BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ
------------

LÊ THỊ TUYẾT TRINH

Đề tài:

XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ 226Ra VÀ 210Po
TRONG MỘT SỐ LOẠI PHÂN BÓN LÁ
KÍCH THÍCH TĂNG TRƯỞNG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Thành phố Hồ Chí Minh – Năm 2013


1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HCM
KHOA VẬT LÝ
------------

LÊ THỊ TUYẾT TRINH

Đề tài:

XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ 226Ra VÀ 210Po
TRONG MỘT SỐ LOẠI PHÂN BÓN LÁ

Cuối cùng cảm ơn các bạn đã quan tâm, chia sẻ suốt thời gian qua.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2013

LÊ THỊ TUYẾT TRINH


3

MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................3
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...................................................6
DANH MỤC HÌNH VẼ ..............................................................................................7
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................8
LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ RADIUM ..........................................................10
1.1.Giới thiệu .........................................................................................................10
1.1.1.Nguồn gốc của radium ..............................................................................10
1.1.2.Chuỗi phân rã và các đồng vị phóng xạ của 226Ra ....................................10
1.2.Đặc tính ............................................................................................................14
1.2.1.Radium kim loại ........................................................................................14
1.2.2.Trạng thái oxi hóa......................................................................................14
1.3.Hợp chất không tan và tan của radium ............................................................15
1.3.1.Hợp chất không tan của radium ................................................................15
1.3.2.Hợp chất tan của radium............................................................................16
1.4.Radium trong phân bón ...................................................................................16
1.5.Ảnh hưởng radium đến sức khỏe con người và môi trường ............................17
1.6.Các phương pháp xác định 226Ra .....................................................................17
1.6.1.Các phương pháp tạo mẫu phân tích 226Ra ................................................18
1.6.2.Các phương pháp đo mẫu phân tích 226Ra.................................................20
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ POLONIUM ....................................................22

4.1.Giới thiệu về phân bón kích thích tăng trưởng ...............................................39
4.2.Thực nghiệm ....................................................................................................39
4.2.1.Dụng cụ, thiết bị và hóa chất .....................................................................39
4.2.1.1.Dụng cụ ...............................................................................................39
4.2.1.2.Thiết bị ................................................................................................40
4.2.1.3.Hóa chất ..............................................................................................40
4.2.2.Xác định nồng độ 226Ra trong mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng ...40
4.2.2.1.Cách tạo đĩa MnO 2 .............................................................................40
4.2.2.2.Quá trình hấp thụ 226Ra trên đĩa MnO 2 ...............................................42
4.2.3.Xác định nồng độ 210Po trong mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng ...45


5

4.2.3.1.Mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng dạng rắn ..............................45
4.2.3.2.Mẫu phân bón lá kích thích tăng trưởng dạng lỏng ............................46
4.3.Phương pháp tính toán số liệu thực nghiệm ....................................................47
4.3.1.Xác định nồng độ 226Ra và 210Po trong mẫu phân bón lá dạng lỏng .........47
4.3.2.Xác định nồng độ 226Ra và 210Po trong mẫu phân bón lá dạng rắn ...........48
4.4.Kết quả thực nghiệm: .......................................................................................49
KẾT LUẬN ...............................................................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................54
PHỤ LỤC ..................................................................................................................56


6

Ac

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Fr

Francium

Ni

Nikel

Pa

Protactinium

Pb

Chì

Po

Polonium

Si

Silic

Ra

Radium

Rn



PIPS

Passsivated Implanted Planar Silicon

SSB

Surface Barrier Detector

Multi Channel Analyzer


7

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Chuỗi phóng xạ tự nhiên uranium-238.....................................................11
Hình 1.2: Chuỗi phóng xạ tự nhiên uranium-235.....................................................12
Hình 1.3: Chuỗi phóng xạ tự nhiên thorium-232 .....................................................13
Hình 1.4: Quá trình bay hơi ......................................................................................18
Hình 1.5: Quá trình tách chiết hóa học .....................................................................19
Hình 1.6: Quá trình hấp thu 226Ra trên đĩa MnO 2 ....................................................20
Hình 2.1: Chuỗi phóng xạ tự nhiện 238U phân rã thành 210Po ..................................24
Hình 3.1: Hệ đo Alpha Analyst tại Bộ môn Vật lý Hạt nhân – ĐH KHTN .............30
Hình 3.2: Sơ đồ hệ đo Alpha Analyst .......................................................................31
Hình 3.3: Máy hút chân không .................................................................................31
Hình 3.4: Buồng đo ..................................................................................................31
Hình 3.5: Đầu dò PIPS .............................................................................................32
Hình 3.6: Cấu tạo đầu dò PIPS .................................................................................33
Hình 4.1: Đĩa trước khi ngâm KMnO 4 .....................................................................41
Hình 4.2: Đĩa sau khi ngâm KMnO 4 ........................................................................41

LỜI MỞ ĐẦU
Kinh tế nước ta bắt nguồn từ nền nông nghiệp. Nếu trước kia, ta chỉ sản xuất
dựa trên những công cụ, giống cây trồng cùng phương thức chăm sóc truyền thống
thì ngày nay với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật đã tạo ra những
công cụ sản xuất nông nghiệp hiện đại giảm sức lao động của con người và thông
qua quá trình nghiên cứu lai tạo giống đã góp phần nâng cao phẩm chất nông sản.
Ngoài ra, một yếu tố hết sức quan trọng quyết định năng suất trồng trọt mà chúng ta
phải kể đến đó là quá trình chăm bón của nhà nông. Tùy giai đoạn phát triển mà nhà
nông sẽ lựa chọn loại phân bón thích hợp.
Một trong những loại phân bón được sử dụng rộng rãi ngày nay là phân bón lá
kích thích tăng trưởng bởi nó mang lại lợi nhuận cao vì làm cho cây trồng tăng
trưởng nhanh, cho nhiều hoa, trái đẹp....chỉ trong thời gian ngắn. Vậy thì khi chúng
ta sử dụng các loại phân bón lá kích thích cây tăng trưởng thì có ảnh hưởng gì đến
sức khỏe?
Một trong những mặt đáng lo ngại khi sử dụng phân bón đó là nồng độ phóng
xạ có trong chúng. Trong đó, 226Ra và 210Po là những đồng vị phóng xạ tự nhiên có
ảnh hưởng trực tiếp đến với sức khỏe con người.
Với mục đích xác định nồng độ

226

Ra và

210

Po bằng cách hấp thụ

226

Ra trên

khoáng sản dưới đại dương…. Ngoài ra, radium còn được xem như là chất đánh dấu
tự nhiên do sự phân bố khác biệt của đồng vị này trong môi trường khác nhau, được
ứng dụng trong việc nghiên cứu các loại đất đá, khảo sát tương tác giữa nước bề
mặt và nước ngầm, theo dõi dòng chảy của nước cũng như xác định nguồn nước
gốc… [2], [4].
1.1.2. Chuỗi phân rã và các đồng vị phóng xạ của 226Ra [8]
Radium có bốn đồng vị chính là:

223

Ra,

224

Ra,

226

Ra,

Ra được trình bày

228

trong Bảng 1.1. Các đồng vị này được tìm thấy trong cả ba chuỗi phóng xạ tự nhiên
xuất phát từ 238U, 232Th, 235U.


11


5,789

220

226

1600 năm

Alpha

4,78

222

228

5,8 năm

Beta

0,046

228

Ra
Ra
Ra
Ra

Hình 1.1: Chuỗi phóng xạ tự nhiên uranium-238

Hình 1.3 trình bày chuỗi phóng xạ tự nhiên thorium-232: Trong quá trình

phân rã tạo 228Ra có chu kì bán rã 5,75 năm và 224Ra có chu kì bán rã 3,7 ngày.

Hình 1.3: Chuỗi phóng xạ tự nhiên thorium-232
Đặc điểm chung của ba chuỗi phóng xạ tự nhiên là:
Hạt nhân thứ nhất trong chuỗi (hạt nhân mẹ) là đồng vị sống rất lâu. Tất cả các



hạt nhân con trong mỗi chuỗi đều có chu kì bán rã nhỏ hơn nhiều so với hạt nhân
mẹ nên chuỗi cân bằng phóng xạ trường kì. Khi đó, hoạt độ phóng xạ của các hạt
nhân trong chuỗi cân bằng nhau và bằng hoạt độ phóng xạ của hạt nhân mẹ.
Mỗi chuỗi đều có một thành viên dưới dạng khí phóng xạ, chúng là các đồng



vị khác nhau của khí radon: ví dụ như trong chuỗi của
235

U là 219Rn, trong chuỗi 232Th là 220Rn…

238

U là

222

Rn, trong chuỗi


11400C

Điệng trở suất

1µΩM (ở 200C)

Độ dẫn điện

18,6 W/mK (ở 270C)
Radium có màu bạc, mềm, phóng xạ

Tính chất vật lý

mạnh.
Bị oxi hóa khi tiếp xúc với không khí do
tác dụng với nitơ tạo ra Ra 3 N 2 có màu

Tính chất hóa học

đen

1.2.2. Trạng thái oxi hóa
Cấu hình electron của nguyên tố radium trung tính ở trạng thái cơ bản là:
1s 2
2s 2 2p 6
3s 2 3p 6 3d 10
4s 2 4p 6 4d 10 4f 14
5s 2 5p 6 5d 10
6s 2 6p 6
7s2

RaCrO 4

Tan ít hơn BaCrO 4

CO2−
3

RaCO 3

Ít tan

IO

−
3

Tính tan trong các hợp
chất khác
Không tan trong axít loãng,
tan trong axít H 2 SO 4đặc
Tan trong axít mạnh, không
tan trong dung dịch Na 2 CO 3
Tan trong axít loãng

0,176 g/L ở O0C
Ra(IO 3 ) 2

0,437 g/L ở 250C

Tan trong hỗn hợp muối

Nguyên tố radium tác dụng mạnh với nước tạo ra hydroxit hòa tan Ra(OH) 2 .
Radium còn có khả năng liên kết với gốc axít, với nhiều nguyên tố khác, đặc biệt là
nhóm halogen để tạo ra muối tan như là RaCl 2 , RaBr 2 …. các muối RaCl 2 , RaBr 2 ,
Ra(NO 3 ) 2 tan nhiều trong nước nhưng tính tan của chúng sẽ giảm khi tăng nồng độ
axít vô cơ tương ứng.


Muối RaBr 2 : RaBr 2 có độ tan là 70,6g trong 100g nước, nóng chảy ở nhiệt độ

728oC và bị phân hủy ở nhiệt độ cao. Nếu muối RaBr 2 được giữ trong ống nghiệm
từ sáu tháng trở lên sẽ tạo ra hiệu điện thế giữa muối và ống thủy tinh gây nổ khi
ống chịu một tác động bên ngoài.


Muối RaCl 2 : Có độ tan là 24,5g trong 100g nước. RaCl 2 là hợp chất không

màu tự phát sáng khi để lâu trở thành màu vàng nhạt, nếu có lẫn barium thì nó có
màu đỏ. RaCl 2 cháy với ngọn lửa màu đỏ, quang phổ gồm hai vạch sáng trong vùng
màu đỏ, một vạch sáng trong vùng màu xanh, hai vạch sáng yếu trong vùng màu
tím.
Dựa vào tính tan trong nước của muối radium và muối barium, người ta dùng
phương pháp chưng cất phân đoạn và phương pháp kết tủa để tách riêng radium và
barium.
1.4. Radium trong phân bón [6], [9], [10]
Phosphate được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất phân bón có chứa hạt
nhân phóng xạ uranium, thorium, và các sản phẩm phân rã của chúng trong đó có
radium. Do đó, khi sản xuất phân bón sẽ có một lượng radium nhất định trong nó.
Mà radium là một nhân phóng xạ với đồng vị 226Ra có chu kỳ phân rã dài kèm theo
các sản phẩm phân rã của nó là


cụ bảo hộ cần thiết để đảm bảo an toàn. 226Ra có đặc điểm hóa học giống với canxi,
nếu 226Ra tồn tại trong xương thì sẽ gây tổn hại lớn cho xương như ung thư xương,
thoái hóa xương… Hạt alpha phát ra trong chuỗi phân rã của

Ra ở trong cơ thể

226

con người có thể phá hủy các tế tào trong cơ thể và làm tăng khả năng gây ung thư
phổi. Các kho cất giữ radium phải được thông gió tránh tích tụ khí radon.
Tác động của phân bón đến môi trường phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu, quy
trình sản xuất và xử lý chất thải …đây là những nguyên nhân tạo ra một lượng khí
thải phóng xạ vào không khí, lượng chất thải dạng rắn như canxi sulfalt (hay còn
gọi là phosphogypsum) vào nước…Vì vậy, chúng ta cần nỗ lực để giảm thiểu lượng
chất thải gây ô nhiễm ra môi trường sống.
1.6. Các phương pháp xác định 226Ra
Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của những kỹ thuật phân tích
các đồng vị phóng xạ nói chung và

Ra nói riêng có thể được xác định bởi nhiều

226

phương pháp khác nhau. Mỗi phương pháp sẽ có những đặc điểm nhất định về độ
nhạy, thời gian tiến hành, phạm vị ứng dụng. Vì vậy, việc lựa chọn phương pháp
nào là tùy thuộc vào các yếu tố như:
-

Thể tích mẫu và hàm lượng phóng xạ trong mẫu


Nhược điểm: Còn tồn tại trong mẫu một số nguyên tố làm cho phổ ghi nhận
được có độ phân giải thấp ảnh hưởng đến việc đánh giá chính xác kết quả đo.
Phổ alpha có độ phân

Quy trình bốc bay
N

Hình 1.4: Quá trình bay hơi

giải kém

E

 Phương pháp tách hóa học:
Ưu điểm: Quá trình tách hóa: sử dụng phương pháp này sẽ loại bỏ đi nhiều
nguyên tố không mong muốn, giữ lại trong mẫu nguyên tố mà ta quan tâm nên kết
quả đo là tối ưu.
Nhươc điểm: Tuy nhiên quá trình tách hóa diễn ra phức tạp tốn kém nhiều
thời gian, công sức và kinh phí.


19

Quá trình tách chiết hóa học

Phổ ghi nhận

N

E

Ưu điểm: Dễ dàng đo các mẫu phân bón có nồng độ 226Ra cao, có thể đo đồng
thời và độc lập các đồng vị của 226Ra.
Nhược điểm: Không đo được những mẫu có nồng độ 226Ra thấp, thời gian đo
quá lâu, thể tích mẫu cần đo lớn (khoảng 1lít), không thể sử dụng để đo với số
lượng mẫu lớn.
 Xác định 226Ra bằng hệ nhấp nháy lỏng:
Ưu điểm: Đo các mẫu phân bón có nồng độ 226Ra cao, có thể đo đồng thời và
độc lập các đồng vị của 226Ra.
Nhược điểm: Mất khá nhiều thời gian và công sức, độ phân giải của phổ thu
được rất kém cần phải hiệu chỉnh phổ bằng những thuật toán khác nhau để thu được
phổ như mong muốn.
 Xác định 226Ra bằng hệ đo Alpha Analyst:
Ưu điểm:
- Xác định trực tiếp các đồng vị phóng xạ, không mất thời gian chờ quá trình
cân bằng phóng xạ từ các đồng vị con cháu như phương pháp hệ phổ kế gamma. Do
đó, sẽ tiết kiệm được thời gian phân tích và cho kết quả chính xác.
- Detector bán dẫn PIPS có nền phông phóng xạ thấp, độ phân giải năng lượng
cao, dễ sử dụng, không yêu cầu cao thế hay việc làm mát detector như phổ kế
gamma.
- Giới hạn phát hiện tốt hơn hệ phổ kế gamma, do đó rất thích hợp để phân
tích các đồng vị phóng xạ trong môi trường.
- Thể tích mẫu đo nhỏ khoảng 150-200 mL.
Nhược điểm:


21

-

Xác định 226Ra thông qua phóng xạ alpha, cần phải chế tạo mẫu mỏng đều để


210

Po. Phương pháp thứ

210

hai là dùng một máy tăng tốc để bắn hạt proton vào những nguyên tử bismuth. Nhờ
có thêm một proton, đồng vị
Khi phân rã,

Bi trở thành đồng vị

209

Po biến thành đồng vị

210

210

Po.

Pb, một đồng vị bền không phát xạ.

206

Mỗi hạt alpha phát ra từ phản ứng phân rã trên có năng lượng bằng 5,307 MeV. Từ
đó có thể tính được công suất của một gram polonium lên tới 140 watt. Công suất
đó mạnh đến nỗi làm cho một khối polonium lúc nào cũng nóng và vùng khí xung

vì vậy mà người ta chỉ quan tâm đến

208

Po,

209

Po và nhất là

Po được trình bày

210

trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1: Các đồng vị polonium [14]
Đồng vị
208

Po

209

Po

Chu kỳ bán
rã
2,9 năm
102 năm



Chế tạo

Bi(d,3n)…

Bi(d,2n)…
Bi(n ,β)

210

Po

138,38 ngày

Αlpha

5,307

99,9%

Bi(p,γ)
Bi(He-3,d)
Pb(α,2nγ)…


24

Hình 2.1: Chuỗi phóng xạ tự nhiện
-