4. EREDMÉNYEK
4.2. Alkalmazott mérési módszerek összehasonlítása
Munkám során három minta-elõkészítési módszer alkalmazási lehetõségeit vizsgáltam természetes eredetû vízmintáknál, melyek a következõk voltak: bepárlás, koprecipitáció MnO2-dal, ill. MnO2-dal bevont ioncserélõ gyanta alkalmazása.
Az alkalmazhatósági elemzések során a vizsgált minta-elõkészítési eljárások jellemzõ hatásfokát kalibrációs oldatokkal meghatároztam, ezt követte az ún.
A 10. táblázatban a vizsgált vízminták származási helyét és jellemzõit tüntettem fel.
10. táblázat
A minta-elõkészítõ módszerek összehasonlító vizsgálata során elemzett vízminták
Minta száma Mintavételi hely Kút megnevezése
1 Kalocsa B-151. kút
2 Solt K-166. kút
3 Nagybaracska I. sz. kút
4 Baja Bakakút
5 Dávod K-50. kút
A táblázatban feltüntetett vízminták Bács-Kiskun megyébõl származnak.
Kiválasztásuk alapjául egy elõzetes méréssorozat szolgált, az öt különbözõ mintát úgy választottam ki, hogy alacsony és viszonylag magas 226Ra koncentrációjú minta is szerepeljen a mérendõk között.
Mindhárom dúsítási módszerre jellemzõ, hogy a koncentrált rádiumtartalmú minta kémhatása savas, így a minta-elõkészítést követõ mérési módszerek száma ebben a formában behatárolt.
Savas kémhatású minta közvetlen elemzése a radonemanációs és a gamma -spektrometriai módszerrel lehetséges. A félvezetõ detektoros alfa-spektrometriai forráskészítés módszerek esetében – amennyiben szükséges a minta koncentrálása – semleges kémhatású mintára van szükség. Ez a vízminta alapos kiforralásával, valamint lúg hozzáadásávalérhetõ el.
A fentiek ismeretében a három különbözõ minta-elõkészítési módszerrel dúsított minták rádiumtartalmát kétféle radiokémiai módszerrel határoztam meg.
Radonemanációs eljárással, ekkor a minta-elõkészítést követõen a mintát emanációs edénybe töltöttem, s a 30 napos várakozást követõen következett maga a mérés, azaz a vízminták 226Ra koncentrációjának meghatározása.
Alfa-spektrometriai eljárással, ekkor a minta-elõkészítést követõen a dúsított mintát alaposan kiforraltam, majd híg NaOH oldattal beállítottam a minta kémhatását közel semlegesre. Ezt követõen forráskészítési eljárásként a BaSO4 -tal történõ mikrokoprecipitáció módszerét alkalmazva, félvezetõ (PIPS) detektorral meghatároztam a vizsgált vízminták 226Ra koncentrációját.
A vizsgált vizekre a különbözõ minta-elõkészítési módszerekkel kapott rádium koncentrációk mérési eredményeit a 11. táblázat foglalja össze.
11. táblázat
Különbözõ minta-elõkészítési módszerek alkalmazásával kapott 226Ra koncentrációk értékei a vizsgált Bács-Kiskun megyei vízminták esetén [mBq/dm3]
radonemanációs módszer alfa-spektrometria
Az eredmények igazolják, hogy mindhárom minta-elõkészítési módszer jól alkalmazható, mind a további elõkészítést nem igénylõ radonemanációs, mind pedig a semleges kémhatású mintát igénylõ alfa-spektrometriás mérési eljárásokat megelõzõen is.
A 12. táblázatban felsoroltam a vizsgált minta-elõkészítési módszerek fõbb jellemzõit.
12. táblázat
A vizsgált minta-elõkészítési módszerek jellemzõi Módszer Hatásfok [%] Mintamennyiség
-igény [dm3] Idõszükséglet
bepárlás 90%< ~1 2-3 nap
koprecipitáció 85%< ~4 5-6 óra
ioncsere ~90% ~1-4 2-3 óra
Azt, hogy az ivóvízminták 226Ra koncentrációjának meghatározása elõtt melyik forráskészítési módszert alkalmazzuk, elsõsorban tehát a rendelkezésünkre álló idõtõl, valamint mintamennyiségtõl függ.
4.2.2.
226Ra radiokémiai mérési módszereinek
(radonemanációs eljárás, félvezetõ detektoros alfa-spektrometria) összehasonlítása
Munkám során két alfa-spektrometriai forráskészítési módszer alkalmazási lehetõségét vizsgáltam, a MnO2-dal bevont poliamid lemezes és a 18-korona-6 éterrel bevont plexilemezes módszert. Az összehasonlító kalibrálás során a szerves anyaggal bevont plexilemezes módszer esetében is azért esett a választásom a 18-korona-6 éter alkalmazására, mert ez az öt vizsgált szerves anyag közül a legolcsóbb, legkönnyebben hozzáférhetõ anyag.
A forráskészítési módszerek bevezetését két fontos lépés elõzi meg:
A forráskészítési vizsgálatok összehasonlító vizsgálatának elsõ lépéseként ismert aktivitású 226Ra törzsoldat segítségével meghatároztam a vizsgált eljárások optimális körülményeit.
Ezt követõen ismeretlen rádiumtartalmú vízminták 226Ra koncentrációját határoztam meg radonemanációs módszerrel, ill. alfa-spektrometriai eljárással.
Ez utóbbi esetben 3 forráskészítési módszert alkalmaztam:
BaSO4-tal történõ mikrokoprecipitáció,
MnO2-dal bevont poliamid lemezes,
Szerves anyaggal bevont poliamid lemezes eljárás.
A 13. táblázatban az összehasonlító vizsgálatok elvégzésekor mért vízminták jellemzõit tüntettem fel.
13. táblázat
A 226Ra mérési módszerek összehasonlító vizsgálata során mért vízminták
Minta száma Mintavételi hely Vízbázis
1 Várpalota Várpalota
2 Tés Tés
3 Vászoly Vászoly
4 Hidegkút Hidegkút
5 Vilonya Királyszentistván
6 Pusztamiske Devecser
A 13. táblázatban feltüntetett vízminták Veszprém megye vezetékes ivóvizeibõl származnak. Elõzetes mérések alapján ezek a minták alacsony, ill. közepes 226Ra koncentrációjúak.
A vizsgált vízminták különbözõ módszerekkel meghatározott 226Ra koncentráció
14. táblázat
Az összehasonlító vizsgálatok során használt vízminták különbözõ radiokémiai módszerekkel meghatározott 226Ra koncentrációja [mBq/dm3]
alfa-spektrometria
Látható, hogy a különbözõ alfa-spektrometriai forráskészítési módszerekkel meghatározott 226Ra koncentrációértékei mind egymással, mind pedig a radonemanációs eljárással kapott értékekkel összhangban vannak. Az elsõ három esetben a meghatározott 226Ra aktivitás értékek 20-30%-os eltérést mutatnak, a két utóbbi esetben pedig ez az eltérés 10-15% körüli. Mivel itt rendkívül kis koncentráció-értékekrõl van szó (~10-15 g/dm3), ez az eltérés elfogadható, különösen akkor, ha azt a tényt vesszük figyelembe, hogy az alfa-spektrometriai mérések során minta-elõkészítõ (dúsító) mûveletet nem alkalmaztam. Az 5. és a 6. esetben látható, hogy kb. azonos a 226Ra koncentráció értéke (40,7 és 42,5 mBq/dm3), ugyanakkor a relatív hiba értékei eltérnek.
Ez annak tulajdonítható, hogy a 6. minta zavaros volt, s ez valószínûleg befolyásoló tényezõként volt jelen.
Az összehasonlító vizsgálatok eredményei azt mutatják tehát, hogy mindkettõ általam vizsgált módszer alkalmas vízminták 226Ra koncentrációjának meghatározására.
A konkrét mérések megkezdése elõtt mindenképpen célszerû a különbözõ módszerek elõnyeinek és hátrányainak megismerése.
A radonemanációs módszer egyszerûen alkalmazható, alacsony költségekkel bíró eljárás. Hátrányként jelentkezik idõigényessége, hiszen a rádium és leányelemi közti egyensúly részleges beálltát meg kell várni. A 226Ra koncentrációját hosszú számolási folyamat eredményeképpen kapjuk meg.
Ugyanakkor amennyiben sok minta 226Ra koncentrációját kell egy laboratóriumnak meghatároznia, s elegendõ mennyiségû emanációs cella áll rendelkezésükre, a mérési idõ rövidsége (~2000 s) miatt az eltelt várakozási idõ után gyors és rutinszerû módszerként jöhet számításba.
Az alfa-spektrometriai eljárások esetében a BaSO4-tal történõ mikrokoprecipitációs eljárás hosszadalmas, a szûrés hatásfokának megismeréséhez
133Ba nyomjelzõ alkalmazása szükséges, ami csatolt technikát (gamma-spektrometria) igényel. Elõnye, hogy a vízmintát mérés elõtt általában nem szükséges dúsítani, ellenben egy elõzetes szûrést mindenképpen be kell iktatni a folyamatba, amellyel a vízben levõ lebegõanyagok, mikroorganizmusok eltávolíthatóak.
A MnO2-dal bevont poliamid lemezes módszer egyszerûen alkalmazható, pontos mérést tesz lehetõvé, valamint belsõ standard alkalmazásával nincs szükség csatolt technikára sem. Optimális körülmények között nincs szükség a minta dúsítására sem, ami a meghatározás idõtartamát szintén csökkenti. Hátrányaként jelentkezik a félvezetõ detektoros spektrométerek magasára, valamint a viszonylag hosszú mérési idõ (~80000 s).
megállapítása érdekében 133Ba nyomjelzõ alkalmazása szükséges, így ebben az esetben is felmerül az igénye a csatolt technikáknak (gamma-spektrometria). Mivel a módszerrel elérhetõ minimális detektálható aktivitás 12-15 mBq/dm3, a forráskészítés elõtt szükséges a minta dúsítása.
A 15. táblázatban a vizsgált mérési módszerek összehasonlítása látható idõigény és az alkalmazott nyomjelzõ szempontjából
15. táblázat
A vizsgált mérési módszerek összehasonlítása idõ- és nyomjelzõ-szükséglet szempontjából
Látható, hogy a félvezetõ detektoros alfa-spektrometriai módszerek alkalmazásának nagy elõnye, hogy idõigényük rendkívül kicsi. A radonemanációs módszer esetében nagy átfutási idõhöz rövid mérési idõ tartozik, ugyanakkor az alfa -spektrometriai módszerek esetén kis átfutási idõhöz viszonylag hosszabb mérési idõ tartozik. A MnO2-dal bevont poliamid lemezes forráskészítési módszer esetében további elõnyként jelentkezik, hogy megvalósítása lehetséges belsõ standard segítségével, így – a félvezetõ detektoros alfa-spektrometriai forráskészítési módszerek többségével
szemben – nincs szükség kiegészítõ gamma-spektrometriai mérésekre a hatásfok megállapításához.
A 16. táblázatban a különbözõ 226Ra meghatározására alkalmas radiokémiai módszerekkel elérhetõ minimális detektálható aktivitás (MDA) értékeket tüntettem fel.
16. táblázat
A különbözõ 226Ra meghatározására alkalmas radiokémiai módszerekkel elérhetõ MDA értékek
Módszer Minta-elõkészítés MDA
[mBq/dm3] Radonemanációs módszer bepárlás, koprecipitációs, ioncserés
Gamma-spektrometria bepárlás, koprecipitációs, ioncserés
Ba(Ra)SO4-os mikroprecipitáció 4-5 Rádium adszorpciója MnO2-dal bevont
PA lemezre 2-3
Félvezetõ detektoros alfa -spektrometria
Rádium adszorpciója szerves anyaggal
bevont plexi lemezre 12-15
Az MDA értékek ismeretében egyértelmû választássá válik ivóvízminták 226Ra koncentrációjának meghatározásakor a félvezetõ detektoros alfa-spektrometria, ezen belül is az általam módosított MnO2-dal bevont poliamid lemezes forráskészítési módszer, esetleg a szerves anyaggal bevont plexilemezes eljárás.