DETERMINAZIONE DEL CONTENUTO DI ATTIVITA BETA TOTALE IN ACQUE DESTINATE AL CONSUMO UMANO MEDIANTE DEPOSIZIONE SU PIATTELLO

Transcript

1 Data emissione: 18/07/006 Pagina 1 di 9 INDICE 1. SCOPO E CAMPO DI APPLICAZIONE... pag.. PRINCIPIO DEL METODO... pag. 3. REAGENTI... pag. 4. STRUMENTAZIONE E MATERIALI... pag MODALITA OPERATIVE... pag Campionamento e preparazione del campione per l analisi...pag Determinazione del volume di campione ottimale...pag Concentrazione del campione...pag Solfatazione del campione...pag Calcinazione del campione...pag Preparazione del campione...pag Preparazione della sorgente di taratura...pag Misura del fondo...pag Misura dell efficienza di rivelazione...pag Misura del campione...pag Controllo delle interferenze...pag Perdite di attività...pag ESPRESSIONE DEI RISULTATI E STIMA DELL INCERTEZZA... pag LIMITE DI RIVELAZIONE... pag CONTROLLI DI QUALITA... pag RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI E NORMATIVI... pag. 9 1

2 Data emissione: 18/07/006 Pagina di 9 1. SCOPO E CAMPO DI APPLICAZIONE Questa norma indica un metodo per la determinazione dell attività beta totale in acque non saline. Il metodo riguarda radionuclidi non volatili emettitori β con energie massime β > 0,3 MeV. Non vengono considerati gli emettitori β ad energia molto bassa, tra cui 3 H, 14 C, 35 S e 41 Pu. Il metodo è applicabile all analisi di acque non depurate e potabili, ma non è direttamente applicabile, senza opportuno adeguamento, alle acque saline o mineralizzate. La dimensione del campione dipende dal contenuto di materiale inorganico dell acqua e dalla dimensione del dischetto che può essere utilizzato nell apparecchiatura di conteggio in uso.. PRINCIPIO DEL METODO Il campione viene stabilizzato per acidificazione, evaporato fino a quasi completa essiccazione, convertito in forma di solfato e calcinato a 350 C. Una porzione del residuo è trasferita in un piattello e l attività beta è misurata mediante conteggio con un contatore Geiger precedentemente calibrato con una sorgente campione di potassio. 3. REAGENTI Tutti i reagenti devono essere di grado analitico e non devono contenere nessuna attività beta rivelabile. Sorgente di riferimento (3.1) Cloruro di potassio, essiccato a massa costante a 105 C. Acido nitrico concentrato, 50% (V/V) (3.) Diluire 100 ± 5 ml di acido nitrico (ρ = 1,4 g/ml) a 00 ± 10 ml con acqua distillata. Acido solforico concentrato (3.3) ρ = 1,84 g/ml. Solventi organici volatili (3.4) Metanolo e acetone. Acqua (3.5) Per tutte le applicazioni deve essere impiegata acqua distillata o deionizzata. 4. STRUMENTAZIONE E MATERIALI Apparecchiatura usuale da laboratorio e Contatore Geiger a basso fondo o altre catene di conteggio (4.1)

3 Data emissione: 18/07/006 Pagina 3 di 9 La distanza della sorgente dal rivelatore non deve essere superiore a 10 mm (10 mm di aria = 0,01 mg/mm di spessore). Il rivelatore deve avere un assorbitore esterno di spessore 0,07 mg/mm ± 0,0 mg/mm (7 mg cm - ± mg cm - ). Questo può essere realizzato mediante l uso, o di un rivelatore a finestra da solo, o di un rivelatore a finestra più sottile con l aggiunta di un assorbitore di spessore appropriato. Inoltre ogni sistema di coincidenza/anticoincidenza per la riduzione del fondo non deve alterare l efficienza del sistema per le diverse energie di emissione. E desiderabile un fondo minore di 1 conteggio per minuto (1 cpm), ma nella maggior parte dei casi sarà sufficiente uno di 5 cpm. Piattelli (4.) I piattelli di conteggio devono avere uno spessore di almeno,5 mg/mm (50 mg/cm ). Questi devono avere un bordo ed essere di acciaio inossidabile. Ciò assicura il raggiungimento delle condizioni di saturazione per la retrodiffusione, per energie fino a 3,6 MeV. NOTE Il 60 Co può essere presente come contaminante nell acciaio inossidabile e può quindi influenzare il conteggio del fondo ma non necessariamente quella del campione o del bianco, poiché l attività sarà assorbita dal residuo. E necessario ottenere una sorgente distribuita uniformemente. Alcuni operatori trovano più facile produrre tale sorgente su una superficie di metallo lucida (levigata), mentre altri preferiscono utilizzare piattelli rugosi o satinati (a tale scopo il piattello può essere sottoposto a sabbiatura o ad attacco chimico). Forno a muffola (4.3) Deve essere in grado di mantenere una temperatura di 350 C ± 10 C. 5. MODALITÀ OPERATIVE 5.1 Campionamento e preparazione del campione per l analisi Aggiungere in una bottiglia pulita di polietilene 0 ml ± 1 ml di acido nitrico (3.) per ogni litro di campione che si prevede di prelevare. Prelevare il campione in accordo con le norme UNI EN , UNI EN 5667-, UNI EN Conservare ad una temperatura di 4 ± C ed analizzare il campione non appena possibile. Procedere alla filtrazione immediatamente durante il prelievo, prima dell acidificazione, se si desidera misurare l attività del campione d acqua filtrato, così da non causare il desorbimento del materiale radioattivo eventualmente già adsorbito sul particolato. 5. Determinazione del volume di campione ottimale Tenendo conto dei cambiamenti di composizione dovuti alla calcinazione a 350 C e alla solfatazione del campione, calcolare sulla base del contenuto solido totale il volume di campione tale da produrre una massa di residuo solido pari o leggermente maggiore di 0,1(mg/mm ) A (mm ) mg, dove A è la superficie in mm del piattello (4.). Usare questo valore come guida per la determinazione del volume richiesto nella fase di concentrazione che segue. 3

4 Data emissione: 18/07/006 Pagina 4 di Concentrazione del campione Trasferire in un beaker in quantità pari al volume V in litri (± 1%), determinato in modo tale da avere, dopo la calcinazione, almeno 0,1 A mg di residuo. Sia u V l incertezza tipo associata al volume di campione V. Evaporare su piastra riscaldante molto lentamente fino ad un volume di circa 50 ml e lasciare raffreddare. Trasferire la soluzione concentrata in una capsula di silice (o porcellana smaltata) tarata, precedentemente riscaldata a 350 C. Risciacquare accuratamente il beaker con poca acqua distillata (3.5) e trasferire le acque di lavaggio nella capsula. Con acque molto leggere, è possibile che il volume richiesto per avere 0,1 A mg sia troppo grande. In tali casi, deve essere utilizzato il massimo volume possibile. 5.4 Solfatazione del campione Assicurarsi che le acque di lavaggio siano fredde e aggiungere 1 ml ± 0% di acido solforico (3.3). Per evitare spruzzi, esporre la capsula a calore dall alto (da una lampada infrarossa o simile) e continuare a riscaldare fino a sviluppo dei fumi dell acido solforico; trasferire poi su piastra riscaldante e continuare il riscaldamento finché non cessano i fumi. Alcuni tipi di acque, producono un residuo che non è adatto alle misure di radioattività perché igroscopico e difficile da distribuire uniformemente. Questo processo di solfatazione è un trattamento adatto in molti di questi casi. Il volume di acido solforico scelto è in grado di trattare 1,8 g di carbonato di calcio. Per mantenere un eccesso di acido, il volume iniziale del campione dovrebbe essere scelto in modo che il residuo solido totale non sia superiore a 1 g. Per molte acque questo passaggio non è necessario. 5.5 Calcinazione del campione Trasferire la capsula e il suo contenuto nella muffola a 350 C ± 10 C per un ora, estrarla e lasciarla raffreddare in un essiccatore annotando la data e l ora di estrazione. Pesare la capsula con il residuo e ottenere per differenza la massa m, in milligrammi, del residuo calcinato. Stimare l incertezza tipo u m associata alla massa m. 5.6 Preparazione del campione Pesare 0,1 A mg (± 1%) del residuo sull apposito piattello. Se la cenere non è sufficientemente fine, pestarla in un mortaio. Sia m T (mg), la massa di tale residuo. Se il volume iniziale V usato nella fase al paragrafo 5.3, ha prodotto meno di 0,1 A mg di residuo, metterne sul piattello il più possibile. Stimare l incertezza tipo u mt associata alla massa m T di residuo sul piattello. Distribuire uniformemente il campione sul piattello, mescolando con alcune gocce di solvente organico volatile (3.4) e lasciare seccare. Annotare data e ora della preparazione. Pesare nuovamente piattello e residuo per assicurarsi che non vi siano state perdite. 4

5 Data emissione: 18/07/006 Pagina 5 di Preparazione della sorgente di taratura Eseguire i passaggi descritti nel paragrafo 5.6 usando cloruro di potassio invece del residuo del campione. Calcolare l attività A della sorgente sul piattello tramite la formula: A = a s q dove a s q :attività specifica del cloruro di potassio (14,4 Bq/g); :massa di cloruro di potassio messa sul piattello (g). Stimare l incertezza tipo u A associata a A: u A = A A u as + uq as q dove u as :incertezza sulla concentrazione in attività a s ; u q :incertezza sulla massa q di cloruro di potassio messa sul piattello. 5.8 Misura del fondo Misurare l attività di fondo per un tempo T (sec) utilizzando un piattello pulito identico a quello del campione. Indicare con C o il numero di conteggi nel tempo T e con u C0 l incertezza associata. La stabilità del fondo verrà verificata mediante ripetizione dei conteggi. 5.9 Misura dell efficienza di rivelazione Misurare la sorgente standard di riferimento per un tempo T s (sec). Sia C s il numero di conteggi misurato nel tempo T s e u Cs l incertezza associata. Calcolare l efficienza ε di rivelazione: C T ε = s s C0 T A dove C s e C 0 :conteggi della sorgente e del fondo nei tempi di misura T s e T 0 ; A :attività della sorgente sul piattello (Bq). Stimare quindi l incertezza tipo u ε associata a ε: 5

6 Data emissione: 18/07/006 Pagina 6 di 9 ε ε ε + 0 ε = ucs uc + u A Cs C0 A u dove u Cs u C0 u A :incertezza sul numero C s di conteggi della sorgente; :incertezza sul numero C 0 di conteggi di fondo; :incertezza sull attività A della sorgente sul piattello. L efficienza di conteggio varia da circa 0,05 a 0,5 a seconda dell energia delle particelle beta. L uso del 40 K come sorgente campione porta ad una sovrastima dei radionuclidi con energia beta massima maggiore di 1,3 MeV e una sottostima dei radionuclidi con energia beta massima inferiore. L inevitabile effetto dell autoassorbimento provoca una differenza nell efficienza di conteggio che dipende dalla composizione della radioattività dell acqua. La differente risposta del sistema ai radionuclidi che ci possono essere nell acqua può essere determinata tracciando silice, solfato di calcio, o altri materiali non attivi, con soluzioni contenenti quantità note di questi radionuclidi. Dopo aver portato a secco con cura e aver omogeneizzato, si possono preparare e contare sorgenti spesse 0,001 A mg/mm. Quindi si può calcolare la risposta dello strumento in termini di rateo di conteggio per unità di attività (conteggi s -1 Bq -1 ) Misura del campione Preparare il contatore secondo le istruzioni del costruttore. Subito dopo l essiccazione della sorgente, cominciare la misura dell attività, contando il piattello per un tempo T (sec) pari al tempo delle misure di fondo. Il numero dei conteggi viene indicato con C b e l incertezza associata con u Cb. Annotare la data, l ora e la durata del conteggio. La durata della misura dipende dall attività del campione e fondo, e dalla precisione richiesta Controllo delle interferenze Verificare la contaminazione dei reagenti evaporando il volume dei reagenti usati nella procedura su piattelli separati e assicurarsi che le attività siano trascurabili in confronto con quella del campione. Verificare la contaminazione dell intero sistema misurando l attività di 1 l ± 10 ml di acqua distillata acidificata con 0 ml di acido nitrico, al quale era stato aggiunto 0,1 A mg ± 1 mg di gel di silice di purezza cromatografica. Questa può essere paragonata all attività di uno strato di gel di silice di 0,1 A mg, messo direttamente su un piattello di conteggio. Assicurarsi nuovamente che l attività sia trascurabile rispetto a quella del campione. Se l attività non è trascurabile, utilizzare solo i reagenti con più bassa radioattività o includere nella procedura generale una misura del bianco, utilizzando la procedura sopra descritta per verificare la contaminazione dell intero sistema. 6

7 Data emissione: 18/07/006 Pagina 7 di Perdite di attività E ovvio che alcuni radionuclidi saranno persi durante la determinazione o non potranno essere misurati usando questo metodo. Per esempio, 3 H, 14 C e parte del 35 S saranno persi per evaporazione e calcinazione. Con questo metodo non si possono misurare emettitori beta di bassa energia (o li si possono misurare con efficienza molto bassa) con autoassorbimento di 0,1 mg/mm (10 mg/cm ) ed assorbimento esterno di 0,07 mg/mm (7 mg/cm ). Dei radionuclidi della serie dell uranio, il Rn potrebbe essere perso durante il processo ma rimarrebbero i suoi figli β-emettitori. 6. ESPRESSIONE DEI RISULTATI E STIMA DELL INCERTEZZA Calcolare la concentrazione di attività c, in becquerel al litro, della soluzione dall equazione Cb C c = 0 1,0 T ε V p dove C b e C 0 T ε V p :conteggi del campione e del fondo; :tempo di misura (sec); :efficienza; :volume del campione in litri equivalente alla massa del residuo solido messo sul piattello; V p = V / m x m T ; 1,0 :fattore che tiene conto dell aggiunta di 0 ml di acido nitrico per litro di campione. Stimare l incertezza tipo u Vp associata al volume V p : dove u V u m u mt V p V p V p u Vp = uv + um + umt V m mt :incertezza sul volume V di campione utilizzato; :incertezza sulla massa m di residuo calcinato ottenuto; :incertezza sulla massa m T di residuo messo sul piattello. Stimare quindi l incertezza tipo u c associata alla concentrazione in attività c: dove u Cb u C0 u ε c c c c u 0 c = ucb + uc + uε + u Vp Cb C0 ε V p :incertezza sul numero di conteggi del campione; :incertezza sul numero di conteggi di fondo; :incertezza sull efficienza; 7

8 Data emissione: 18/07/006 Pagina 8 di 9 u Vp :incertezza sul volume V p. Stimare infine l incertezza estesa U c associata alla concentrazione di attività c: con k fattore di copertura. U = k c u c Annotare i risultati, insieme alla data di campionamento, di incenerimento e di conteggio e anche allo spessore della sorgente in mg/mm. NOTE E importante che il fattore 1,0 sia incluso nell equazione finale, per correggere per i 0 ml di acido nitrico al litro aggiunti come stabilizzante (vedere il paragrafo 5.1). Se è necessario esprimere la radioattività del campione con esclusione di quella del 40 K, valutare il suo contributo misurando il contenuto di potassio del campione originario in accordo con l ISO Dal risultato, calcolarne l attività e sottrarlo al valore ottenuto per C. Per calcolarne l attività considerare che l attività beta del 40 K nel potassio naturale è 7,4 Bq g -1 e quindi nel cloruro di potassio è 14,4/1 000 Bq mg LIMITE DI RIVELAZIONE Il limite di rivelazione (Minima Attività Rivelabile) raggiungibile nelle misure beta totale può essere calcolato in Bq/l con buona approssimazione dalla formula seguente: MAR c = u 4,65 c0 ε T V +,71 p dove i simboli hanno lo stesso significato riportato sopra. Il limite di rivelazione dipenderà da molti fattori, come il contenuto di solidi nell acqua, lo spessore della sorgente, il tempo di conteggio, il fondo e l efficienza del rivelatore. 8. CONTROLLI DI QUALITÀ Seguire i suggerimenti del costruttore per i controlli di qualità sullo strumento e preparare dei grafici per la sorgente campione e per il fondo, al fine di verificare le prestazioni strumentali. Contare i piattelli per la sorgente campione e per il fondo e preparare i relativi grafici. Ulteriori informazioni possono essere reperite in ISO/CD 8465, Grafici guida di controllo. Le prestazioni dell operatore possono essere verificate preparando, da porzioni di un litro di acqua distillata, almeno 6 sorgenti, ad ognuna delle quali sono stati aggiunti una quantità nota di cloruro di potassio. La quantità di cloruro di potassio deve essere tale da far sì che, dopo l incenerimento, sia disponibile un residuo di almeno 0,1 A mg per preparare la sorgente. 8

9 Data emissione: 18/07/006 Pagina 9 di 9 9. RIFERIMENTI NORMATIVI ISO 9697 Water quality Measurement of gross beta activity in non-saline water. UNI EN Qualità dell acqua Campionamento Guida alla definizione dei programmi di campionamento UNI EN Qualità dell acqua Campionamento Guida alla tecniche di campionamento UNI EN Qualità dell acqua Campionamento Guida per la conservazione ed il manipolazione di campioni ISO :- 1, Qualità dell acqua Determinazione di sodio e potassio Parte 1: Determinazione di sodio attraverso spettrometria di assorbimento atomico. 1 Da pubblicare. 9