变最为重要。
原子核裂变时最初形成的两块核碎片，称裂变碎
片，因其中子的质子数之比值高，这丰中子核。
在裂变后约10-15s内会直接发射1~3个中子，发射
锶能与EDTA、DTAP等生成络合物。
1.3.3 锶的化学分离方法