156273

Определение 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.