Экспрессные методы определения радиоактивности пищевых продуктов, воды и других объектов окружающей среды

Экспрессные методы определения радиоактивности в любых объектах позволяют измерять удельную активность пробы или поверхностное радиоактивное загрязнение непосредственно (экспрессно) без так называемого обогащения измеряемых проб, то есть без концентрирования радиоактивных веществ в материале пробы (выпаривания, озоления, прессования, химического обогащения и т. д.).

В лабораториях СЭС, Госагропрома, Укоопсоюза, торговых организаций и других министерств и ведомств в настоящее время используют «Методику экспрессного определения объемной и удельной активности бета-излучающих нуклидов в воде, продуктах питания, продукции растениеводства и животноводства методом «прямого» измерения «толстых» проб.

В ней можно выделить пять основных операций:

Отбор и подготовка проб исследуемого материала к измерениям. Для системного анализа ваших исследований на протяжении нескольких месяцев или ряда лет следует завести журнал, в котором записывать дату, вид измеряемой продукции, тип прибора (он у вас через год-два может поменяться), место отбора проб (например, в каком лесу и когда собраны грибы, ягоды и т. д.) и результаты измерений (расчетов).

Отбор проб растений производят, как правило, на тех же участках, что и пробы почв. Для получения объединенной пробы растений массой 0,5—1 кг натуральной влажности, рекомендуется отбирать не менее 8—10 точечных проб. Надземную часть травяного покрова срезают острым ножом или ножницами (не засоряя почвой), укладывают в полиэтиленовый мешочек, вкладывают этикетку из картона или плотной бумаги, на которой отмечают название растения, фазу вегетации, место отбора, вид отбираемой продукции и дату.

Нижняя часть растений часто загрязнена почвой. В этом случае либо нужно срезать растения выше, либо тщательно отмыть материал дистиллированной водой. С посевов сельскохозяйственных культур следует брать пробы по диагонали поля или ломанной кривой. Объединенную пробу составляют из 8—10 точечных проб, взятых либо из наземной части растений или раздельно — стеблей и листьев, плодов, зерна, корнеплодов, клубнеплодов.

Отбор проб зерна производят по всей глубине насыпи зерна или мешка. Ручным щупом точечные пробы отбирают из верхнего и нижнего слоев, касаясь щупом дна. Общая масса точечных проб при отборе должна быть не менее 1 кг. Зерно перемешивают.

Пробы клубнеплодов и корнеплодов отбирают из буртов, насыпей, куч, автомашин, прицепов, вагонов, барж, хранилищ и непосредственно из земли. Пробы отбирают от однородной партии любого количества, одного сортотипа, заготовленного с одного поля, хранящегося в одинаковых условиях.

Точечные пробы отбирают по диагонали боковой поверхности бурта, насыпи, куч через равные расстояния на глубине 20— 30 см. Клубни и корнеплоды берут в трех точках подряд.

Среднюю пробу для анализа выделяют из объединенной, масса ее должна быть 1 кг.

Отбор проб травы и зеленой массы. С пастбищ или сенокосных угодий пробы отбирают непосредственно перед выпасом животных или скашиванием на корм, для чего на выбранном для отбора проб участке выделяют 8—10 учетных площадок размером 1 или 2 м2, размещая их по диагонали участка. Травостой скашивают (срезают) на высоте 3—5 см. Полученную со всех точечных проб или учетных площадок зеленую массу собирают на полог, тщательно перемешивают и расстилают ровным слоем, получая таким образом объединенную пробу, из которой отбирают среднюю пробу для анализа. Для составления средней пробы, масса которой должна быть 1 кг, траву берут порциями по 100 г из 10 различных мест.

Пробы грубых кормов, хранящихся в скирдах, стогах отбирают по периметру скирд, стогов на равных расстояниях друг от друга на высоте 1—1,5 м от поверхности земли со всех доступных сторон с глубины не менее 0,5 м.

Отбор проб продуктов (круп, бобовых, семян и т. п.) аналогичен методам отбора проб зерна. Яблоки, помидоры, баклажаны и др. отбирают по методу отбора корнеплодов и т. п. Из небольших партий продуктов (ягоды, зелень и т. п.) точечные пробы берут в четырех-пяти местах. Объединенная проба по весу или объему не должна превышать трехкратного количества, необходимого для измерения на соответствующем приборе.

Отбор молока и молочных продуктов производят из небольших емкостей (бидон, фляга и др.). Отбирают после перемешивания, а из крупных (цистерна, чан) — с разной глубины емкости кружкой с удлиненной ручкой или специальным пробоотборником. Величина средней пробы составляет 0,2—1 л и зависит от величины всей партии продукции.

Отбор проб мяса, органов сельскохозяйственных животных и птицы выполняют на убойных пунктах колхозов, совхозов, мясокомбинатах, рынках, в личных хозяйствах, а также магазинах.

Пробы мяса (без жира) от туш или полутуш отбирают кусками по 30—50 г в области четвертого-пятого шейных позвонков, лопатки, бедра и толстых частей спинных мышц. Общая масса пробы должна составлять 0,2—0,3 кг. Для специального лабораторного исследования отбирают также кости в количестве 0,3—0,5 кг (позвоночник и второе-третье ребро). Пробы внутренних органов животных отбирают в количествах: печень, почки, селезенка, легкие — 0,1 — 0,2 кг, щитовидная железа — весь орган. Птицу (цыплят) берут целыми тушками. Кур, индеек, уток, гусей — до 1/4 тушки. Количество проб определяется объемом и характером исследований.

Отбор проб рыбы производят на рыбокомбинатах, хладокомбинатах, рынках, в магазинах, а также при отлове — непосредственно в водоемах. Мелкие экземпляры рыб берут целыми тушками, крупные — только их среднюю часть. Исследованию подлежат все виды рыбы. Масса средней пробы составляет 0,3—0,5 кг. Количество проб определяется объемом и характером исследований.

Пробы яиц отбирают на птицефабриках, птицефермах совхозов, колхозов, на рынке, в магазинах и личных хозяйствах. Величина пробы — 2—3 яйца.

Отбор проб натурального меда производят на пасеках, в магазинах, на рынках, складах и базах хозяйств и потребкооперации.

Забор меда производят трубчатым алюминиевым пробоотборником (если мед жидкий) или щупом для масла (если мед плотный) из разных слоев продукции. Закристаллизованный мед отбирают коническим щупом, погружая его в мед под наклоном. При исследовании сотового меда из одной соторамки вырезают часть сота площадью 25 см2. Если сотовый мед кусковой, пробу берут в тех же объемах от каждой упаковки. После удаления восковых крышечек образцы меда помещают на сетчатый фильтр с диаметром ячеек не более 1 мм, вложенный в стакан, и ставят в духовку газовой плиты при температуре 40— 45 °С. Масса средней пробы — 0,2—0,3 кг.

Пробы шерсти, технической кости, рого-копытного, пушно-мехового сырья и шкур отбирают аналогично с последующим механическим дроблением или измельчением. Масса пробы — 100—200 г.

Отбор проб соков, сиропов, варенья, воды, компотов производят из перемешанной, однородной массы. Масса пробы — 100—200 г.

Пробы готовых мясных продуктов и колбасных изделий отбирают при их передаче в торговую сеть, непосредственно в магазинах или в местах хранения. Масса проб готовых мясных продуктов, полуфабрикатов и колбасных изделий составляет 200—300 г.

Отобранные пробы в необходимых случаях очищают, отмывают и измельчают. Пробы пищевых продуктов обрабатывают так, как на первом этапе приготовления пищи. Корнеплоды, клубнеплоды и картофель моют в проточной воде. С капусты удаляют несъедобные листья. Пищевую зелень, ягоды и фрукты также промывают проточной водой. Мясо и рыбу моют, с рыбы удаляют чешую и внутренности. С колбасных изделий снимают оболочку, с сыра— слой парафина. Подготовленные продукты измельчают при помощи мясорубки, терки, кофемолки и т. д. Пищевую зелень, траву, сено и т. д. измельчают ножом в эмалированной кювете.

Для измерения на радиометре «Бета» измельченный материал при помощи шпателя или ложки помещают в специальную кювету и уплотняют. Избыток с поверхности удаляют так, чтобы продукт находился на одном уровне с верхними краями корытца. При исследовании воды, молока и других жидких и пастообразных пищевых продуктов корытце заполняют контролируемой пробой.

Подготовка прибора к работе. Подготовка приборов «Бета», СРП-68-01 и других к измерению проб, радиоактивного загрязнения поверхностей или фона описаны в предыдущем разделе.

Измерения фона. Эту операцию осуществляют в пустой, чистой (продезактивированной) чашечке-корытце или же ее можно наполнить дистиллированной водой.

Фон измеряют перед началом исследования проб материала и по его окончанию. Если же проб много и измерения проводят длительное время, то повторные (промежуточные) замеры фона производят через каждые 2 ч работы. Затем все замеры фона суммируют и определяют его среднее значение, которое и используют при расчетах активности исследуемых материалов.

Замеры проб исследуемого материала. Подготовленную к исследованию пробу вставляют в свинцовый домик и в таких же условиях, как измерялся фон (одинаковое расстояние от счетчика и время замера) измеряют ее. На радиометре «Бета» и других приборах, как правило, производят одно измерение пробы в течение 1000 с или два замера по 100 с, или три —по 10 с и из двух более близких значений вычисляют среднее.

Правильное наполнение материалом пробы чашечки, кюветы или корытца позволяют потом автоматически переносить полученные значения удельной активности пробы к килограмму массы или литру объема исследуемого материала без дополнительных взвешиваний и перерасчетов. Это предусмотрено конструкцией прибора. Вот почему важно следить за правильным наполнением измеряемой емкости и не допускать недоливания (или недосыпания) материала пробы, так же как и перенаполнения.

Расчет радиоактивности пробы. Поскольку профессиональные радиометры непосредственно радиоактивность материала исследуемой пробы не измеряют, а определяют ее пропорциональную величину N (скорость счета импульсов, фиксируемых счетчиком прибора в единицу времени), то радиоактивность (удельную активность) определяют расчетным путем по формулам:

N = (NпрNф) / t; A = KN (или А = N/P

где Nпр — скорость счета частоты следования импульсов при измерении радиоактивного загрязнения «толстого» слоя пробы исследуемого материала (с учетом фона), имп.; Nф — средняя фоновая скорость счета (с пустой кюветой или наполненной дистиллированной водой), имп.; t — время измерения фона и пробы, с/мин); К — переводной коэффициент (берут из паспорта прибора), Ки . с (мин)/л (кг) . имп.; Р — чувствительность радиометра Р = 1/К; А — удельная объемная (Ки/л) или удельная массовая (Ки/кг) активность измеряемой пробы.

Примечание. Методом «толстого» слоя называют исследования таких проб, увеличение толщины которых уже не приводит к увеличению измеряемой величины. Основным достоинством метода является простота, быстрота и достаточная точность измерений (10-9— 10-4 Ки/л (Ки/кг)).

Пример. Допустим, что на радиометре «Бета» нужно замерить сухую заварку чая (грузинский, I сорт). На приборе Nф1 получилось равным 20 имп. за t=10 с, а Nф, = 19 и Nф = 21 имп. Среднее значение фона за 10 с измерений составит 20 имп.

Измеряем три раза в течение 10 с пробу чая. Получаем: Nпр =30 имп., Nпр2 = 34 и Nпр3 = 32 имп. Среднее значение Nпр = 32 имп.

По формуле N =

Nпр — Nф

=

32 —20

= 1,2 имп./с.

t

10

Коэффициент в данном случае равен:

К = 5,26 . 10-8 Ки . с/кг . имп.;

А = NК = 1,2 имп./с . 5,26 . 10-8 Ки . с/кг . имп. = 6,3 . 10-8 Ки/кг.

Допустимая норма для чая (сухой заварки) составляет 5 . 10-7 Ки/кг, таким образом видим, что замеренный нами чай находится в пределах нормы, т. е. почти в восемь раз ниже нормы.

Однако следует отметить, что в данную методику расчета Госстандартом СССР с 1988 г. внесено дополнение по учету естественного изотопа калий-40. Первая формула расчета активности приняла вид:

По формуле N =

Nпр — Nф

NК,

t

где NK выбирают из таблицы содержания калия-40 в различных продуктах и сырье[1].

Это изменение в расчетах объясняется тем, что в последние годы из-за чрезмерной химизации полей и в частности использования калийных удобрений в продукцию растениеводства и животноводства поступает значительное количество радиоактивного калия (калия-40), а следовательно, его удельный вес в измерениях радиоактивности продуктов стал значимым и подлежит учету.

Рассмотрим, как переводить одни величины в другие и какие имеются соотношения между отдельными дозиметрическими единицами. Например, между миллирентгенами и кюри, кюри и бэрами и т. д.

Это единицы совершенно разных физических величин, хотя все они характеризуют радиоактивность или ее воздействие и поэтому не имеют строгих математических соотношений. Ориентировочно, очень приблизительно и только для конкретного региона и «букета» радионуклидов из практики (на эмпирической основе) можно предложить некоторые соотношения. Так, уровень радиации (фон) и загрязненность для определенного района можно определить из соотношений, приведенных в табл. 4.

4. Соотношение уровня радиации и загрязненности земли

Фон, мР/ч

Загрязненность земли, Ки/км2

0,01

0,1

0,1

1

1

8

2

15

5

40

10

60

20

80

30

100

50

150

100

300

Зная уровень радиации в данном месте, можно ориентировочно судить о загрязненности радионуклидами данной местности, и наоборот.

Соотношения между одними и теми же величинами в традиционных единицах и единицах системы СИ строго регламентированы и их математические значения приведены в приложении1.

Пример. Допустим, дозиметром измеряли уровень радиации и получили значение 0,020 мР/ч (20 мкР/ч). Определим, какую же дозу от этого фона получит человек, находясь на улице одни сутки, месяц или год, умножив дозу за час на соответствующее время. Получим: за час — 20 мкР, сутки — 480 мкР, месяц —14 400 мкР, год — 172,8 мР.

Но так как человек определенное время (более 50 %) находится в служебном или жилом помещении, то естественно он получит меньшую дозу. Например, в помещении дозиметр показал значение 0,01 мР/ч (или 10 мкР/ч). Значит, он получит дозу: за сутки — 240 мкР, месяц —7200 мкР (7,2 мР), год — 86,4 мР.

Если допустить, что этот человек по роду работы и по условиям проживания в среднем за год 50 % времени находится на улице, а 50% — в помещении, то доза будет средней: за час 15 мкР, сутки — 360 мкР, месяц— 10800 мкР (10,8 мР), за год—130 мР. Ну, и если быть более точным, то человек получит не 130 мР, а 130 мбэр, так как бэр (биологический эквивалент рентгена) — это эквивалентная доза облучения человека.

А теперь определим коэффициент ослабления помещением фонового облучения человека на открытой местности. Возьмем те же значения: на улице фон — 20 мкР/ч, а в помещении — 10 мкР/ч:

Ковл = 20/10 = 2

т. е. данное помещение ослабляет внешнее облучение человека в два раза. Этот коэффициент еще называют коэффициентом защиты. В данном случае, мы вычислили коэффициент защиты от облучения человека стенами помещения.

Приведем эмпирическое соотношение по радиоактивности пищевых продуктов. Так, измеренная прибором «Поиск» (или другим) мощность экспозиционной дозы (МЭД), обусловленная гамма-излучающими радионуклидами пищевого продукта, в микрорентгенах в час может быть ориентировочно переведена в единицы удельной радиоактивности кюри на килограмм или кюри на литр:

МЭД, мкР/ч Актив-ность, ки/кг

3

2 . 10-8

7

5 . 10-8

13

1 . 10-7

25

2 . 10-7

50

4 . 10-7

100

8 . 10-7

125

1 . 10-6

250

2 . 10-6

375

3 . 10-6

500

4 . 10-6

Примечание. Данные для прибора «Поиск» (по эталону цезий-137) и для проб с плотностью, равной единице [15].

Из всех бытовых дозиметров и радиометров, предназначенных для населения, только прибор «Белла» проградуирован не в традиционных, а в международных единицах СИ — микрозивертах (единицах эквивалентной дозы). Ориентировочно их можно перевести в традиционные (микрорентгены). Обратимся к описанию прибора «Руководство по эксплуатации» и прилагаемым «Методическим указаниям», утвержденным заместителем директора Института биофизики Минздрава СССР академиком Л. А. Булдаковым 07.09.1989 г.

Диапазон измерений: 0,2—100 мкЗв/ч. Это соответствует: 20—10 тыс. мкР/ч. Для точного перевода: мкЗв=104 мкР.

Мощность дозы естественного фона составляет около 0,15 мкЗв/ч (15 мкР/ч) и в зависимости от местных условий может меняться в два раза.

Для населения, проживающего вблизи АЭС, Национальной комиссией по радиационной защите (НК.РЗ) установлен предел годовой дозы 5 мЗв, что соответствует 500 мбэр или 500 мР (т. к. бэр — это биологический эквивалент рентгена, 1 бэр = 1,04 Р).

Если радиоактивное загрязнение измеряемого пищевого продукта достигает 3700 Бк (»4 кБк), то показания прибора «Белла» возрастут от фона местности на 0,15 мкЗв/ч (15,6 мкР/ч). Это соответствует 1 . 10-7 Ки/кг (Ки/л) радиоактивного загрязнения и от потребления таких пищевых продуктов рекомендуется отказаться или ограничить их потребление в обычном рационе вдвое, вчетверо, в десять раз (в зависимости от степени загрязнения).

Эта последняя рекомендация Минздрава СССР обязательна для всех приборов: если измеряемое радиоактивное загрязнение равно 1 • 10~7 Ки/кг (Ки/л) и выше, то такие пищевые продукты употреблять в пищу взрослого человека (и особенно детей) нельзя. Они требуют или специальной переработки (см. рекомендации в III главе), очистки или «разбавления» чистыми продуктами.



[1] Из Методических рекомендаций МЗ УССР и АН УССР.


Другие статьи