放射化學(xué)—放射性鍶

1、放射性鍶放射性鍶 ( (strontium，Sr) ) 概述概述 鍶的化學(xué)性質(zhì)鍶的化學(xué)性質(zhì)9090SrSr的分析測(cè)定的分析測(cè)定概述概述 鍶是鍶是3838號(hào)元素，位于元素周期表第號(hào)元素，位于元素周期表第五周期的第二主族。五周期的第二主族。 鍶在自然界中的含量較少，主要存鍶在自然界中的含量較少，主要存在于海水中，濃度約在于海水中，濃度約8mg/L8mg/L。 其礦物有硫酸鹽和碳酸鹽。其礦物有硫酸鹽和碳酸鹽。 鍶在某些生物樣品中有一定含量。鍶在某些生物樣品中有一定含量。 鍶共有鍶共有2323種同位素和種同位素和3 3種同質(zhì)異能素。種同質(zhì)異能素。 質(zhì)量數(shù)為質(zhì)量數(shù)為8484、8686、8787和和888

2、8的四種鍶同的四種鍶同位素是穩(wěn)定核素，其余均為放射性核位素是穩(wěn)定核素，其余均為放射性核素。素。8989SrSr和和9090SrSr是兩個(gè)重要的裂變產(chǎn)物。是兩個(gè)重要的裂變產(chǎn)物。核素核素 半衰期半衰期衰變衰變方式方式能量能量（MeV）毒性用途毒性用途85Sr 65 19dECEC0.514示蹤劑示蹤劑89Sr50.5d1.488中毒中毒90Sr28.2a0.546高毒、核素高毒、核素電池、放射電池、放射性敷貼劑性敷貼劑 放射性核素電池放射性核素電池 原理：原理：放射性核素放出的射線能量被試放射性核素放出的射線能量被試 樣吸收后，試樣就會(huì)被加熱，把熱能經(jīng)樣吸收后，試樣就會(huì)被加熱，把熱能經(jīng)過熱電轉(zhuǎn)換（

3、過熱電轉(zhuǎn)換（熱離子換能熱離子換能）變成電能，）變成電能，效率為效率為35%(810%)。 核素：核素： ：238Pu，244Cm，210Po; ：144Ce，90Sr，147Pm。 4kg238PuO2熱功率熱功率1480W，電功率，電功率60W。 90 90SrSr和和8989SrSr在核裂變反應(yīng)中產(chǎn)額均在核裂變反應(yīng)中產(chǎn)額均較高，是典型的較高，是典型的親骨性核素親骨性核素。從放射。從放射衛(wèi)生學(xué)來說具有重要意義。衛(wèi)生學(xué)來說具有重要意義。服用大量服用大量鈣鹽可減少放射性鍶在骨內(nèi)的沉積鈣鹽可減少放射性鍶在骨內(nèi)的沉積。 植物通過植物通過根根對(duì)對(duì)9090SrSr的吸收是很的吸收是很少少的，的，9090

4、SrSr主要沉降在主要沉降在葉片葉片上，絕大部分是上，絕大部分是通過食用葉類蔬菜而進(jìn)入動(dòng)物或人體通過食用葉類蔬菜而進(jìn)入動(dòng)物或人體內(nèi)的。內(nèi)的。 由于由于8989SrSr的半衰期相對(duì)于的半衰期相對(duì)于9090SrSr要短要短得多，在環(huán)境中未受新鮮裂變產(chǎn)物污得多，在環(huán)境中未受新鮮裂變產(chǎn)物污染時(shí)，通常染時(shí)，通常8989SrSr的含量很少，因此觀察的含量很少，因此觀察8989Sr/Sr/9090SrSr放射性比值的變化，有助于放射性比值的變化，有助于查找環(huán)境放射性污染的來源。查找環(huán)境放射性污染的來源。鍶的化學(xué)性質(zhì)鍶的化學(xué)性質(zhì) 鍶與鈹、鎂、鈣、鋇和鐳同屬堿土鍶與鈹、鎂、鈣、鋇和鐳同屬堿土金屬。鍶的性質(zhì)與鈣很

5、相似，但更金屬。鍶的性質(zhì)與鈣很相似，但更活潑。其化合價(jià)只有活潑。其化合價(jià)只有+2+2價(jià)。價(jià)。鍶的氧化物和氫氧化物鍶的氧化物和氫氧化物 鍶的硝酸鹽、碳酸鹽或氫氧化物在鍶的硝酸鹽、碳酸鹽或氫氧化物在高溫下均轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷叵戮D(zhuǎn)變?yōu)镾rO。 Sr(OH)2的堿性比的堿性比Ca(OH)2強(qiáng)，且溶強(qiáng)，且溶解度比解度比Ca(OH)2大得多，并隨溫度而大得多，并隨溫度而變化變化,在在0時(shí)溶解度僅時(shí)溶解度僅0.35g/100g水水,而而100時(shí)即增至?xí)r即增至24g/100g水。水。鍶的鹽類鍶的鹽類 碳酸鍶在水中的溶解度很小，其組碳酸鍶在水中的溶解度很小，其組成固定，可作為鍶分析的基準(zhǔn)物。成固定，可作為鍶分析的基準(zhǔn)

6、物。 氯化鍶與氯化鍶與CaCl2相似，易溶于水。相似，易溶于水。 硝酸鍶與其它金屬的硝酸鹽一樣均硝酸鍶與其它金屬的硝酸鹽一樣均易溶于水，但在濃硝酸中，與鈣和易溶于水，但在濃硝酸中，與鈣和鋇的硝酸鹽溶解度卻大不相同。據(jù)鋇的硝酸鹽溶解度卻大不相同。據(jù)此可進(jìn)鍶、鋇與鈣以及其它金屬元此可進(jìn)鍶、鋇與鈣以及其它金屬元素的分離。素的分離。 硫酸鍶的溶解度及化學(xué)性質(zhì)界于硫酸鍶的溶解度及化學(xué)性質(zhì)界于CaSO4與與BaSO4之間，均為難溶性鹽之間，均為難溶性鹽類。類。鍶、鈣和鋇的硝酸鹽在濃硝酸中的鍶、鈣和鋇的硝酸鹽在濃硝酸中的溶解度（溶解度（g/100g溶液）（溶液）（25）硝酸濃度硝酸濃度,moll-1硝酸鹽硝

7、酸鹽151719硝酸鈣硝酸鈣7.382.460.492硝酸鍶硝酸鍶9.6610-21.4510-34.3510-4硝酸鋇硝酸鋇2.2910-31.9110-47.6210-5 在在HAc介質(zhì)中，鉻酸鈣易溶于水，而鉻介質(zhì)中，鉻酸鈣易溶于水，而鉻酸鍶的溶解度較小，但鉻酸鋇的溶解度酸鍶的溶解度較小，但鉻酸鋇的溶解度更低，利用此性質(zhì)可進(jìn)行鍶鋇的分離。更低，利用此性質(zhì)可進(jìn)行鍶鋇的分離。 在在16下，下，100克水中鉻酸鍶的溶解度為克水中鉻酸鍶的溶解度為0.12g，而鉻酸鋇的溶解度為，而鉻酸鋇的溶解度為3.4 10-4g。鍶的絡(luò)合物鍶的絡(luò)合物 鍶能與某些有機(jī)試劑如鍶能與某些有機(jī)試劑如EDTA、DTPA、H

8、3Cit等生成絡(luò)合物，此性質(zhì)可用于放等生成絡(luò)合物，此性質(zhì)可用于放射性鍶的分析測(cè)定和去污。射性鍶的分析測(cè)定和去污。 鍶的絡(luò)合能力比鈣差。鍶的絡(luò)合能力比鈣差。9090SrSr的分析測(cè)定的分析測(cè)定 環(huán)境和生物樣品中環(huán)境和生物樣品中89Sr和和90Sr的含量一般的含量一般都很低，因此在分析測(cè)定前需要對(duì)它們進(jìn)都很低，因此在分析測(cè)定前需要對(duì)它們進(jìn)行濃集和分離。行濃集和分離。 放射性鍶與放射性鈣放射性鍶與放射性鈣(45Ca, t1/2=163d, -)和和鋇鋇(140Ba，t1/2=12.75d, -)的分離是整個(gè)過的分離是整個(gè)過程的關(guān)鍵。程的關(guān)鍵。 對(duì)于對(duì)于90Sr的分析來說，基本上都是通過測(cè)的分析來說，

9、基本上都是通過測(cè)定與其處于放射性平衡的子體定與其處于放射性平衡的子體90Y來換算來換算(母子體易達(dá)到平衡，子體核性質(zhì)比母體母子體易達(dá)到平衡，子體核性質(zhì)比母體核性質(zhì)有優(yōu)勢(shì)核性質(zhì)有優(yōu)勢(shì))。 目前目前90Sr的測(cè)定已經(jīng)有許多成熟的方法，的測(cè)定已經(jīng)有許多成熟的方法，其中常用的有硝酸鹽或硫酸鹽的其中常用的有硝酸鹽或硫酸鹽的共沉淀共沉淀法法、離子交換法離子交換法、HDEHP萃取法萃取法和和HDEHP萃取色譜法萃取色譜法等。等。濃集分離濃集分離 (1) 硝酸鹽共沉淀法，也稱發(fā)煙硝酸法硝酸鹽共沉淀法，也稱發(fā)煙硝酸法。它是利用鍶、鈣和鋇的硝酸鹽在濃它是利用鍶、鈣和鋇的硝酸鹽在濃HNO3中溶解度的不同來實(shí)現(xiàn)鍶鋇與

10、鈣、中溶解度的不同來實(shí)現(xiàn)鍶鋇與鈣、的分離，再利用鍶與鋇的鉻酸鹽在的分離，再利用鍶與鋇的鉻酸鹽在HAc溶液中溶解度的不同分離鍶、鋇。而伴溶液中溶解度的不同分離鍶、鋇。而伴隨在鍶中的稀土元素和鋯等裂片放射性隨在鍶中的稀土元素和鋯等裂片放射性核素，可用核素，可用Fe(OH)3來進(jìn)行清掃。來進(jìn)行清掃。 鍶以碳酸鹽形式沉淀并進(jìn)行總放射性鍶鍶以碳酸鹽形式沉淀并進(jìn)行總放射性鍶89Sr(1.5MeV)+90Sr(0.5MeV)的的計(jì)數(shù)測(cè)定；再計(jì)數(shù)測(cè)定；再將沉淀放置將沉淀放置14d后分離出后分離出90Y并測(cè)定其活性，推并測(cè)定其活性，推算出樣品中算出樣品中90Sr的含量。鍶與釔的分離可以根的含量。鍶與釔的分離可以

11、根據(jù)兩者據(jù)兩者氫氧化物的溶解度氫氧化物的溶解度的不同進(jìn)行的，趁熱的不同進(jìn)行的，趁熱過濾，最后釔以過濾，最后釔以Y2(C2O4)39H2O形式制源。將形式制源。將總鍶的放射性減去總鍶的放射性減去90Sr的放射性即為的放射性即為89Sr的放射的放射性。性。 此法測(cè)定值的準(zhǔn)確性和精密度高，常此法測(cè)定值的準(zhǔn)確性和精密度高，常被用作為被用作為標(biāo)準(zhǔn)方法標(biāo)準(zhǔn)方法，但是操作煩瑣，但是操作煩瑣，而且發(fā)煙而且發(fā)煙HNO3腐蝕性強(qiáng)，不適于大量腐蝕性強(qiáng)，不適于大量樣品的分析。樣品的分析。 (2) 陽離子交換法陽離子交換法 （已廢棄）（已廢棄） 此法是利用鈣和鍶與此法是利用鈣和鍶與EDTA、H3Cit形成的絡(luò)合形成的絡(luò)

12、合物與離子交換樹脂的親合力的不同而實(shí)現(xiàn)鍶與鈣物與離子交換樹脂的親合力的不同而實(shí)現(xiàn)鍶與鈣的分離。的分離。 調(diào)節(jié)溶液調(diào)節(jié)溶液pH至至4.05.0，通過陽離子交換柱，大，通過陽離子交換柱，大部分鈣能通過，而鍶和部分鈣為樹脂所吸附。部分鈣能通過，而鍶和部分鈣為樹脂所吸附。 再用不同濃度及再用不同濃度及pH的的EDTA-NH4Ac溶液先后淋溶液先后淋洗鈣和鍶。洗鈣和鍶。 向含鍶的流出液中加入銅鹽，將鍶從絡(luò)合物中置向含鍶的流出液中加入銅鹽，將鍶從絡(luò)合物中置換出來，以碳酸鹽形式沉淀鍶。換出來，以碳酸鹽形式沉淀鍶。 此法適合于含鈣量高的樣品此法適合于含鈣量高的樣品, ,尤其尤其適于同時(shí)處理大批量大體積水樣適于

13、同時(shí)處理大批量大體積水樣, ,而對(duì)而對(duì)小批量樣品分析顯得操作煩瑣費(fèi)時(shí)。小批量樣品分析顯得操作煩瑣費(fèi)時(shí)。(3) HDEHP萃取色譜法萃取色譜法 1)快速法快速法 將樣品溶液調(diào)節(jié)將樣品溶液調(diào)節(jié)pH為為1.0,通通過過HDEHP-Kel-F（CL-HDEHP）色譜色譜柱，釔被吸附，使之與鍶和銫等離子分柱，釔被吸附，使之與鍶和銫等離子分離，再以離，再以1.5mol/L HNO3溶液洗滌色譜溶液洗滌色譜柱，以清除被吸附的鈰、钷等輕稀土離柱，以清除被吸附的鈰、钷等輕稀土離子，最后以子，最后以6mol/L HNO3淋洗釔，實(shí)現(xiàn)淋洗釔，實(shí)現(xiàn)90Y的快速分離，然后測(cè)定的快速分離，然后測(cè)定90Y。 2)放置法放置

14、法 將將pH為為2.5的樣品溶液通過的樣品溶液通過色譜柱，用色譜柱，用0.5mol/L HNO3淋洗，流淋洗，流出液（出液（含含Sr2+)放置放置14d后，分離和測(cè)后，分離和測(cè)定定90Y。 樣品中存在樣品中存在91Y、144Ce和和147Pm等稀土等稀土核素時(shí)，會(huì)干擾快速法的測(cè)定。此時(shí)核素時(shí)，會(huì)干擾快速法的測(cè)定。此時(shí)宜采用放置法。宜采用放置法。測(cè)定方法測(cè)定方法 計(jì)數(shù)法：計(jì)數(shù)法： 一是將分離純化的放射性鍶制源直接一是將分離純化的放射性鍶制源直接在低本底在低本底計(jì)數(shù)器上測(cè)量，這樣得到計(jì)數(shù)器上測(cè)量，這樣得到的結(jié)果是的結(jié)果是89Sr+90Sr總和?？偤?。 二是通過測(cè)量與二是通過測(cè)量與90Sr處于放射性

15、平衡處于放射性平衡的的90Y的的放射性來換算出樣品中放射性來換算出樣品中90Sr 的含量。的含量。 后一方法為通常所采用后一方法為通常所采用,因?yàn)橐驗(yàn)?0Y的的能量高能量高達(dá)達(dá)2.29MeV,探測(cè)效率高探測(cè)效率高，且其，且其半衰期為半衰期為64.2h,易與易與90Sr達(dá)到放射性平達(dá)到放射性平衡，同時(shí)可去除衡，同時(shí)可去除89Sr的干擾。的干擾。 高速運(yùn)動(dòng)的高速運(yùn)動(dòng)的粒子粒子(或其它帶電粒子或其它帶電粒子)通過折射系數(shù)為通過折射系數(shù)為n時(shí)的透明介質(zhì)時(shí)，時(shí)的透明介質(zhì)時(shí)，若其速度大于若其速度大于c/n(c為光在真空中的傳為光在真空中的傳播 速 度播 速 度 ) , 就 會(huì) 發(fā) 生 契 倫 科 夫 輻 射就 會(huì) 發(fā) 生 契 倫 科 夫 輻 射(Cerenkov radiation)。 以水作為介質(zhì)，以水作為介質(zhì)，能量只要大于能量只要大于0.26MeV時(shí)，在水中就能產(chǎn)生契倫科夫輻射，