快中子活化分析在水环境样品监测中的应用

王传珊 罗文芸 周树鑫
（上海大学环境化工学院射线所）
袁惠娟 肖中银（研究生）
（上海大学理学院）

课题背景：

　　上海大学射线所是以基于加速器的核技术应用为主要研究方向的研究所。多年来，用快中子活化分析的手段进行过各种特殊情况下多元素测量的工作，如中子测爆系统的研究、中子探雷等。近年来，核技术在环境方面的应用成为一个研究热点，我们也努力做快中子活化分析在环境方面应用的工作。我们参加了国际原子能机构（IAEA）在泰国清迈举办了水的核技术分析的研讨班，交流了我们用核反应分析方法和中子活化分析方法在土壤、植物中氟污染的分析和茶叶中多元素活化分析等的应用情况，并学习了各国的经验。在此基础上，对上海地区的环境水情况进行了细致的调研，发现对上海地区水源重金属污染比较严重的有电镀、显象管行业，他们排出的废水中含大量的铁、铜、锰、锌，甚至还有钴、镍、铬等，严重危害环境和人们的健康。所以我们选择这二种废水作为我们研究的对象。本课题得到了上海市科委面上基金的资助。.

研究方法：

　　快中子活化分析。主要是用中子活化分析的手段，对环境水中的微量元素进行分析，提出一种可与其它环境监测方法互补的核分析方法和技术，可供一些特殊场合下应用。
　　中子源采用核所的回旋加速器产生的15MeV快中子和上海剂量院的热中子反应堆产生的慢中子，探测器采用高纯锗的γ能谱仪。

结果与讨论：

　　具体快中子活化分析结果和与原子吸收光谱结果进行比较数据见表1、2

表1 含Ni废水的元素含量 元素 Fe Mn K Ni Al Si Cl *快中子样品含量(ppm) 9219 855 1268 10977 / / 9755 原吸结果(ppm) / 740.0 / 22380.9 / / /

表2 含Cr废水的元素含量 元素 Fe Na K Cr Al Si Cl Ca *快中子样品含量(ppm) 2.84 1408 4.95 17.95 / / 4.54 15.1 原吸结果(ppm) / / / 21.82 / / / /

注：* 样品含量的相对误差在1%-10%之间

　　从上述结果可以看到，快中子活化分析与原子吸收光谱的结果是可以比较的。
　　在方法研究中，我们对反应堆热中子、14MeV和15MeV快中子几种中子源进行了比较，最后选择了15MeV回旋加速器产生的快中子作为中子源。用常规的仪器中子活化方法进行分析。
　　快中子活化分析能快速、灵敏、无损地对样品中的多元素同时进行测量，能对环境废水进行监测，比起其他环境监测的分析方法来，它有不少优点，它分析的样品元素可以是任意形态存在的；分析测量过程中不破坏样品，可以多次使用同一样品；可以对样品中存在的所有元素进行同时测量，测量得到的能谱各种元素有不同的特征峰，通过计算机解谱可得出正确无误的结果。这对环境水的检测是很有利的，但是，它设备昂贵，有放射性，也在很大程度上限制了它的应用。
　　样品的制备是本项目的关键之一，由于被测元素在样品中含量甚微，必须浓缩或提取后才能进行测量，我们化了大量的时间、选择各种方法进行制样，如：共沉淀法、HAP柱法和低温蒸发等，目的是为了浓缩我们要分析的元素，同时把样品中的常量元素如钠等除去，以防止其干扰测量结果。
　　多元素测量、对样品无破坏性是活化分析的优势，但由于大学设备多年未更新，谱仪的分辨率达不到要求，我们的研制工作基本上都是与兄弟单位协作完成的，如样品的制备是与化学系协作的，实验工作则得到中科院上海原子核所和上海剂量院测试所的大力支持。
　　通过本项目的研究，对快中子活化分析这种核分析手段，在环境样品的测试中的可应用范围以及他的优缺点有了比较全面的认识，我们认为：
　　快中子活化分析不仅可以测出环境废水中的重金属元素，还可以测出象硫、氯、氟等非金属元素，由于快中子活化分析与所测元素的形态无关，所以不管水中的游离氯还是有机氯均能测量，这也是其优点，当然，由于快中子活化分析的敏感元素有一定范围，加之设备昂贵、要加以防护带原因，最好作为其他分析方法的补充。