离子交换法快速测定铯浓度

1.原理

用碳酸钠熔融，或者对可溶性样品用硝酸浸渍等方法使铯-137和加入的铯载体平衡。用水从熔融物中浸取碱金属，或者用Ca（PO4）2或者CaCO3清扫酸溶液的方法以除去铁，碱金属和稀土族在内的大部分杂志。用磷钼酸铵（APM）从溶液中萃取铯、铷和钾，再经过离子交换树脂吸附和选择性解吸以纯化铯。

化学产额通过称重最后的氯铂酸铯来测定。测量137Cs、137Ba总β放射性，并对其作计数器的本底和效率、自吸收以及化学产额的校正。137Ba的一部分0.66MeVγ辐射作内转换时，射出电子，这种机会约占其蜕变的10%。

当放射性足够强时，可用γ-谱仪测定原始样品或磷钼酸铵沉淀中的137Cs，后者给出一个较简单的γ-谱，而且能测出放射性水平较低的137Cs。

2.适用范围

分析牛奶、水、骨骼、蔬菜、土壤和尿能样品中铯-137，食物和谷物的处理与蔬菜相同。

3.试剂

（1）磷酸氢二铵［（NH4）2HPO4］。

（2）硝酸铵（NH4NO3）。

（3）钼酸铵［（NH4）6Mo7O24·4H2O］。

（4）三氧化二铋（Bi2O3）。

（5）碘化钠（NaI）。

（6）氯化铯（CsCl）。

（7）草酸（H2C2O4）。

（8）硝酸（HNO3）。

（9）无水乙醇（C2H6O）。

（10）火棉胶溶液：市售。

（11）冰乙酸（CH3COOH）：采用本法测量时，若室温太低会引起冰乙酸冻结，可先将其在热水浴中温热溶化，然后按水与冰乙酸1∶8比例加入水。

（12）乙酸溶液：取乙酸5mL，加水稀释至100mL。

（13）2mol/L氢氧化钠溶液：称取8g氢氧化钠，溶于水并稀释至100mL。

（14）1%硝酸溶液：量取硝酸1.5mL，加水稀释至100mL。

（15）30%柠檬酸液：称取30g柠檬酸，溶于水并稀释至100mL。

（16）硝基盐酸：1体积浓硝酸和3体积浓盐酸混合，又称王水。

（17）磷钼酸铵［（NH4）3（PMo12O40）］溶液：8g磷酸氢二铵溶于250mL水中。10g硝酸铵溶于50mL水和30mL硝酸中。将上述两种溶液合并，加热至80℃。然后在不断搅拌下缓慢加入250mL 28%钼酸铵溶液，加热片刻，放置冷却，倾去上清液，用G5号砂芯漏斗抽滤，先后以1%硝酸溶液和无水乙醇洗涤。110℃烘干后，存放于棕色广口瓶内。

（18）碘铋酸钠溶液：称取5g三氧化二铋和15g碘化钠混合，加入50mL冰乙酸和50mL水，搅拌溶解，加热近沸，过滤，滤液装入棕色试剂瓶中。

4.标准品

137Cs标准溶液：1×103衰变/（min·mL）左右，含0.1mg Cs+/mL的0.1mol/L盐酸溶液。

铯载体溶液（10mgCs+/mL）：称取12.67g氯化铯于小烧杯中，加水溶解后滴加3滴浓盐酸，定量转入1L容量瓶，用水稀释到刻度。标定可用下列两法之一。

标定方法1：高氯酸铯法。准确吸取4.00mL铯载体溶液入125mL锥形瓶，加1mL硝酸和5mL高氯酸，蒸发至冒白烟几分钟。取下，冷至室温。加入15mL无水乙醇，摇匀后在冰浴中冷却数分钟。将沉淀抽滤于已称量的G4砂芯玻璃坩埚，用10mL无水乙醇洗涤1次，105℃烘干15min，干燥器内冷却后称量。

标定方法2：四苯硼铯法。取2.00mL铯载体溶液，盛于100mL烧杯中，加20mL水和1mL 6mol/L乙酸溶液，搅拌均匀。加入10mL 3%四苯硼钠溶液，稍加热，冷至室温。在已恒量的G5砂芯漏斗上抽滤，用20mL 1%乙酸溶液洗涤烧杯，并定量转入砂芯漏斗，最后在110℃下烘干，称至恒量。

5.仪器和设备

（1）可拆卸漏斗：内径2cm。

（2）砂芯玻璃坩埚：G5（或G4）。

（3）离心机：离心管容积80mL以上。

（4）低本底β测量仪：本底小于3计数/min。

6.样品的采集和制备

（1）水（雨水、地面水、地下水）

量取20～50L水样与于适当容器内，加入1mL铯载体溶液和100mL浓硝酸，搅拌均匀后，放置到上层清液澄清。用虹吸法将上层清液转移到另一种适当的容器内，余下部分过滤于布氏漏斗中，不溶部分用2mol/L硝酸洗涤1次，滤液与上清液合并，弃去不溶物。(www.xing528.com)

往样品溶液中加入3g磷钼酸铵，搅拌0.5h，放置到上层液澄清后，用虹吸法吸取上层清液，余下不分离心沉降。沉降用30mL 0.5mol/L硝酸洗涤1次，弃去里离心后的上清液。

将沉淀溶解于25mL 2mol/L氢氧化钠溶液中，用水稀释至约150mL，加入1g氯化钙，加热近沸。冷却后，抽滤于布氏漏斗中，用热水洗2～3次，每次30mL。滤液和洗液合并于500mL烧杯中，弃去沉淀。

（2）其他各类样品

其他各类样品的预处理方法与“硅钨酸法测定铯-137“的样品预处理相同。

7.分析步骤

（1）称取1～10g（精确至0.001g）样品灰样于250mL蒸发皿，加入2.00mL铯载体溶液和少量水润湿灰。慢慢滴入40mL硝基盐酸，在沸水浴上蒸干，再在电炉上低温加热到无烟后，于马弗炉中450℃灼烧0.5h。冷却，用30～50mL 6mol/L硝酸溶液浸煮并趁热离心，保留上清液。然后用热的2mol/L硝酸溶液和水20mL交替洗涤残渣2次。重复前述浸煮和洗涤1次，弃去残渣，合并上清液与洗出液于250mL烧杯（当确定样品中存在放射性碘时，应向溶液中加入20mg碘载体，将溶液加热至近沸，加入3～5mL 10%的硝酸银溶液，煮沸使碘化银凝聚，当上清液澄清透明后，停止加热，冷却至室温，滤去沉淀，滤液按3继续分析）。

（2）用浓氨水调浸出液pH至1左右，加水稀释至200mL左右。加入1g磷钼酸铵，搅拌30min（如发现磷钼酸铵由黄变为蓝绿色时，可加入3～5滴过氧化氢溶液使磷钼酸铵保持黄色），放置，让沉淀沉降完全。

（3）用虹吸法吸去大部分清液，剩余部分转入离心管离心，弃去上清液。用1%硝酸和水各15mL分别洗沉淀1次，离心，弃去上清液。然后加入10mL 2mol/L氢氧化钠溶液，搅拌使沉淀溶解。加5mL 30%柠檬酸溶液，小心加热，如有不溶物应趁热在定量滤纸上过滤，用10mL水依次洗涤烧杯和滤纸，合并滤液和洗涤液入50mL烧杯中，在电炉上缓缓蒸发至5～8mL。

（4）将烧杯放在冰浴中冷却，加入2mL冰乙酸和2.5mL碘铋酸钠溶液，用玻璃棒擦壁搅拌3min左右。碘铋酸铯沉淀在冰浴放置15min左右。将溶液和沉淀转入10mL离心管中离心，弃去上清液。

（5）用10mL冰乙酸洗涤烧杯后转入离心管，搅起沉淀进行洗涤，离心，弃去上清液。用10mL冰乙酸溶液将全部沉淀均匀地转移至装有已恒量滤纸的可拆卸漏斗中，抽滤。用冰乙酸洗到滤出液无色为止。最后用10mL无水乙醇洗1次。然后将碘铋酸沉淀在110℃下烘干，称至恒量。

在低本底β测量仪上测量137Cs的β放射性，接着在同样条件下测量137Cs监督源。

样品放射性强度的计算与“硅钨酸法测定铯-137”计算方法相同。

8.标准源校正监督源及计数率-质量曲线的绘制

（1）137Cs标准源校正137Cs监督源

将内面光滑的不锈钢测量盘洗净烘干，用铅笔画上与测量样品相同直径的圆，滴入0.1mL胰岛素溶液（20μ/mL），使在圆内均匀分布，烘干。往胰岛素圆面上准确加入137Cs标准溶液（102～103衰变/min），仔细均匀铺开后烘干。再滴上1滴火棉胶溶液，均匀地覆盖于源上，晾干后即得137Cs监督源（使用活性区直径与样品相同的137Cs平面标准源更好）。

准确移取2.00mL铯载体和1.00mL137Cs标准溶液于50mL烧杯中，将烧杯放在冰浴中冷却，加入2mL冰乙酸和2.5mL碘铋酸钠溶液，用玻璃棒擦壁搅拌3min左右。碘铋酸铯沉淀在冰浴放置15min左右。将溶液和沉淀转入10mL离心管中离心，弃去上清液。用10mL冰乙酸洗涤烧杯后转入离心管，搅起沉淀进行洗涤，离心，弃去上清液。

用10mL冰乙酸溶液将全部沉淀均匀地转移至装有已恒量滤纸的可拆卸漏斗中，抽滤。用冰乙酸洗到滤出液无色为止。最后用10mL无水乙醇洗1次。然后将碘铋酸沉淀在110℃下烘干，称至恒量。在低本底β测量仪上测量137Cs的β放射性，接着在同样条件下测量137Cs标准源。

连续在测量样品的低本底β测量仪上测量以上两种源，按下式计算出校正后的137Cs监督源强度。

式中：

A1—经137Cs标准源校正的137Cs监督源的强度，单位为衰变每分（dpm）；

N1—标定时137Cs监督源的净计数率，单位为计数每分（cpm）；

A2—加入137Cs标准溶液的活度，单位为衰变每分（dpm）；

N2—经自吸收及化学回收率校正后的标准源净计数率，单位为计数每分（cpm）。

（2）计数效率-质量曲线的绘制

准确配制一系列含铯量不同的溶液，各加入等量的137Cs标准溶液，将烧杯放在冰浴中冷却，加入2mL冰乙酸和2.5mL碘铋酸钠溶液，用玻璃棒擦壁搅拌3min左右。碘铋酸铯沉淀在冰浴放置15min左右。将溶液和沉淀转入10mL离心管中离心，弃去上清液。用10mL冰乙酸洗涤烧杯后转入离心管，搅起沉淀进行洗涤，离心，弃去上清液。

用10mL冰乙酸溶液将全部沉淀均匀地转移至装有已恒量滤纸的可拆卸漏斗中，抽滤。用冰乙酸洗到滤出液无色为止。最后用10mL无水乙醇洗1次。然后将碘铋酸沉淀在110℃下烘干，称至恒量。在低本底β测量仪上测量137Cs的β放射性，接着在同样条件下测量137Cs标准源。

以实得碘铋酸铯质量为横坐标，测得的放射性强度I为纵坐标用计算机处理或在半对数坐标纸上作图，得一直线。将直线延长与纵坐标相交得I0，以实得碘铋酸铯质量为横坐标，I/I0为纵坐标，在用计算机处理或在普通坐标纸上绘制出计数效率－质量曲线。

样品中137Cs放射性活度浓度按下式计算：

式中：

A—食品中137Cs放射性活度浓度，单位为贝可每千克（Bq/kg）或贝可每升（Bq/L）；

N—样品测量得到的净计数率，单位为计数每分（cpm）；

A1—137Cs标准放射源的活度，单位为贝可（Bq）；

M—灰鲜比，单位为克每千克（g/kg）或克每升（g/L）；

W—分析用灰质量，单位为克（g）；

δ—137Cs的自吸收系数，可由自吸收曲线查得；

R—铯的化学回收率；

N3—样品测量时137Cs监督源的净计数率，单位为计数每分（cpm）。