5 o Congresso Brasileiro de Metrologia das Radiações Ionizantes V CBMRI. Determinação de Ra 226 em águas Comparação de métodos

Transcrição

1 5 o Congresso Brasileiro de Metrologia das Radiações Ionizantes V CBMRI Determinação de Ra 226 em águas Comparação de métodos Mattheus S. Ferreira 1, Mariana F. Gonçalves 1 1 Instituto de Radioproteção e Dosimetria (IRD) mattheusferreira@hotmail.com / mary.fg@hotmail.com Resumo: Devido à alta toxicidade do rádio, houve interesse no desenvolvimento de metodologia para determinação de isótopos rádio em vários meios, especialmente a determinação de Ra 226 em água, solo e amostras biológicas. Várias técnicas têm sido relatadas na literatura para a determinação de isótopos rádio. O que inclui a espectrometria gama e radioquímica como os principais métodos de análise. Neste trabalho é feita uma comparação de duas técnicas de medição usadas para determinar a concentração de atividade de Ra 226 em água. A comparação se dá com relação à precisão e limites de detecção. A concentração da atividade do Rádio do radionuclideo - foi determinada por radioquímica e posterior contagem alfa em um contador proporcional de ultrabaixo background e pela espectrometria raios gama em um detector de cristal de germânio ultrapuro (40% de eficiência). Palavras-chave: Rádio 226 ; Comparação; Água. Abstract: Due to the high radio toxicity, there was interest in the development of methodology for determination of radio isotopes in various media, especially the determination of Ra226 in water, soil and biological samples. Several techniques have been reported in the literature for radio isotope determination. This includes gamma and radiochemical spectrometry as the main methods of analysis. In this work a comparison of two measurement techniques used to determine the activity concentration of Ra226 in water is made. The comparison is made regarding the accuracy and limits of detection. The concentration of the activity of Radio226 - from radionuclides - were determined by radiochemistry and subsequent alpha and beta counting in a background ultrafast proportional counter and by gamma ray spectrometry in an ultrapure (40% efficiency) germanium crystal detector. Keywords: Radium226; Comparison; Water. 1

2 1. Introdução O rádio foi descoberto em 1898 por Madame Curie, em um minério de urânio (uraninita); o seu nome deriva da palavra raio. Aproximadamente 1 grama de rádio pode ser obtido de 7 tons do minério. Sua abundância na crosta terrestre é estimada em 9 x 10-7 mg/kg, nas águas marinhas a concentração é de cerca de 8,9 x mg/l. É o elemento mais pesado do grupo dos elementos alcalinos terrosos. Rádio 226 é um radionuclídeo natural proveniente da série do U-238, como pode ser observado na Figura1. Além disso, é um dos isótopos mais tóxicos do rádio devido ao seu longo tempo de meia-vida, 1600 anos. Em virtude da sua localização na família dos metais alcalinos terrosos, possui comportamento químico semelhante ao do cálcio, tendendo a se acumular principalmente nos ossos, quando ingeridos.dentre os elementos das séries naturais,dependendo das características do fluido e da fase solida, pode ser facilmente removido da fase sólida para fase aquosa (LAURIA,2007). O Rádio 226 emite partículas alfa (Eα = MeV, Pα = 94.04%, Ea = MeV,Pα = 5.95%) e radiação gama (Eγ = kev, Pγ = 3.555%). Este radioisótopo pode ser determinado diretamente, por meio das emissões de partículas alfa, ou indiretamente, mediante a radiação gama através de seus descendentes de curta duração Pb-214 (T 1/2 = 26,8 minutos) e Bi-214 (T 1/2 = 19,9 minutos). Embora sejam provenientes da mesma série de decaimento radioativo, estes nuclídeos não estão em equilíbrio secular no ambiente, pois orn-222 (T 1/2 = 3,8 dias) é um gás e intermediário da série (GONZA; BEYERMANN; MIHALCEA, 2010). Dentre os métodos de análise, a radioquímica e a espectrometria gama se destacam. A radioquímica é uma técnica antiga e tem algumas vantagens como: melhor precisão analítica e pré concentração no volume da amostra. Porém apresenta um alto custo, e é um método destrutivo de análise. Já a espectrometria gama é amplamente utilizada para análises biológicas e ambientais, pois é um método não destrutivo e que apresenta um menor tempo analítico. Dois fatores são importantes para a medição isotópica do Rádio por espectrometria gama: a distribuição de Pb-214 e Bi-214 deve ser homogênea em toda a amostra ea retenção de radônio dentro do recipiente da amostra deve ser assegurado. É necessário aguardar 30 dias do preparo da amostra até a contagem para que o Rádio-226 e Radônio-222 entrem em equilíbrio secular (BECEGATO et al., 2008; EL-TAHER; IBRAHEEM; ABDELKAWY, 2013; KORUN; VODENIK; ZORKO, 2013; PAPACHRISTODOULOU et al., 2003). O presente trabalho tem como objetivo comparar duas técnicas de medições usadas para determinar a concentração de atividade de Ra-226 nas águas. 2

3 Figura 1 Série radioativa parcial do U 238 FONTE: Livro Tauhata, 2014, p.43. 3

4 2. Amostras O IRD possui um Programa Nacional de Intercomparação (PNI), preparado pela Divisão de Metrologia dos Radionuclídeos (LNMRI) juntamente com a Divisão de Radioproteção Ambiental (DIRAD). Este programa é conduzido duas vezes ao ano e tem dentre seus principais objetivos o de auxiliar os participantes quanto à verificação da exatidão dos seus métodos. Os padrões utilizados no preparo das amostras são rastreáveis pelo Laboratório Nacional de Metrologia de Radiações Ionizantes. São preparados diferentes tipos de amostras para que possam ser avaliados diferentes radionuclídeos por diferentes medições (emissão gama, alfa e beta). É importante ressaltar que as atividades dos radionuclideos nas amostras são níveis ambientais. 3. Métodos 3.1 Preparo As amostras foram acidificadas e avolumadas em um recipiente de plástico de 1 litro e enviadas para análise nos Laboratórios de Análises Ambientais, no departamento de Proteção Radiológica (DIRAD) do Instituto de Radioproteção e Dosimetria. 3.2 Radioquímica A determinação do rádio é feita, por contagem alfa total, em um contador proporcional(p10) (GODOY, 1983). O isótopo de rádio foi co-precipitado com sulfato de bário [Ba(Ra)SO 4], pela adição de ácido sulfúrico (H 2SO 4) e um carreador de Bário (Ba 2+ ) à solução da amostra. O sulfato foi lavado e dissolvido.as fases aquosa e sólida foram separadas e o Ba(Ra)SO 4 foi purificado por dissolução numa solução de ácido etileno diaminatetraacético (EDTA) a ph 10. Depois, o sulfato foi re-precipitado por ácido acético glacial (ph 4,5a5,0). O precipitado foi filtrado e, após esperarmos por cerca de 30 dias para o crescimento de Rn 222 e sua progênie de vida curta, o Ra-226 foi determinado pela contagem alfa, 100 minutos em um contador proporcional do tipo ultrabaixo background. Na figura 2, temos a amostra precipitada como Ba(Ra)SO 4 após todas as etapas de separação para a contagem alfa. As atividades alfa foram contadas em um detector proporcional Berthold, modelo LB

5 A concentração de atividade de Ra-226 é obtida através das equações: A Ra-226 = R m R o 60.R q.q.e α.n abs(ra 226). [1+K(1 e t. Rn 222)] (Bq / unidade Q) Onde: Rm = Taxa de contagem total da amostra (cpm) Ro = Taxa de contagem do background (com) Rq = Rendimento químico Q = Quantidade de amostra utilizada para análise [massa (kg) ou volume (L)] Eα = Eficiência de contagem α do sistema, calculada com uma fonte de Am-241 (d=2,5cm) n abs(ra-226) = Coeficiente de auto absorção Rn-222 = Constante de desintegração do Rn-222 = 0,181 d -1 t = Tempo transcorrido entre a precipitação do Rádio e a contagem (dias) K = Coeficiente expresso por: K = n abs (Rn 222)+n abs (Po 218) +n abs (Po 214) n abs (Ra 226) Figura 2 Amostra preparada para contagem alfa Fonte: Elaborada pelo autor 5

6 3.3 Espectrometria gama Para a determinação do Ra 226, as amostras preparadas foram detectadas em um detector de germânio de 40% de eficiência, da Canberra, sensível à radiação gama de baixa energia, com baixo nível de radiação de fundo e boa eficiência de contagem para este radionuclídeo. Na detecção da amostra foi utilizado um comando introduzido no software Genie 2000, que permite detecções acumulativas do material analisado e da radiação de fundo. Todos os fotopicos, dos espectros, passaram por um processo de alisamento (smoothing) dentro do próprio programa,antes da análise. Para determinar o Ra-226, a amostra é selada em um recipiente e após pelo menos duas semanas (tempo necessário para o equilíbrio radioativo entre o Ra-226 e Rn-222) seja atingido. O Ra-226 é determinado através dos seus descendentes Pb-214 (351 kev) e Bi-214 (609 kev). 6

7 4. Resultados e Discussão As concentrações de atividade de Ra-226 nas quatro águas foram apresentadas nas Tabelas 1 e 2, respectivamente. Os resultados foram corrigidos quanto a fundo, decaimento e decaimento durante a medição. Os valores de concentração de atividade são fornecidos para a data de referência de 1 de maio de As incertezas associadas são dadas como incerteza expandida usando um fator de abrangência de 2 (k = 2). Tabela 1 - Concentração de Atividade do Ra-226 Análise W 1 (Bq/L) W 2 (Bq/L) W 3 (Bq/L) W 4 (Bq/L) Limites de Detecção (Bq/L) Tempo de análise Espectrometria Gama 2,032 ± 0,2 < 2,395 1,945 ± 0,2 1,915 ± 0,3 1,3 30 dias Radioquímica 1,16 9,2 9,2 9,4 0, dias Valor de Referência 0,8 8,6 8,6 8,6 0, Os valores da Espectrometria Gama apresentam resultados dentro do limite de detecção. Contudo, a análise radioquímica é quem se aproxima dos valores de referência, o que garante uma maior confiabilidade dos resultados. 7

8 Conclusão Duas técnicas de medição para a determinação da concentração de atividade de Ra 226 em águas foram descritas. Os métodos foram comparados em relação à precisão, limites de detecção e tempo de retorno. Todos os métodos para oradionuclídeo Ra-226concordam dentro da incerteza experimental. O método radioquímico, apesar de ser destrutivo, assegura uma maior confiabilidade nos resultados, visto que há a eliminação de interferentes da amostra. Além de ser uma análise direta. Já a análise espectrométrica pode ser utilizada para auxiliar ou determinarradionuclídeos gama, pois sua utilização, como método indireto na determinação de Ra-226, não gera confiança. 8

9 Referências BECEGATO, V. A. et al. Concentration of Radioactive Elements ( U, Th and K ) Derived from Phosphatic Fertilizers in Cultivated Soils. v. 51, n. December, p , EL-TAHER, A.; IBRAHEEM, A. A.; ABDELKAWY, S. Elemental analysis of marble used in Saudi Arabia by different nuclear analytical techniques. Applied Radiation and Isotopes, v. 73, p , GODOY, J. M. Determinação simultânea de Chumbo-210 e Isótopos de Radio em Amostras Ambientais GONZA, R.; BEYERMANN, M.; MIHALCEA, I. Ra and Ra determination in mineral waters Comparison of methods. v. 68, p , KORUN, M.; VODENIK, B.; ZORKO, B. Evaluation of gamma-ray spectrometric results near the decision threshold. Applied Radiation and Isotopes, v. 73, p. 1 8, LAURIA, D. C.; MARTINS, N. S. F.; ZENARO, R. Monitoração radiológica ambiental. Rio de Janeiro: IRD, PAPACHRISTODOULOU, C. A. et al. Use of HPGe γ -ray spectrometry to assess the isotopic compositiion of uranium in soils. v. 64, p ,