Determinação de Atividades Alfa e Beta Total em Água para Consumo Humano por LSC

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1 Determinação de Atividades Alfa e Beta Total em Água para Consumo Humano por LSC Raquel M. Mingote ; Heliana F. Costa; Giullia Vavassori Centro Regional de Ciências Nucleares do Centro-Oeste (CRCN-CO) Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) mingote@cnen.gov.br

2 Visão Geral Introdução 1 Introdução Avaliação da Radioatividade em Águas LSC e a análise de alfa e beta total 2 3 Área de Estudo Procedimento Analítico para Alfa e Beta Total por LSC 4 5

3 Avaliação da Radioatividade em Águas LSC e a análise de alfa e beta total Radioatividade em Águas para Consumo Humano Alfa e beta total é uma triagem para avaliação da radioatividade. 226 Ra (α) 228 Ra (β) Urânio (α) 40 K (β) Radiológico Toxicidade Química K Natural No Brasil, a Portaria MS n. 2914/2011 dispõem sobre a qualidade da água para consumo humano e estabelece os valores de referência de 0,5 Bq/L para alfa total, de 1,0 Bq/L para beta total e 30 µg/l para Urânio.. Água de torneira

6 Avaliação da Radioatividade em Águas LSC e a análise de alfa e beta total LSC - Espectrometria de Cintilação em Meio Líquido LSC: alternativa ao contador proporcional de fluxo gasoso. Processo básico da técnica LSC Radionuclídeo α,β Coquetel Cintilador hν Detecção Em julho de 2010 foi lançada a norma ISO 11704:2010 Water quality - Measurement of gross alpha and beta activity concentration in non-saline water - Liquid scintillation counting method. Norma ISO 11704:2010 Pré-concentração ph 2,7± 0,2 200 ml Levar à 20 ml 8 ml ph 1,7± 0,2 12 ml LSC, α/β Coquetel LSC

7 Avaliação da Radioatividade em Águas LSC e a análise de alfa e beta total LSC - Espectrometria de Cintilação em Meio Líquido LSC: alternativa ao contador proporcional de fluxo gasoso. Processo básico da técnica LSC Radionuclídeo α,β Coquetel Cintilador hν Detecção Em julho de 2010 foi lançada a norma ISO 11704:2010 Water quality - Measurement of gross alpha and beta activity concentration in non-saline water - Liquid scintillation counting method. Norma ISO 11704:2010 Pré-concentração ph 2,7± 0,2 200 ml Levar à 20 ml 8 ml ph 1,7± 0,2 12 ml LSC, α/β Coquetel LSC

8 Objetivos 1 Implementar uma metodologia para determinação de alfa e beta total em água para consumo humano por LSC. 2 Avaliar a radioatividade de águas de abastecimento público da Região Metropolitana de Goiânia RMG-GO. A Região Metropolitana de Goiânia RMG-GO compreende 20 municípios e é a região mais populosa de Goiás com hab, 293,76 hab/km 2 e 36,2% da população de Goiás [IBGE, Censo 2010].

9 Objetivos 1 Implementar uma metodologia para determinação de alfa e beta total em água para consumo humano por LSC. 2 Avaliar a radioatividade de águas de abastecimento público da Região Metropolitana de Goiânia RMG-GO. A Região Metropolitana de Goiânia RMG-GO compreende 20 municípios e é a região mais populosa de Goiás com hab, 293,76 hab/km 2 e 36,2% da população de Goiás [IBGE, Censo 2010].

10 : Área de Estudo Área de Estudo Procedimento Analítico para Alfa e Beta Total por LSC Águas de abastecimento público: 24 amostras foram coletadas em 2010 (Jul, Set e Out) e 2011 (Abr. e Mai) nas saídas de ETA (Estação de Tratamento de Água), em 15 municípios da RMG-GO, para análise de alfa total e beta total.

11 Área de Estudo Procedimento Analítico para Alfa e Beta Total por LSC : Procedimento Analítico Revisão das Metodologias para alfa total e beta total em águas por LSC. Cálculos segundo a norma ISO 11704:2010. Equipamento e consumíveis: Espectrômetro α/β Optiphase Hisafe 3 Frasco PE : Programa Nacional de Intercomparação de Radionuclídeos em Amostras Ambientais (PNI/IRD/CNEN).

14 Introdução Pré-concentração térmica (ISO 11704:2010): Inviável. Conservação em ph<2 e pré-concentração necessária (Atividade Mínima Detectável) Pré-concentração: Baixa reprodutibilidade 1. Concentração 10x 8 ml ph, HNO 3 2. À secura ácido 0,01 mol/l Dissolução Efeito do ácido: Optou-se por HCl 0,1 mol/l. Meio clorídrico é mais adequado para α/β total (baixas interferências τ). Em HNO 3 (ph <2), a interferência τ α é afetada por pequenas variações de ph. Coquetel de cintilação: Optiphase Hisafe 3 é menos sensível ao quenching e à interferência τ β quando comparado aos coquetéis Ultima Gold.

17 Cuidados para Contagem Procedimento implementado 100 ml Levar à secura 4x 2 ml = 8 ml HCl 0,1 mol/l 12 ml OPHisafe 3 24 h repouso LSC/PSA 7 dias Tempo entre pré-concentração e medição: Influi nos resultados de alfa e beta total, independente do método ( 226 Ra e seus filhos). As águas por nós analisadas mostram atividades <AMD. Contagem >Bkg Espectros (Ra e filhos) Novo Preparo 48 h Confirma Frasco (PE, PE/Teflon, Vidro), Equipamento (Quantulus, Tri-Carb, Triather), Efeito do tempo entre o preparo da amostra e a medição.

18 Cuidados para Contagem Procedimento implementado 100 ml Levar à secura 4x 2 ml = 8 ml HCl 0,1 mol/l 12 ml OPHisafe 3 24 h repouso LSC/PSA 7 dias Tempo entre pré-concentração e medição: Influi nos resultados de alfa e beta total, independente do método ( 226 Ra e seus filhos). As águas por nós analisadas mostram atividades <AMD. Contagem >Bkg Espectros (Ra e filhos) Novo Preparo 48 h Confirma Frasco (PE, PE/Teflon, Vidro), Equipamento (Quantulus, Tri-Carb, Triather), Efeito do tempo entre o preparo da amostra e a medição.

19 Efeito dos padrões na determinação de α/β total Padrões de energia próxima àquela dos radionuclídeos da amostra. Alfa: τ α é maior para menores energias. 236 U Naturais E=4,494 MeV 241 Am Beta: ε β depende da energia do emissor. Artificiais E α =5,485 MeV;84,6% 90 Sr/ 90 Y Ampla faixa de energias 40 K Águas naturais max =0,546;E max Y =2,284 MeV) E Sr E β max=1,312 MeV 14,00 2,00 Taxa de contagem, cpm 12,00 10,00 8,00 6,00 4, Am Taxa de contagem, cpm 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 90 Sr 90 Y 2,00 0,40 0,20 τ β τ α 0,00 0, Canal Canal

20 Efeito dos padrões na determinação de α/β total Padrões de energia próxima àquela dos radionuclídeos da amostra. Alfa: τ α é maior para menores energias. 236 U Naturais E=4,494 MeV 241 Am Beta: ε β depende da energia do emissor. Artificiais E α =5,485 MeV;84,6% 90 Sr/ 90 Y Ampla faixa de energias 40 K Águas naturais max =0,546;E max Y =2,284 MeV) E Sr E β max=1,312 MeV 14,00 2,00 Taxa de contagem, cpm 12,00 10,00 8,00 6,00 4, Am Taxa de contagem, cpm 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 90 Sr 90 Y 2,00 0,40 0,20 τ β τ α 0,00 0, Canal Canal

21 Efeito da Janela de Contagem e Discriminação α/β Janela de contagem: a janela alfa inclui uma ampla faixa de emissores alfa e a janela beta inclui emissores beta de E >0,2 MeV. Para resultados α/β total comparavéis a outras técnicas. Parâmetro de discriminação de pulsos (PSA): 241 Am e 90 Sr/ 90 Y PSA=80 (minimização da τ total): Assim, o PSA foi deslocado para um valor inferior, estando mais adequado para avaliação de radioatividade natural. Interferência, % 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 τ τ α As interferências τ α e τ β não foram consideradas no cálculo das atividades (<5%). τ β 1,0 0, PSA Interferências vs. PSA

22 Efeito da Janela de Contagem e Discriminação α/β Janela de contagem: a janela alfa inclui uma ampla faixa de emissores alfa e a janela beta inclui emissores beta de E >0,2 MeV. Para resultados α/β total comparavéis a outras técnicas. Parâmetro de discriminação de pulsos (PSA): 241 Am e 90 Sr/ 90 Y PSA=80 (minimização da τ total): Assim, o PSA foi deslocado para um valor inferior, estando mais adequado para avaliação de radioatividade natural. Interferência, % 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 τ τ α As interferências τ α e τ β não foram consideradas no cálculo das atividades (<5%). τ β 1,0 0, PSA Interferências vs. PSA

23 Parâmetros de calibração Parâmetro Valor Padrão de calibração Alfa= 241 Am, Beta= 90 Sr/ 90 Y Janelas de contagem Alfa= ; Beta= Discriminação alfa/beta PSA= 80 Interferência, % Alfa, τ α = 1,7±0,2; Beta, τ β = 2,5±0,3; Total, τ= 4,2±0,5 Eficiência, % Alfa, ε α = 99,9±1,1; Beta, ε β = 70,0±0,6 Background, cpm Alfa, Bkgα= 0,83±0,24; Beta, Bkgβ= 4,18±0,45 Tempo de contagem 270 minutos: 3 ciclos, 3 rep. 30 m. Incertezas= 1 desvio padrão. Padrões: 2 períodos de intervalo de 7 dias. HCl 0,1 mol/l : Optiphase Hisafe 3 = 8:12 ml, frasco de PE.

24 Atividades α/β Total em Águas Tratadas da RMG-GO Observou-se, em todas as amostras, atividades abaixo das AMD, α <0,04 Bq/L e β <0,12 Bq/L. Estes valores estão em acordo com a ocorrência de 226 Ra (<0,004 0,023 Bq/L, águas subterrâneas) e 40 K (0,02 0,06 Bq/L, águas de ETA) em águas desta região. As águas tratadas da RMG-GO encontram-se dentro dos padrões de radioatividade da Portaria MS n 2914/2011 (α < 0,5 Bq/L e β < 1 Bq/L).

25 Desempenho no PNI/IRD/CNEN: α total Para α total o desempenho foi satisfatório ( D 2). Rodada Alfa Total (Bq/L) Referência Experimental D CV Ago ,860±0,170 0,902±0,036 0,43 4 Dez ,250±0,250 1,246±0,019-0,03 2 Abr ,520±0,100 0,526±0,001 0,11 0 Ago ,050±0,210 1,054±0,035 0,03 3 D= Desvio normalizado, D = Exp Ref sd Ref /, utilizado como parâmetro de avaliação. 3 CV= Coeficiente de variação, CV=(sdExp/Exp) 100%. CV, D 0 melhor o desempenho D 2 bom desempenho. 3 D 2 resultados aceitáveis advertência D 3 o sistema de análise está fora de controle.

26 Desempenho no PNI/IRD/CNEN: β total Rodada Beta Total (Bq/L) Referência Experimental D CV Ago ,380±0,280 1,006±0,104 a -2, ,235±0,085 b -0,89 7 Dez ,210±0,440 2,145±0,139 b -0,26 6 Abr ,960±0,190 0,942±0,020 b -0,16 2 a,b Janela de contagem beta: (a) , β subestimado; (b) Ajustes na calibração: Espectro β sugere 137 Cs, nova janela de contagem ( canais) com ε β = 0,02 90% e bom desempenho. 0,00 Taxa de contagem, cpm 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 Beta Alfa Canal

27 Desempenho no PNI/IRD/CNEN: β total Rodada Beta Total (Bq/L) Referência Experimental D CV Ago ,380±0,280 1,006±0,104 a -2, ,235±0,085 b -0,89 7 Dez ,210±0,440 2,145±0,139 b -0,26 6 Abr ,960±0,190 0,942±0,020 b -0,16 2 a,b Janela de contagem beta: (a) , β subestimado; (b) Ajustes na calibração: Espectro β sugere 137 Cs, nova janela de contagem ( canais) com ε β = 0,02 90% e bom desempenho. 0,00 Taxa de contagem, cpm 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 Beta Alfa Canal

28 Introdução Dentre os fatores que afetam a exatidão/precisão dos resultados de alfa e beta total por LSC destacam-se: pré-concentração térmica, tipo de ácido e parâmetros de calibração (padrão, janela). A análise espectral permite otimizar a medição.