土壤中锶-90的测量不确定度评定

Science &Technology Vision 科技视界锶-90作为裂变反应时生成的重要产物,主要通过反应堆或加速器生产以及在核武器爆炸时产生,其在全球分布较为广泛,且可通过食物链进入人体并参与新陈代谢。

在对各种环境介质中的锶-90进行监测时,给测量结果合理地赋予不确定度有利于对测量结果的正确使用,使监测结果更具有科学性。

其中土壤中锶-90分析的前处理复杂,带来的不确定度因素较多,现按照测量不确定度的评定方法[1],对土壤中锶-90测量的不确定进行评定,分析测量中的不确定度因素。

1检测方法
1.1方法依据
按照《土壤中锶-90分析方法》(EJ/T1035-2011)中的快速法,对土壤中锶-90的测量不确定度进行评定。

1.2方法原理
采用P204萃淋树脂色层柱吸附钇-90,硫化铋沉淀除铋,草酸钇沉淀制源,用低本底β测量装置测量钇-90,根据钇-90计数率计算土壤中锶-90含量[2]。

1.3使用的标准溶液、仪器和量具
1.3.1锶-90标准溶液:证书给出的活度浓度为43.5Bq/mL,相对扩展不确定度为3%,k=2。

1.3.2低本底α/β计数器。

1.3.3感量0.1mg 电子天平。

1.3.42mL 移液管(A 级):最大允许误差MPE=0.012mL [3],按照均匀分布,k 取3√。

1.3.51mL 移液管(A 级):最大允许误差MPE=0.008mL [3],按照均匀分布,k 取3√。

1.3.65mL 移液管(A 级):最大允许误差MPE=0.025mL [3],按照均匀分布,k 取3√。

1.3.750mL 容量瓶(A 级):最大允许误差MPE=0.05mL [3],按照均匀分布,k 取3√。

1.4主要操作步骤
1.4.1标定钇载体溶液:取
2.00ml 钇载体溶液,加入20mL 水和5mL 饱和草酸溶液,用氨水调节溶液pH 至1.5~2.0,在水浴中加热使沉淀凝聚;过滤、洗涤后将沉淀置于瓷坩埚中,炭化、灼烧后,在干燥器中冷却,称重。

1.4.2刻度探测效率:向烧杯中分别加入30mL 水、0.5mL 锶载体溶液、1mL 钇载体溶液和1mL 锶-90标准溶液,调节溶液pH 为1,经过萃淋树脂色层柱分离,加入饱和草酸溶液生成沉淀,最后在仪器上测量计数率。

1.4.3样品分析:取烘干、筛选后的土壤样品置于瓷坩埚中,加入锶载体和钇载体溶液,用盐酸浸取,经草酸盐沉淀,灼烧,用硝酸溶解,通过萃淋树脂色层柱定量吸附钇,使钇与锶、铯等低价离子分离,再以1.0mol/L 盐酸溶液和1.3mol/L 硝酸溶液依次淋洗色层柱,消除铈、钷等稀土离子,最终以6.0mol/L 硝酸解吸钇。

以草酸钇沉淀形式进行β计数,实现锶–90的快速测定。

2数学模型
土壤中锶-90的计算公式如下:
A v
=
N E f ·W ·Y y ·e
-λ(t -t )
式中:A v ———土壤中锶-90的比活度,Bq/kg;N———样品源净计数率,cps;W———分析土壤样的质量,kg;Y y ———钇-90的化学回收率;
e
-λ(t -t )
———钇-90的衰变因子。

t 1为从开始过柱到过柱完毕的中间时刻;t 2为从开始测量到测量完毕的中间时刻;λ=0.693/T,T 为钇-90的半衰期,64.2h;
E f ———仪器的探测效率。

土壤中锶-90的测量各不确定度分量相互独立,合成相对不确定度公式为:
式中:urel(A V )———土壤中锶-90比活度的相对标准不确定度;u rel (W)———取样称重引入的相对标准不确定度;u rel (N)———仪器计数引入的相对标准不确定度;u rel (Y y )———回收率引入的相对标准不确定度;u rel (Ef)———探测效率引入的相对标准不确定度;u rel (S)———重复性测量引入的相对标准不确定度。

3不确定度分量的来源分析
由检测方法和数学模型分析,其不确定度来源有以下几个方面:3.1取样称重的不确定度
3.2仪器计数引入的不确定度
3.3回收率的不确定度:来源于钇载体溶液标定、样品制备的过程3.4探测效率的不确定度:来源于标准溶液配制、标准样品制备和仪器计数的过程
3.5重复性测量的不确定度
4不确定度分量的评定
4.1取样称重的不确定度u rel (W)
用电子天平称取土壤样品50.0005g,分别称量空坩埚m 空=114.9026g、坩埚同样品的质量m 总=164.9031g。

从天平的检定证书可查得,最大允许误差MPE 为±0.0010g,按照均匀分布,K 取3√,
4.2仪器计数引入的不确定度u rel (N)
低本底α/β计数器测量样品中放射性核素衰变释放出来的α和β粒子,是统计性测量,其相对不确定度为[4]:
土壤中锶-90的测量不确定度评定
曹娟李晓凤邓志勇
(上海市辐射环境监督站,中国上海200065)
【摘要】通过分析土壤中锶-90过程中的影响因素和计算公式中的有关参数,对不确定度进行评定,发现土壤中锶-90的分析主要受到仪器计数、重复性测量等因素影响。

【关键词】锶-90;不确定度;土壤
Evaluation of Detection Uncertainty of Srontium-90in soil
CAO Juan LI Xiao-feng DENG Zhi-yong
(Shanghai Institute of Supervision on Radiation Environment,Shanghai 200065,China)
【Abstract 】The measurement data of Strontium-90in soil were collected and the measurement uncertainty was evaluated.The results show that the main sources of the total uncertainty are detection count and repeatability of results.
【Key words 】Strontium-90;Uncertainty;Soil 作者简介:曹娟(1987.04—),女,汉族,湖南沅江人,本科,学士,上海市辐射环境监督站,助理工程师,从事辐射环境监测工作。

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界式中:t x ———样品测量时间,min;t b ———本底测量时间,min;n x ———样品总计数率,cpm;n b ———本底计数率,cpm。

当样品和本底均测量1000min,本底计数率为0.634cpm,样品总计数率为1.182cpm 时,u rel (N)=0.0793。

4.3回收率的不确定度u rel (Y y )
回收率Y y =(m 沉/m 载)×100%,不确定度来自两个方面,一是加入钇载体质量的不确定度,其中又可分为钇载体溶液标定的不确定度u 31、移取钇载体溶液的不确定度u 32,二是制备的样品沉淀称重的不确定度u 33。

4.3.1钇载体溶液标定的不确定度u 31来自两方面,一是移取钇载体溶液的不确定度u 311,二是制备的沉淀称重的不确定度u 312。

1)移取钇载体溶液的不确定度u 311
用2mL 移液管移取2mL 钇载体溶液,由1.3.4的信息可得:u 311=0.012/(3√×2)=0.0035。

2)制备的沉淀称重的不确定度u 312
用电子天平分别称量空坩埚的质量m 空=114.8388g、坩埚同沉淀的质量m 总=114.8921g,同4.1可计算出u 312=0.00000711。

钇载体标定的浓度为0.021g/mL,不确定度u 31=0.0035。

4.3.2移取钇载体溶液的不确定度u 32
用1mL 移液管移取1mL 钇载体溶液,由1.3.5的信息可得:u 32
=0.008/(3√×1)=0.0046。

4.3.3制备的样品沉淀称重的不确定度u 33
用电子天平分别称量空样品盘的质量m 空=7.5715g、样品盘同沉淀的质量m 总=7.6229g,从天平的检定证书可查得,最大允许误差
MPE 为±0.0005g,按照均匀分布,K 取3√,同4.1的公式可计算出u 33=0.0000534。

回收率为72.1%,u rel (Y y )=0.0058。

4.4探测效率引入的不确定度u rel (E f )
E f 的计算公式为:
式中:N———标准源净计数率,cpm;D———锶–90标准溶液的活度,dpm;Y Y ———钇-90的化学回收率;
e
-λ(t -t )
———钇-90的衰变因子。

t 3为从开始过柱到过柱完毕的中间时刻;t 4为从开始测量到测量完毕的中间时刻;λ=0.693/T,T 为钇-90的半衰期,64.2h;
从上述公式可知,不确定度主要来自三个方面,一是仪器计数的不确定度u 41,二是加入的锶-90标准溶液活度的不确定度u 42,三是回收率的不确定度u 43。

4.4.1仪器计数的不确定度u 41
同4.2,当t x =60min,t b =1000min,n x =352.8cpm,n b =0.634cpm,净计数率352.2cpm,不确定度u 41=0.0069。

4.4.2加入的锶-90标准溶液活度的不确定度u 42
不确定度来自两个方面,一是加入的标准溶液体积的不确定度u 421,二是稀释标准溶液的不确定度,又可分为加入的标准溶液母液体积的不确定度u 422、定容的不确定度u 423、标准溶液母液的不确定度u 424。

1)加入的标准溶液体积的不确定度u 421
用5mL 移液管移取4mL,由1.3.6的信息可得:u 421=0.025/(3
√×4)=0.0036。

2)加入的标准溶液母液体积的不确定度u 422
用5mL 移液管移取5mL,由1.3.6的信息可得:u 422=0.025/(3√×5)=0.0029。

3)容量瓶定容不确定度u 423
用50mL 容量瓶定容,由1.3.7的信息可得:u 423=0.05/(3√×50)=0.00058。

4)标准溶液母液的不确定度u 424
由1.3.1可知,标准溶液浓度的相对扩展不确定度为3%,k=2,相应的不确定度u 424=3%/2=0.015。

加入的标准溶液活度为17.4Bq,不确定度u 42=0.016。

4.4.3回收率的不确定度u 43
步骤同4.3,回收率为回收率为66.8%,不确定度为u 43=0.0058。

仪器探测效率E f =64.5%,不确定度u rel (E f )=0.018。

4.5重复性测量的不确定度u rel (S)
取相同样品测量10次,得到结果分别为0.60、0.68、0.63、0.61、0.67、0.61、0.59、0.54、0.69、0.67,平均值为0.63,由贝塞尔公式计算出单次测量结果的标准差为0.048,本次样品的测量结果为0.60,得到u rel (S)=0.048/0.60=0.08。

5合成不确定度
各不确定度分量见表1:
表1不确定度分量一览表
合成相对标准不确定度:u rel (A V )=0.11。

测量结果为0.60Bq/kg,标准不确定度u(A V )=0.11×0.60=0.066Bq/kg。

扩展不确定度U=ku(A V )=2×0.066=0.132Bq/kg,取k=2。

6结论
在考虑不确定来源时,钇-90半衰期校准和温度对移液体积带来
的不确定度很小,可以忽略不计。

从不确定度分量一览表可以看出,重复性测量和仪器计数带来的不确定度最大。

一是,因为土壤中锶-90分析的前处理复杂,重复性测量波动范围较大。

二是,对于环境级别的样品来说,放射性核素含量低,样品计数少,不确定度就大,如果是高放或加标土壤样品,样品计数大,带来的不确定度就会降低;所以在常规分析中,可适当增加样品测量时间或增大样品量。

[1]国家质量监督检验检疫总局.JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示技术规范[S].2012.
[2]国家国防科技工业局.EJ/T 1035-2011土壤中锶-90的分析方法[S].2011.[3]国家质量监督检验检疫总局.JJG 196-2006常用玻璃量器检定规程[S].2006.[4]复旦大学、清华大学、北京大学.原子核物理实验方法[M].北京:原子能出版社,1997:1-13.
[责任编辑:曹明明]
不确定度分量
不确定度来源量值相对标准不确定度
u rel (W)取样称重50.00050.0000061u rel (N)
仪器计数
1.182
0.0793u rel (Y y )回收率72.1%0.0058
u rel (E f )仪器探测效率64.5%
0.018u rel (S)重复性测量
0.600.08(上接第251页)与能耗,提高经济效益,
增强企业核心竞争力,这两套系统的配合应用有着很高的实用价值与广阔的应用前景。

[1]苏珊,王可朝.采油三厂生产信息管理系统与油田公司A2生产信息系统接口开发[J].电脑编程技巧与维护,2010,2:41-42+73.
[2]马成.浅谈生产信息管理系统在LNG 工厂的应用[C]//中国土木工程学会燃气分会信息化专业委员会.2012:3.
[3]王邦进.生产信息管理系统在精细化工中的应用[J].数字石油和化工,2007,5:53-55.
[责任编辑:庞修平]
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