Типы радиоактивных излучений

       Существует  множество приборов определения  активной кислотности (рН) продовольственных товаров, которые основаны на измерении электродвижущей силы элемента, состоящего из электрода сравнения с известной величиной потенциала и индикаторного электрода, потенциал которого обусловлен концентрацией ионов водорода в испытуемом растворе.

       К таким приборам относятся: рН-метр, ионометр, иономер, портативные рН-метры, цифровые рН-метры и др.  

       Все приборы для измерения рН состоят из двух основных элементов – измерительного прибора, шкала которого градуирована в единицах рН, с устройством для автоматической компенсации температуры и устройством для настройки и калибровки прибора по буферным растворам;  а также штатива с укрепленными электродами. В наиболее современных моделях портативных, цифровых рН-метрах вместо системы электродов используется один специальный ионоселективный электрод.

       При помощи рН-метра измеряют разность потенциалов между двумя электродами, помещенными в раствор. Основа – электрод, потенциал которого зависит от рН. Чаще всего используют стеклянный электрод, принцип действия которого основан в том, что некоторые типы боросиликатного стекла проницаемы для ионов Н⁺, но непроницаемы для любых других катионов или анионов. Если тонкий слой такого стекла поместить между двумя растворами с различными концентрациями ионов Н⁺, эти ионы будут диффундировать сквозь стекло из раствора с высокой концентрацией ионов водорода в раствор с низкой концентрацией. Стеклянный электрод содержит 0,1-молярный раствор соляной кислоты в контакте со стеклом, проницаемым для Н⁺ - ионов. К измерительному прибору его присоединяют проволокой, покрытой хлоридом серебра и погруженной в соляную кислоту (рис.1).

       Цепь  замыкается при погружении в раствор  электрода сравнения, который содержит пасту Hg/HgCl₂ в насыщенном растворе хлорида калия. Хлорид калия служит для создания контакта между Hg/HgCl₂ - полуэлементом и раствором, в котором проводят измерение.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       1 – измерительный прибор; 2 – электрод  сравнения; 3 – отверстие для заполнения  электрода хлоридом калия; 4 –  каломель (Hg/HgCl₂ в насыщенном растворе хлорида калия); 5 – кристаллы хлорида калия; 6 – пористая мембрана; 7 – раствор; 8 – стекло, проницаемое для ионов водорода; 9 – 0,1-молярный раствор соляной кислоты; 10 – серебряная проволока, покрытая хлоридом серебра; 11 – стеклянный электрод 

       Рисунок 1- Стеклянный электрод и электрод сравнения 

       Такой полуэлемент помещают в стеклянный корпус, непроницаемый для Н⁺ - ионов (его потенциал не зависит от рН). Электрический контакт между раствором хлорида калия внутри электрода сравнения и измеряемым раствором осуществляется с помощью тонкой нити или капилляра в стеклянном корпусе. Напряжение, измеряемое такой системой, является разностью потенциалов между стеклянным электродом и электродом сравнения.

       Схема pH-метра проста: обычно он состоит  из операционных усилителей обращения  конфигурации, дающих напряжение в  цепи около 17 в. Входное сопротивление прибора должно быть очень высоким — примерно от 20 до 1000 МОм, что обусловлено высоким сопротивлением зонда — стеклянного электрода, являющегося наиболее ответственным и важным элементом всех pH-метров. Инвертирующий датчик-усилитель преобразует малое напряжение зонда (0,059 вольт / pH) пропорционально единицам pH, которые затем вновь преобразуются до необходимого напряжения для активизации вольтметра, отображающего показания на шкале pH. Эти методические и схемотехнические приемы дают возможность проводить измерения ЭДС с высокой точностью вне зависимости от влияния внешних электростатических и электромагнитных помех, при любых, даже очень малых, значениях удельной электропроводности (УЭП) среды, вплоть до теоретически чистой воды. Для контроля и настройки режимов pH-метра используется пульт, соединённый с блоком электронного преобразования.

       При нейтральном pH (pH = 7) напряжение на выходе датчика равно 0 вольт. 0 * 17 + 7 = 7.

       При основном pH, напряжение на выходе датчика варьируется от 0 до 0,41 вольт (7 * 0,059 = 0,41). Например, pH 10 (на 3 ед. выше нейтрального), 3 * 0,059 = 0,18 вольт), выход усилителя — 0,18 * 17 + 7 = 10.

       При кислотном pH, напряжение на выходе датчика колеблется от −0,41 вольт до −0. Так, например, pH 4 (3 ед. ниже нейтрального), −3 * 0,059 = −0,18 вольт, выход усилителя — −0,18 * 17 + 7 = 4.

       Две главные настройки выполняются  при калибровке — устанавливается  усиление и смещения инвертирующего усилителя.

      Один  из видов рн-метра изображен в Приложении 1. 

       Принцип работы с прибором рН-метром несложен. Прибор  включают в сеть и прогревают не менее 30 мин. Перед проведением испытаний осуществляют проверку прибора по стандартным буферным растворам с рН 3,57; 4,00; 5,00; 6,88; 9,22 при температуре 20⁰С по прилагаемым к приборам инструкциям. После проверки электроды тщательно промывают дистиллированной водой.

       Затем концы электродов погружают в  предварительно подготовленный испытуемый раствор, и прибор указывает установившееся значение рН. 

       Электронным милливольтметром можно определить рН контролируемого раствора измеряя электродвижущую силу электродной системы, шкала которого градуирована в единицах рН.

       Также рН можно измерить при помощи индикаторной бумаги при смачивании ее с испытуемым раствором и на сравнении полученной окраски со шкалой сравнения. Данная величина рН устанавливается ориентировочно.

       Измерение рН колориметрическим методом основано на свойстве индикаторов изменять свою окраску в зависимости от рН раствора. Здесь используется универсальный индикатор, который состоит из смеси индикаторов, охватывающих зону перехода окраски в области рН от 3,0 до 11,0. Универсальный индикатор представляет собой смесь, состоящую из 0,1 г метилового красного, 0,2 г бромтимолового синего, 0,4 г фенолфталеина и растворенную в этаноле в мерной колбе вместимостью 500 см³.

       Колориметрический метод используют для установления приближенного значения рН неизвестного раствора с погрешностью 1,0-0,5. 

       3 Характеристика методов  определения радионуклидов  цезия-137 и стронция-90 в овощной продукции 

     В последнее время проблема безопасности пищевых продуктов приобрела  глобальный характер, поскольку одним  из основных факторов, определяющих здоровье людей и сохранение генофонда, является обеспечение безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов. Интенсификация сельскохозяйственного и промышленного производства, последствия Чернобыльской катастрофы привели к ухудшению экологической обстановки и увеличению риска загрязнения пищевых продуктов вредными для организма человека химическими соединениями. Негативное влияние на здоровье человека оказывает присутствие в пищевых продуктах веществ, не обладающих пищевой и биологической ценностью или токсичных. 

     Со  времени освоения человеком ядерной  энергии в биосферу начали поступать  радионуклиды, образующиеся на атомных  электростанциях (АЭС), при производстве ядерного топлива и испытаниях ядерного оружия. Таким образом, встал вопрос об искусственных радионуклидах  и особенностях их влияния на организм человека. К таким радионуклидам  относят: ¹⁴С, ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ¹⁰⁶Ru, ¹⁴⁴Ce, ¹³¹I, ⁹⁵Zr и др.

     В результате аварии на Чернобыльской  АЭС были выброшены в атмосферу  продукты деления, благородные газы, реакторное топливо, графит. Более тяжелые  вещества выпали вблизи самой АЭС, а  легкие продукты деления в виде радиоактивных  облаков были отнесены на север и  запад. Самые легкие вещества были подняты  на высоту более 1 км, достигли Скандинавских  стран и включились в глобальную циркуляцию атмосферы.

     Около 70% радиоактивных веществ, выброшенных  из разрушенного реактора в атмосферу, выпало на территорию Беларуси. При  этом 23% территории Республики Беларусь с 3668 населенными пунктами оказалось  загрязненной ¹³⁷Cs более 37 кБк/м².

     После аварийного выброса значительная часть  радионуклидов аккумулировалась в  верхнем слое почвы. Теперь почва  является главным источником поступления  радионуклидов в сельхозпродукцию.

     При оценке радиоэкологических последствий  Чернобыльской катастрофы основополагающими  факторами являются следующие обстоятельства: ¹³⁷Cs продолжает оставаться в корнеобитаемом слое растений; ⁹⁰Sr наполовину перешел в свободную форму, стал легко доступен для растений и в большей степени способен включаться в пищевые цепочки, поступать в организм людей и накапливаться там, увеличивая риск для здоровья.

     В зависимости от плотности загрязнения  почв радионуклидами и степени воздействия  радиации на население территория республики подразделяется на зоны, установленные  Законом Республики Беларусь от 12 ноября 1991 г. «О правовом режиме территорий, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС». 

     Стронций - 90. Период полураспада этого радиоактивного элемента составляет 29 лет. При попадании стронция внутрь его концентрация в крови уже через 15 мин достигает значительной величины, а в целом этот процесс завершается через 5 часов. Стронций избирательно накапливается в основном в костях и облучению подвергаются костная ткань, костный мозг, кроветворная система. Вследствие этого развивается анемия, называемая в народе "малокровием". Исследования показали, что радиоактивный стронций может находиться и в костях новорожденных. Через плаценту он проходит в течении всего периода беременности, причем в последний месяц перед рождением в скелете его накапливается столько же, сколько аккумулировалось за все предыдущие восемь месяцев. Биологический период полвыведения стронция из скелета составляет свыше 30 лет. Ускорение выведения из организма стронция является труднейшей задачей. По крайней мере до сих пор не найдено высокоэффективных средств для быстрого выведения этого радиоактивного элемента из организма. 

     Цезий - 137. После стронция-90, цезий-137 является самым опасным радионуклидом для человека. Он хорошо накапливается растениями, попадает в пищевые продукты и быстро всасывается в желудочно-кишечном тракте. Цезий-137 - долгоживущий радионуклид, период его полураспада составляет 30 лет. До 80% цезия откладывается в мышечной ткани. Биологические процессы эффективно влияют на цезий, поэтому в отличие от стронция, биологический период полувыведения цезия у взрослых людей колеблется от 50 до 200 суток, у детей в возрасте 6 - 16 лет от 46 до 57 суток, у новорожденных - 10 суток. Причем около 10% нуклида быстро выводятся из организма, остальная часть - более медленными темпами. Но в любом случае ежегодное его содержание в организме практически определяется поступлением нуклида с рационом в данном году. 

     По  степени накопления радионуклидов  овощные культуры располагаются  в таком порядке: капуста, огурцы, кабачки, томаты, лук, перец сладкий, чеснок, салат, картофель, морковь, свекла, редька, редис, горох, бобы, фасоль, щавель.

     Например, картофель освобождают от радионуклидов  вымачиванием в течение 3-4 часов  в слегка подсоленной воде, при  этом выводится до 40% радионуклидов. Тушение очищенной морковки снижает  содержание в ней цезия-137 на 50%, очищенной  свеклы -  до 30%, а тушение помидоров  – до 50%. Консервирование снижает  содержание цезия-137 в шпинате и  капусте до 20%; очистка, промывка, кипячение  лука – до 50%; соление, маринование  огурцов – до 15%, консервирование – до 6% от исходного. 

     При обсуждении актуальных и важнейших  задач анализа пищевых продуктов, приходится сначала обратить внимание на основную цель - защиту потребителя. Для достижения ее необходимы не только профессиональные и исчерпывающие знания таких дисциплин, как технология переработки продовольственного сырья, токсикология, физиология пищеварения, микробиология и т.д., основные знания существующих законодательных требований и стандартов.

     Существуют  методические указания, правила, рассматривающие вопросы проведения радиационного контроля содержания цезия-137 и стронция-90 в пищевых продуктах     и     сельскохозяйственном    сырье,      для определения  соответствия  их  установленным требованиям.

     Правила устанавливают требования к процедурам отбора  проб, методам   лабораторных  испытаний  и  оценки  соответствия   пищевых продуктов  и  сельскохозяйственного сырья  требованиям  радиационной безопасности.