156273
.pdfОпределение полония-210 и свинца-210 в почвах г.Северодвинска
Г.П.Киселев, ИЭПС УрО РАН, Н.Б.Чагина, Т.В.Романис, ПГУ им.М.В.Ломоносрва
Геохимические исследования основаны на изучении распределения и распространения элементов или их соединений в горных породах, водах, атмосфере, растительности и т.д. Они состоят из определения геохимического фона, выявления геохимических аномалий и сравнения их с фоновыми или с предельно допустимыми значениями. В районе месторождений геохимические аномалии образуют первичные ореолы в горных породах, вторичные ореолы в почвах и рыхлых отложениях, потоки рассеяния в поверхностных водах и донных отложениях, ореолы рассеяния в подземных водах, биогеохимические ореолы. Помимо природных существуют антропогенные геохимические аномалии, связанные с отвалами шахт, карьеров, отстойников, свалок и т.д. (в почвах, рыхлых и донных отложениях, в грунтовых водах и растительности). Изучение геохимических аномалий позволяет проследить потоки рассеяния химических элементов, пути их миграции, выделить площадь загрязнения [2,6].
Пробы для исследований были отобраны по всей территории города Северодвинска, включая промышленную зону, в соответствии с предварительной γ-съемкой, сотрудниками лаборатории экологической радиологии ИЭПС УрО РАН. Исследование свойств почвенных образцов проводили согласно методикам ГОСТ [4]. Результаты определения гранулометрического состава, электропроводности и рН представлены в таблице 1.
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
Результаты анализа почвенных образцов |
|
||||
|
|
|
|
|
|
гранулометрическая |
№ |
pH |
pHср±ΔpH |
æ±Δæ, |
|
характеристика |
пробы |
мкСм/см |
|||
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
186 |
8,2 |
|
123±13 |
|
|
|
|
|
|
|
песок |
198 |
7,8 |
7,8±0,2 |
44±4 |
|
|
|
|
|||
206 |
7,6 |
43±4 |
|||
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
212 |
7,7 |
|
49±5 |
|
|
|
|
|
|
|
супесь |
194 |
7,6 |
7,5±0,2 |
44±4 |
|
|
|
|
|
|
|
195 |
7,2 |
|
65±7 |
|
|
|
|
|
|
224 |
7,6 |
|
48±5 |
|
|
|
|
|
легкий суглинок |
111 |
6,9 |
6,9±0,2 |
132±14 |
|
|
|
||
|
225 |
6,8 |
|
161±17 |
|
|
|
|
|
средний суглинок |
222 |
7,026 |
7,1±0,2 |
126±13 |
|
|
|
|
|
Гранулометрический состав исследованных почвенных образцов представлен песком, супесью, легким и средним суглинком [8]. Показатель кислотности среды варьируется от 6,9±0,2 рН до 7,8±0,2 рН; удельная электропроводность - от 161±17 мкСм/см до 43±4 мкСм/см. По результатам исследований выявлена корреляция между морфологическим типом почвы и pH (рисунок 1).
Рисунок 1. Зависимость величины pH от морфологического типа почвы
Исследования удельной активности изотопов в почве проводили α,β-радиометрическим методом с радиохимической подготовкой пробы согласно требованиям ГОСТ Р 8.563-96 и МИ 2453-2000 [5]. Радиохимическая подготовка заключается в обработке предварительно истертого до 200 меш (< 74 мкм) материала пробы смесью азотной, хлорной, соляной кислотами и перекиси водорода, обработке полученного раствора аскорбиновой кислотой для устранения мешающего влияния ионов железа. В
полученном |
растворе |
проводится |
спонтанное |
селективное |
электрохимическое выделение изотопов полония и висмута на подложке из нержавеющей стали с получением счетного образца для измерений на радиометре. Результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2 Определение удельной активности почвенных образцов
г.Северодвинска
|
Активность |
Активность |
|
|
|
Относ |
|
|
|
|||
|
|
|
|
итель |
|
|
|
|||||
|
|
фона |
пробы |
Удельная |
Относи |
|
|
|
|
|||
|
|
Удельная |
ная |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
активност |
тельная |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
активность |
погре |
|
|
|
||
№ пробы |
|
|
|
|
|
ь |
погреш |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
A(Pb)±ΔΑ, |
шност |
|
|
|
|||
|
α(ф), |
|
|
α(пр), |
β(пр), |
A(Po)±Δ |
ность |
|
|
|
||
|
|
β(ф), Бк |
Бк/кг |
ь |
|
|
|
|||||
|
Бк |
|
Бк |
Бк |
Α, Бк/кг |
δ(Po), % |
|
|
|
|||
|
|
|
|
δ(Pb), |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
% |
|
|
|
111 |
4,105 |
|
1,003 |
7,405 |
2,843 |
0,4894± |
19 |
0,5405± |
3 |
|
|
|
|
0,0930 |
0,0162 |
|
0,9 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
186 |
3,967 |
|
0,998 |
4,399 |
2,281 |
0,0641± |
20 |
0,3863± |
3 |
|
|
|
|
0,0128 |
0,0116 |
|
0,2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
194 |
4,150 |
|
1,067 |
6,039 |
2,156 |
0,2802± |
13 |
0,3279± |
4 |
|
|
|
|
0,0364 |
0,0131 |
|
0,8 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
195 |
4,155 |
|
1,003 |
6,279 |
2,076 |
0,3150± |
14 |
0,3152± |
3 |
|
|
|
|
0,0441 |
0,0094 |
|
1,0 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
198 |
4,000 |
|
1,023 |
4,155 |
1,249 |
0,0230± |
12 |
0,0664± |
6 |
|
|
|
|
0,0028 |
0,0040 |
|
0,4 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
206 |
4,015 |
|
1,010 |
4,507 |
1,485 |
0,0730± |
17 |
0,1395± |
3 |
|
|
|
|
0,0124 |
0,0042 |
|
0,5 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
212 |
4,630 |
|
1,043 |
5,121 |
1,388 |
0,0728± |
21 |
0,1039± |
7 |
|
|
|
|
0,0153 |
0,0072 |
|
0,7 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
222 |
5,376 |
|
1,074 |
11,17 |
3,204 |
0,8593± |
20 |
0,6257± |
3 |
|
|
|
|
0,1719 |
0,0188 |
|
1,4 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
224 |
4,177 |
|
1,005 |
4,481 |
1,250 |
0,0451± |
18 |
0,0738± |
3 |
|
|
|
|
0,0081 |
0,0022 |
|
0,6 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
225 |
4,125 |
|
1,003 |
4,985 |
1,453 |
0,1275± |
21 |
0,1322± |
5 |
|
|
|
|
0,0268 |
0,0066 |
|
1,0 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Условные обозначения: α-активность измерения по α-каналу радиометра; β- активность измерения по β-каналу радиометра; φ-коэффициент времени выдерживания пробы.
В ходе эксперимента было определено, что удельные активности
изотопов варьируются в пределах: для 210Po от (0,023±0,003) Бк/кг, 12% до
(0,859±0,171)Бк/кг, 20%; для 210Pb от (0,066±0,004) Бк/кг, 6% до
(0,626±0,019)Бк/кг, 3%. Выявлена корреляция между морфологическим типом почвы и содержанием радионуклидов (рисунок 2).
По результатам гравиметрического определения углерода (Сорг), выполненного согласно ГОСТ 23740-79 [3], выявлена корреляция с содержанием определяемых нуклидов: R=0,624, максимальное содержание органического углерода соответствует пробе 222, что составляет (12,02±0,01)%. Минимальное значение соответствует пробе 206 – (1,41±0,01)% (рисунок 3).
Рисунок 2. Зависимость удельной активности пробы от гранулометрической характеристики почвы
Рисунок 3. Зависимость удельной активности полония (Бк/кг) от содержания органического вещества (%)
Распределение радионуклидов в почвенных образцах может быть объяснено следующим образом: в природных растворах полоний-210 присутствует в ультрамикроконцентрациях, что увеличивает склонность к образованию псевдоколлоидов, которые возникают в результате адсорбции ионных форм полония на коллоидных частицах почвы и органических
веществах и т.д. При pH 1-4 полоний-210 находится в негидролизованных ионных формах; при pH 6-7 наблюдается гидролиз и образование положительно заряженных коллоидных частиц; при pH 8-9 находится в виде отрицательно заряженных коллоидных частиц гидроксидов. В сильнощелочной среде образуется анион PoO32- [1,7,9]. Следовательно, из песчаных почв (Соргmin, рН - 7,8 0,2) протекает, преимущественно, вымывание полония-210, что обуславливает его малое количества. На средних и легких суглинках содержание генетически связанных изотопов близки к равновесному и превышает содержание на песчаных почвах, что корррелирует, в первую очередь с содержанием органического углерода, и, повидимому, свидетельствует о связывании изотопов полония за счет сорбционных взаимодействий на органической матрице (Сорг max, рН –
7,1 0,2).
Проведение исследования содержания полония и свинца во фракциях полученных методом последовательных селективных вытяжек позволяет с большей уверенностью говорить о механизме накопления полония в почвах. Схема фракционирования представлена в таблице 3 [1,6,7,9].
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
||
|
|
|
|
|
|
Исследуемые фракции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
экстрагент |
|
|
|
Извлекаемая фракция |
В растворе |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
pH≈7, |
|
|
|
|
водорастворимые ионы |
Po(OH)22+ |
|
|
||||
бидистиллированная |
|
Po(OH)3+ |
|
|
||||||||
вода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
pH≈7, |
|
|
|
|
обменные катионы |
[Po(NO3) 6]2- |
|
|
||||
0,05М Ca(NO |
) |
2 |
|
Po4+, [Po(OH) (NO |
) ](4-x-n) |
|
||||||
|
|
|
3 |
|
|
|
|
x |
3 |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
pH<7, |
|
|
|
|
специфически |
[Po(CH3COO)6]2- |
|
|||||
2,5% CH3COOH |
сорбированные ионы |
Po(OH)n(4-n) |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
[PoO(CH |
COO) ](2-x) |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
pH=11, |
|
|
|
связанные с органическим |
Po(OH)n(4-n) |
|
|
|||||
0,1M K |
P O |
7 |
|
|
веществом |
[Po(P O ) ]2- |
|
|
||||
4 |
|
2 |
|
|
|
2 |
7 |
3 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты фракционного анализа на рисунке 4. Исходя из данных фракционного анализа, изотопы 210Pо присутствуют во всех фракциях. Максимум удельной активности 0,1960 Бк/кг выявлен во фракции, связанной с органическим веществом почвы, статистически близкое значение активности полония во фракции специфически сорбированных соединений 210Po - 0,1430 Бк/кг, что позволяет предположить о накоплении изотопов полония преимущественно этими фракциями почвы. Минимум удельной активности обнаружен во фракции водорастворимых соединений 210Po 0,0368 Бк/кг; т.е. степень накопления изотопов увеличивается от водорастворимой к органической фракции. Описание механизмов фиксации полония на
органической матрице тредует дополнительного экспериментального исследования.
Рисунок 4. Зависимость величины удельной активности от типа извлекаемой фракции почвы (первый, второй столбцы во фракциях - пробные площади, третий, четвертый – нативная проба (контроль))
В целом, по проведенному комплексу исследований можно заключить, что содержание полония в пробах почв варьируется в зависимости от расположения точек пробоотбора, от рН и морфологического типа почвы, содержания органического углерода. Сравнение данных пробных площадей и контрольной пробы (без антропогенной нагрузки) выявило статистически не значимое различие в значениях удельной активности нуклидов, что свидетельствует о более значимом влиянии подстилающих материнских пород [10] в сравнении с другими источниками поступления радионуклидов.
Данная работа требует дальнейшего продолжения для конкретизации территориального распределения значения удельной активность и анализа почв, находящихся в идентичных условиях для сокращения факторов, затрудняющих оценку формирования естественного радиационного фона.
Литература
1. Ампелогова Н.И. Радиохимия полония.-М: Атомиздат, 1976.-144 с
2.Бахур А.Е. Научно-методические основы радиоэкологической оценки геологической среды /А.Е. Бахур: Автореф. дис. на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук.-Москва, 2008.-48 с.
3.ГОСТ 23740-79. Грунты. Методы лабораторного определения содержания органических веществ. – Введен впервые 1979-06-21. - М. Изд-во стандартов, 1980. – 15 с.
4.ГОСТ 26423-85. Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки. – Введен впервые 1985-02-08.-М. Изд-во стандартов, 1985. – 5 с.
5.Инструкция № 431-ЯФ. Методика выполнения измерений удельной активности полония-210 и свинца-210 в почвах альфа-бета- радиометрическим методом с радиохимической подготовкой. – впервые утверждена 1994-06-28. – М. ВИМС, 1994. – 16 с.
6.Малышев В.И. Аналитические аспекты изучения радионуклидов в геологических объектах /Малышев В.И., Бахур А.Е., Дубинчук В.Т. и др. //Информационный сборник КНТС №139.-М.:ВИМС, 1996. С. 79-84.
7.Методические указания по определению микроэлементов в почвах и растениях /Под ред. Я.В. Пейве.-Рига: Изд-во академии наук Латвийской
СССР, 1961.-52 с.
8.Наквасина Е.Н. Полевой практикум по почвоведению /Е.Н. Наквасина, В.С. Серый, Б.А. Семенов.-Архангельск: Издательство АГТУ,
2007.-127 с.
9.Теория и практика химического анализа почв /Под ред. Л.А. Воробьевой.-М.:ГЕОС, 2006.-400 с.
10.Харёва Т.Ю., Киселев Г.П. Активности полония-210 и свинца-210 в окружающей среде архангельского региона //http://inep.ksc.ru.