一种水中的制作方法

一种水中
55
fe和
59
fe的监测装置及监测方法
技术领域
1.本发明属于环境检测技术领域，具体涉及一种水中
55
fe和
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fe的连续监测装置以及利用该监测装置对水中
55
fe和
59
fe的含量进行监测和计算的方法。


背景技术：

2.55
fe是一种纯的低能β放射性核素，半衰期为2.73a，衰变方式为轨道电子俘获(ec)衰变。伴随ec衰变，发射出一系列能量极低的x射线，其中能量最大的x射线为5.89875kev的k
α1
和5.88765kev的k
α2
射线，这两条x射线能量非常接近，按5.9kev平均，其x射线分支比约为25％。
3.59
fe是一种低能β放射性核素，半衰期为44.49d，最大能量是149.21kev，衰变同时伴随γ射线释放，其中分支比较大的γ射线为1099.251kev的k
α1
和1291.596kev的k
α2
射线，分支比分别是56.5％和43.3％。
4.反应堆中产生的
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fe和
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fe主要通过中子活化反应
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fe(n，γ)
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fe、
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fe(n，2n)
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fe和
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fe(n，γ)
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fe产生。中子活化反应的靶核核素
54
fe、
56
fe和
58
fe均为fe的稳定同位素，其来源为反应堆中广泛使用的各类金属材料。由于腐蚀作用，大量的
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fe和
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fe将释放到一回路冷却剂中，通过冷却剂的下泄、泄漏等进入废液处理系统，并进入固体废物和液态流出物中。经流出物排入环境后，
55
fe将可能通过各种途径对公众造成一定的辐射影响。
5.目前，水中
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fe活度浓度一般通过高纯锗γ谱仪直接测量，主要的缺点是探测限高，不利于放射性液态流出物的排放统计。国内水中
55
fe活度浓度监测尚无标准方法，国际上普遍采用液闪测量的方式，操作过程繁琐，周期较长。


技术实现要素：

6.本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种水中
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fe和
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fe的连续监测装置。
7.为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
8.一种水中
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fe和
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fe的监测装置，所述监测装置依次包括采集单元、富集单元、分离单元、电沉积单元以及测量单元，所述采集单元用于水样的定量采集并形成待测溶液，所述富集单元用于将所述待测溶液中的金属离子进行富集后解吸附得到金属溶液，所述分离单元用于所述金属溶液进行铁的选择吸附后解吸得到铁溶液，所述电沉积单元包括第一金属片，所述电沉积单元用于将铁溶液中的铁电沉积至所述第一金属片，所述测量单元用于对所述第一金属片上的
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fe和
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fe的活度浓度进行测量和计算。所述测量单元利用
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sr/
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y放射源发射β射线，穿过第一铂片和第二铂片后，被第一正比计数器记录，通过计数差值实现电镀铁厚度定量，进而计算出铁的回收率和
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fe、
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fe的活度浓度。
9.本发明的水中
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fe和
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fe连续监测装置，所述监测装置包括液体管道和依次设于所述液体管道上用于水样定量采集的采集单元、将采集单元采集的水样中铁全部富集至含有阳离子树脂柱的富集单元，将所述阳离子树脂柱处理后的含铁溶液转移至分离单元、利
用fe树脂柱特效分离铁，将所述fe树脂柱处理后的铁溶液转移至电沉积单元、将铁均匀电镀至第一铂片上，将电镀铁后的第一铂片分别进行铁回收率测量和
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fe/
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fe活度浓度测量。所述测量单元第一正比计数器和第二正比计数器分别位于第一铂片两侧，对
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fe和
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fe探测效率存在明显差异，分别测量计算出
55
fe和
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fe的活度浓度。
10.根据本发明的一些优选实施方面，所述采集单元包括水样进样组件和铁载体进样组件，所述水样进样组件依次包括水样存储箱、恒流泵和第一液体质量流量计，所述铁载体进样组件依次包括铁载体存储箱、进样泵以及第二液体质量流量计，所述水样进样组件以及铁载体进样组件的末端连通以混合水样和铁载体形成待测溶液。恒流泵一端与水样存储箱连通，可调进样泵一端与装有铁载体存储箱(铁载体存储箱)连通。
11.采集单元利用恒流泵与第一液体质量流量计配合，根据监测的需求，可实现采样体积0.2l～10l范围内可调，样品中铁载体含量无明显变化。fe载体浓度固定，根据设定的采样体积，计算出fe载体的进样速度，反馈控制可调进样泵，实现水样和载体均匀混合，依据的计算公式如下：ν2＝v2×
ν1/v1，式中：v1为水样体积；ν1为恒流泵速度；v1为加注载体体积；ν2为可调进样泵设置速度。
12.根据本发明的一些优选实施方面，所述富集单元包括第一定量注射泵、氢型阳离子树脂、第三定量注射泵，所述第一定量注射泵用于向所述氢型氧离子树脂中注入第一活化液体以对所述氢型阳离子树脂进行预处理，所述氢型阳离子树脂用于在预处理后吸附所述待测溶液中的金属离子，所述第三定量注射泵用于向所述氢型氧离子树脂中注入第一解吸液体以将金属离子从所述氢型阳离子树脂中解吸出来形成金属溶液。
13.根据本发明的一些优选实施方面，所述富集单元包与采集单元之间设置有第一三通切换阀，所述富集单元包括第一四通切换阀，所述第一四通切换阀的四个接口分别与所述第一三通切换阀、第一定量注射泵、第三定量注射泵以及氢型阳离子树脂连通。
14.根据本发明的一些优选实施方面，所述分离单元包括第四定量注射泵以及铁树脂柱，所述铁树脂柱与氢型阳离子树脂、第三定量注射泵、第四定量注射泵连通，所述第三定量注射泵用于向所述铁树脂柱中注入第二活化液体以对所述铁树脂柱进行预处理，所述铁树脂柱用于在预处理后吸附所述金属溶液中的铁，所述第四定量注射泵用于向所述铁树脂柱中注入第二解吸液体以将铁从所述铁树脂柱中解吸出来形成铁溶液。
15.所述第一活性液体为0.1m的hno3溶液；所述第一解吸液体和所述第二活性液体为8m的hno3溶液，所述第二解吸溶液为0.01m的hno3溶液。fe铁树脂为附有磷酸三丁酯的颗粒树脂，高浓度硝酸条件下对铁可以定量吸附，低浓度酸条件下，极少吸附铁。
16.根据本发明的一些优选实施方面，所述分离单元还包括第二三通切换阀和第二四通切换阀，所述第二三通切换阀连通所述氢型阳离子树脂和第二四通切换阀，所述第二四通切换阀的四个接口分别与所述第二三通切换阀、第三定量注射泵、第四定量注射泵以及铁树脂柱连通。
17.在一些实施例中，所述富集单元和分离单元包括依次连接的第一四通切换阀、氢型阳离子树脂柱、第二三通切换阀、第二四通切换阀、fe树脂柱和第三三通切换阀。
18.在一些实施例中，所述富集和分离单元均为两套设计，通过第一三通切换阀和第四三通切换阀配合，实现一用一备(或一用一再生)功能。富集单元和分离单元包括并列设置的第一富集分离机构和第二富集分离机构，第一富集分离机构和第二富集分离机构连通
并用于第一富集分离机构或第二富集分离机构未能正常工作时进行柱重生，当第一富集分离机构与前端(采集单元)、后端(电沉积和测量单元)连通时，第二富集分离机构与前后端的液体管线断开连通，当第二富集分离机构与液体管线连通时，第一富集分离机构与液体管线断开连通。
19.具体的，第一富集分离机构包括上述的富集单元和分离单元，具体为第一定量注射泵、氢型阳离子树脂柱、铁树脂柱，第一定量注射泵一端连通0.1m的hno3溶液；第一四通切换阀为3进1出设计，出口与氢型阳离子树脂柱连接，进口分别为第一定量注射泵、第一三通切换阀和第三定量注射泵；第二四通切换阀为3进1出设计，出口与铁树脂柱连接，进口分别为第二三通阀、第三定量注射泵和第四定量注射泵；第三定量注射泵进液端连通8m的hno3溶液，内置四个排液接口，通过程序控制可选择任意一个接口排液；第四定量注射泵进液端连通0.01m的hno3溶液，内置两个排液接口，通过程序控制可选择任意一个接口排液。
20.根据本发明的一些优选实施方面，所述电沉积单元包括电沉积池、第五定量注射泵、第一金属片和第二金属片，所述第五定量注射泵用于向所述电沉淀池中注入电解液，所述第一金属片和第二金属片分别位于所述电沉积池的上下两侧，所述第一金属片和第二金属片分别连接直流电的正极和负极。本发明的一些实施例中，电解液为碳酸铵和磷酸二氢铵混合液。
21.在本发明的一些实施例中，电沉积单元包括第七三通切换阀、玻璃电沉积池、第一铂片、第二铂片、截止阀和第三废液桶，第五三通切换阀为2进1出设计，出口与玻璃电沉积池连接，进口分别与第五定量注射泵和第四三通切换阀连接；第一铂片和第二铂片两端加载直流电源，实现铁电沉积至第一铂片表面。
22.根据本发明的一些优选实施方面，所述测量单元包括第一正比计数器、第二正比计数器、第一铅室、第二铅室、不锈钢源导管、
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sr/
90
y源，所述第一铅室和第二铅室分别位于所述电沉积池的上下两侧；所述第一铅室位于所述第一金属片的上方，所述第二铅室位于所述第二金属片的下方，所述第一正比计数器位于所述第一铅室中，所述第二正比计数器和不锈钢源导管、
90
sr/
90
y源位于所述第二铅室中，所述
90
sr/
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y源位于不锈钢源导管内。所述不锈钢导管包括竖直部和倾斜部，所述倾斜部位于所述竖直部的底端。
23.本发明还提供了一种根据上述的监测装置对水中
55
fe和
59
fe进行连续监测的方法，包括如下步骤：将待测溶液流经预处理后的氢型阳离子树脂以吸附所述待测溶液中的金属离子，将金属离子从所述氢型阳离子树脂上解吸附形成金属溶液，将所述金属溶液流经预处理之后的铁树脂柱以吸附所述金属溶液中的铁，将铁从所述树脂柱上解吸附形成铁溶液，将所述铁溶液送至电沉淀池中进行电解沉淀，通过电沉淀池两侧的第一正比计数器和第二正比计数器对
55
fe和
59
fe的探测效率的差异，分别测量和计算出
55
fe和
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fe的活度浓度。
24.根据本发明的一些优选实施方面，所述
55
fe和
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fe的活度浓度分别按照如下公式进行计算：其中a1为
55
fe活度浓度；a2为
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fe活度浓度；ε1为第一正比计数器对
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fe的探测效率；ε2为第一正比计数器对
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fe的探测效率；ε3第二正比计数器对
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fe的探测效率；b1为第一正比计数器本底计数率；b2为第二正比计数器本底计数率；n1为第一正比计数器测量计数率；n2为第二正比计数器测量计数率；y为
铁化学回收率；v1为水样体积。
25.根据本发明的一些优选实施方面，对
55
fe和
59
fe的活度浓度进行测量前通过
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sr/
90
y放射源先测量和计算铁的化学回收率；所述铁化学回收率按照如下公式进行计算：其中y为铁化学回收率；s为铁有效电沉积面积；c0为铁载体浓度；v2为加入铁载体体积；μ2为
90
sr/
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y在金属片上的质量衰减系数；b1为第一正比计数器本底计数率；b2为第二正比计数器本底计数率；n1为电沉积前第一正比计数器计数率；n2为电沉后前第一正比计数器计数率。
26.由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：本发明的水中
55
fe和
59
fe的监测装置，通过设置两种树脂，先吸附待测溶液中的金属后解吸附得到金属溶液，之后选择吸附金属溶液中的铁并解吸附得到铁溶液，之后通过电沉淀的方式进行铁的沉积，实现对
55
fe和
59
fe的活度浓度的监测。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明优选实施例中的监测装置整体结构示意图；
29.图2为本发明优选实施例中的监测方法流程图；
30.附图中：1、采集单元；11、水样存储箱；12、恒流泵；13、第一液体质量流量计；14、铁载体存储箱；15、可调进样泵；16、第二液体质量流量计；2、富集单元；21、第一三通切换阀；221、第一四通切换阀；231、氢型阳离子树脂柱；241、第一定量注射泵；25、第三定量注射泵；222、第三四通切换阀；232、氢型阳离子树脂柱；242、第二定量注射泵；3、分离单元；311、第二三通切换阀；321、第二四通切换阀；331、fe树脂柱；341、第三三通切换阀；35、第四三通切换阀；361、第一废液桶；37、第四定量注射泵；312、第五三通切换阀；322、第三四通切换阀；332、fe树脂柱；342、第六三通切换阀；362、第二废液桶；4、电沉积单元和测量单元；41、第七三通切换阀；42、玻璃电沉积池；43、截止阀；44、第三废液桶；45、第五定量注射泵；46、第一铂片；47、第二铂片；51、第一正比计数器；52、第二正比计数器；53、第一铅室；54、第二铅室；55、不锈钢源导管；56、
90
sr/
90
y源。
具体实施方式
31.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
32.实施例1水中
55
fe和
59
fe的连续监测装置
33.如图1-2所示，本实施例中的水中
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fe和
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fe的连续监测装置，包括液体管道和依
次设于液体管道上用于水样的定量采集并形成待测溶液的采集单元1、将待测溶液中的金属离子进行富集后解吸附得到金属溶液的富集单元2、将金属溶液(含铁溶液)选择吸附铁后解吸得到铁溶液的分离单元3、将铁溶液电沉积至第一铂片46上的电沉积单元4、将第一铂片46上
55
fe和
59
fe活度浓度进行连续测量的测量单元4。
34.采集单元包括水样进样组件和铁载体进样组件，水样进样组件依次包括水样存储箱、恒流泵和第一液体质量流量计，铁载体进样组件依次包括铁载体存储箱、进样泵以及第二液体质量流量计，水样进样组件以及铁载体进样组件的末端连通以混合水样和铁载体形成待测溶液。恒流泵一端与水样存储箱连通，可调进样泵一端与装有铁载体存储箱(铁载体存储箱)连通。
35.采集单元利用恒流泵与第一液体质量流量计配合，根据监测的需求，可实现采样体积0.2l～10l范围内可调，样品中铁载体含量无明显变化。fe载体浓度固定，根据设定的采样体积，计算出fe载体的进样速度，反馈控制可调进样泵，实现水样和载体均匀混合，依据的计算公式如下：ν2＝v2×
ν1/v1，式中：v1为水样体积；ν1为恒流泵速度；v1为加注载体体积；ν2为可调进样泵设置速度。
36.具体的，根据测量需求，在第一液体质量流量计13上设定取样体积，并反馈至可调进样泵15，进而确定fe载体的进样速度，水样存储箱11中的水样经恒流泵12并以6ml/min速度进入富集单元，体积到第一液体质量流量计13的设定值后停止。
37.富集单元包括第一定量注射泵241、氢型阳离子树脂231、第三定量注射泵25、第二定量注射泵242、氢型阳离子树脂柱232和配套的阀门接头，第一定量注射泵用于向氢型氧离子树脂中注入第一活化液体以对氢型阳离子树脂进行预处理，氢型阳离子树脂用于在预处理后吸附待测溶液中的金属离子，第三定量注射泵用于向氢型氧离子树脂中注入第一解吸液体以将金属离子从氢型阳离子树脂中解吸出来形成金属溶液。
38.具体的，第一定量注射泵241移取10ml0.1m的hno3溶液，经第一四通切换阀221进入氢型阳离子树脂柱231，预处理氢型阳离子树脂，流出液经第二三通切换阀311排出至第一废液桶361；待测溶液依次经第一三通切换阀21和第一四通切换阀221进入氢型阳离子树脂柱，待测溶液中的金属离子富集在预处理后的氢型阳离子树脂表面，流出液经第二三通切换阀311排出至第一废液桶361。
39.第三定量注射泵25移取50ml8m的hno3溶液，经第一四通切换阀221进入氢型阳离子树脂柱，解吸氢型阳离子树脂表面吸附的金属离子，得到解吸液(金属溶液)。
40.分离单元包括第四定量注射泵37、铁树脂柱331、第一废液桶361、fe树脂柱332、第二废液桶362和配套的阀门接口，铁树脂柱与氢型阳离子树脂、第三定量注射泵、第四定量注射泵连通，第三定量注射泵用于向铁树脂柱中注入第二活化液体以对铁树脂柱进行预处理，铁树脂柱用于在预处理后吸附金属溶液中的铁，第四定量注射泵用于向铁树脂柱中注入第二解吸液体以将铁从铁树脂柱中解吸出来形成铁溶液。
41.具体的，第三定量注射泵25移取10ml8m的hno3溶液，经第二四通切换阀321进入fe树脂柱331，预处理fe树脂，流出液经第三三通切换阀341排除至第一废液桶361。解吸液(金属溶液)依次经第二三通切换阀311和第二四通切换阀321进入fe树脂柱331，解吸液(金属溶液)中铁吸附至fe树脂表面，流出物经第三三通切换阀341排除至第一废液桶361。
42.第四定量注射泵37移取5ml 0.01m的hno3溶液，经第二四通切换阀321进入fe树脂
柱331，解吸fe树脂表面吸附的铁，得到含有铁离子的解吸液(铁溶液)。
43.本实施例中的富集单元和分离单元均是1用1备(或1用1再生)设计，第一富集分离结构工作时，第二富集分离结构进行树脂重生，结束后停止，备用，反之亦然。
44.电沉积单元主要包括玻璃电沉积池42、截止阀43、第三废液桶44、第五定量注射泵45、第一铂片46、第二铂片47，第一金属片和第二金属片分别位于电沉积池的上下两侧。含有铁离子的解吸液依次经第三三通切换阀341、第四三通切换阀35和第七三通切换阀41进入玻璃电沉积池42；第五定量注射泵45移取5ml电解液(碳酸铵和磷酸二氢铵混合液)，经第七三通切换阀41进入玻璃电沉积池42；第一铂片46上连接直流电正极、第二铂片47上连接直流电负极，使用大约70ma/cm2电流密度电沉积铁，电解结束后，废液经截止阀43排放至第三废液桶44中。
45.测量单元包括第一正比计数器51、第二正比计数器52、第一铅室53、第二铅室54、不锈钢源导管55、
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sr/
90
y源56。第一铅室和第二铅室分别位于电沉积池的上下两侧；第一铅室位于第一金属片的上方，第二铅室位于第二金属片的下方，第一正比计数器位于第一铅室中，第二正比计数器和不锈钢源导管、
90
sr/
90
y源位于第二铅室中，
90
sr/
90
y源位于不锈钢源导管内。不锈钢导管包括竖直部和倾斜部，倾斜部位于竖直部的底端。
46.第一正比计数器51记录电沉积前、
90
sr/
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y源56处于不锈钢源导管55底端时的计数率b1；
90
sr/
90
y源56处于不锈钢源导管55顶端时，记录第一正比计数器51测量计数率n1；电沉积结束后，
90
sr/
90
y源56处于不锈钢源导管55顶端时，记录第一正比计数器51测量计数率n2，计算得到铁的化学回收率；
90
sr/
90
y源56处于不锈钢源导管55底端，第一正比计数器51和第二正比计数器52分别测量第一铂片46表面的
55
fe和
59
fe的含量；第一铅室53和第二铅室54均用于屏蔽外界辐射干扰，减低测量本底。
47.实施例2水中
55
fe和
59
fe活度浓度的监测方法
48.如图1-2所示，本实施例提供了一种基于实施例1中的监测装置进行水中
55
fe和
59
fe监测的方法，结合实施例1中的内容，监测方法包括如下步骤：
49.将待测溶液流经预处理后的氢型阳离子树脂以吸附待测溶液中的金属离子，将金属离子从氢型阳离子树脂上解吸附形成金属溶液，将金属溶液流经预处理之后的铁树脂柱以吸附金属溶液中的铁，将铁从树脂柱上解吸附形成铁溶液，将铁溶液送至电沉淀池中进行电解沉淀，通过电沉淀池两侧的第一正比计数器和第二正比计数器对
55
fe和
59
fe的探测效率的差异，分别测量和计算出
55
fe和
59
fe的活度浓度。
50.具体的，监测方法包括如下步骤：
51.1)进样
52.根据测量需求，在第一液体质量流量计13上设定取样体积，并反馈至可调进样泵15，进而确定fe载体的进样速度，实现水样和载体均匀混合。水样存储箱11中的水样经恒流泵12并以6ml/min速度进入富集单元，体积到第一液体质量流量计13的设定值后停止，以形成待测溶液。
53.2)预处理氢型阳离子树脂
54.第一定量注射泵241移取10ml0.1m的hno3溶液，经第一四通切换阀221进入氢型阳离子树脂柱231，预处理氢型阳离子树脂，流出液经第二三通切换阀311排出至第一废液桶361。
55.3)吸附待测溶液中的金属离子
56.将步骤1)中形成的待测溶液依次经第一三通切换阀21和第一四通切换阀221进入氢型阳离子树脂柱，待测溶液中的金属离子富集在预处理后的氢型阳离子树脂表面，流出液经第二三通切换阀311排出至第一废液桶361。
57.4)解吸氢型阳离子树脂表面吸附的金属离子
58.第三定量注射泵25移取50ml8m的hno3溶液，经第一四通切换阀221进入氢型阳离子树脂柱，解吸氢型阳离子树脂表面吸附的金属离子，得到解吸液(金属溶液)。
59.5)预处理铁(fe)树脂
60.第三定量注射泵25移取10ml8m的hno3溶液，经第二四通切换阀321进入fe树脂柱331，预处理fe树脂，流出液经第三三通切换阀341排除至第一废液桶361。
61.6)吸附金属溶液中的铁
62.将步骤4)中得到的解吸液(金属溶液)依次经第二三通切换阀311和第二四通切换阀321进入fe树脂柱331，解吸液(金属溶液)中铁吸附至fe树脂表面，流出物经第三三通切换阀341排除至第一废液桶361。
63.7)解吸铁(fe)树脂表面吸附的铁
64.第四定量注射泵37移取5ml 0.01m的hno3溶液，经第二四通切换阀321进入fe树脂柱331，解吸fe树脂表面吸附的铁，得到含有铁离子的解吸液(铁溶液)。
65.8)电解
66.含有铁离子的解吸液依次经第三三通切换阀341、第四三通切换阀35和第七三通切换阀41进入玻璃电沉积池42；第五定量注射泵45移取5ml电解液(碳酸铵和磷酸二氢铵混合液)，经第七三通切换阀41进入玻璃电沉积池42；第一铂片46上连接直流电正极、第二铂片47上连接直流电负极，使用大约70ma/cm2电流密度电沉积铁，电解结束后，废液经截止阀43排放至第三废液桶44中。
67.9)测量和计算
68.第一正比计数器51记录电沉积前、
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sr/
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y源56处于不锈钢源导管55底端时的计数率b1；
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sr/
90
y源56处于不锈钢源导管55顶端时，记录第一正比计数器51测量计数率n1；电沉积结束后，
90
sr/
90
y源56处于不锈钢源导管55顶端时，记录第一正比计数器51测量计数率n2，计算得到铁的化学回收率；
90
sr/
90
y源56处于不锈钢源导管55底端，第一正比计数器51和第二正比计数器52分别测量第一铂片46表面的
55
fe和
59
fe的含量。
69.整个在线连续测量过程，程序记录第一液体质量流量计13读数v1；第二液体质量流量计16读数v2；电沉积前第一正比计数器读数n1；电沉积后第一正比计数器读数n2；第一正比计数器本底b1；第二正比计数器本底b2；第一正比计数器对
55
fe和
59
fe测量时读数n1；第二正比计数器对
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fe和
59
fe测量时读数n2，并通过公式(1)计算铁的化学回收率，通过公式(2)和公式(3)分别计算水中
55
fe和
59
fe的活度浓度。
[0070][0071]
式中：
[0072]
y：铁化学回收率，％；
[0073]
s：铁有效电沉积面积，cm2；
[0074]
c0：铁载体浓度，mg/ml；
[0075]v2
：加入铁载体体积，ml；
[0076]
μ2：
90
sr/
90
y在铂片上的质量衰减系数，cm-1
；
[0077]
b1：第一正比计数器本底计数率，cpm；
[0078]
n1：电沉积前第一正比计数器计数率，cpm；
[0079]
n2：电沉后前第一正比计数器计数率，cpm。
[0080][0081]
式中：
[0082]
a1：
55
fe活度浓度，bq/l；
[0083]
ε1：第一正比计数器对
55
fe的探测效率，％；
[0084]
ε2：第一正比计数器对
59
fe的探测效率，％；
[0085]
ε3：第二正比计数器对
59
fe的探测效率，％；
[0086]
n1：第一正比计数器测量计数率，cpm；
[0087]
b1：第一正比计数器本底计数率，cpm；
[0088]
n2：第二正比计数器测量计数率，cpm；
[0089]
b2：第二正比计数器本底计数率，cpm；
[0090]
y：铁化学回收率，％；
[0091]v1
：水样体积，l。
[0092][0093]
式中：
[0094]
a2：
59
fe活度浓度，bq/l；
[0095]
n2：第二正比计数器测量计数率，cpm；
[0096]
b2：第二正比计数器本底计数率，cpm；
[0097]
ε3：第二正比计数器对
59
fe的探测效率，％；
[0098]
y：铁化学回收率，％；
[0099]v1
：水样体积，l。
[0100]
本发明的水中
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fe和
59
fe连续监测装置，其通过氢型阳离子树脂富集水样中金属离子，用8m hno3溶液解吸氢型阳离子树脂上的金属离子，解吸液通过fe树脂分离纯化得到铁溶液，通过电沉积，将溶液中铁离子电镀至铂片上，通过
90
sr/
90
y和正比计数器组合，计算铁的化学回收率，通过一对正比计数器测量β射线，计算水中
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fe和
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fe的活度浓度，回收率约90％，
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fe和
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fe的探测限分别低至0.16bq和0.02bq。发明监测装置结构设计合理，探测准确度高，通过系统程序配合控制，能够实现一键式操作，无人值守，稳定可靠，适用于水中
55
fe和
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fe连续监测。
[0101]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种水中
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fe和
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fe的监测装置，其特征在于：所述监测装置依次包括采集单元、富集单元、分离单元、电沉积单元以及测量单元，所述采集单元用于水样的定量采集并形成待测溶液，所述富集单元用于将所述待测溶液中的金属离子进行富集后解吸附得到金属溶液，所述分离单元用于所述金属溶液进行铁的选择吸附后解吸得到铁溶液，所述电沉积单元包括第一金属片，所述电沉积单元用于将铁溶液中的铁电沉积至所述第一金属片，所述测量单元用于对所述第一金属片上的
55
fe和
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fe的活度浓度进行测量和计算。2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述采集单元包括水样进样组件和铁载体进样组件，所述水样进样组件依次包括水样存储箱、恒流泵和第一液体质量流量计，所述铁载体进样组件依次包括铁载体存储箱、进样泵以及第二液体质量流量计，所述水样进样组件以及铁载体进样组件的末端连通以混合水样和铁载体形成待测溶液。3.根据权利要求2所述的监测装置，其特征在于：所述富集单元包括第一定量注射泵、氢型阳离子树脂、第三定量注射泵，所述第一定量注射泵用于向所述氢型氧离子树脂中注入第一活化液体以对所述氢型阳离子树脂进行预处理，所述氢型阳离子树脂用于在预处理后吸附所述待测溶液中的金属离子，所述第三定量注射泵用于向所述氢型氧离子树脂中注入第一解吸液体以将金属离子从所述氢型阳离子树脂中解吸出来形成金属溶液。4.根据权利要求3所述的监测装置，其特征在于：所述富集单元包与采集单元之间设置有第一三通切换阀，所述富集单元包括第一四通切换阀，所述第一四通切换阀的四个接口分别与所述第一三通切换阀、第一定量注射泵、第三定量注射泵以及氢型阳离子树脂连通。5.根据权利要求3所述的监测装置，其特征在于：所述分离单元包括第四定量注射泵以及铁树脂柱，所述铁树脂柱与氢型阳离子树脂、第三定量注射泵、第四定量注射泵连通，所述第三定量注射泵用于向所述铁树脂柱中注入第二活化液体以对所述铁树脂柱进行预处理，所述铁树脂柱用于在预处理后吸附所述金属溶液中的铁，所述第四定量注射泵用于向所述铁树脂柱中注入第二解吸液体以将铁从所述铁树脂柱中解吸出来形成铁溶液。6.根据权利要求5所述的监测装置，其特征在于：所述分离单元还包括第二三通切换阀和第二四通切换阀，所述第二三通切换阀连通所述氢型阳离子树脂和第二四通切换阀，所述第二四通切换阀的四个接口分别与所述第二三通切换阀、第三定量注射泵、第四定量注射泵以及铁树脂柱连通。7.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述电沉积单元包括电沉积池、第五定量注射泵、第一金属片和第二金属片，所述第五定量注射泵用于向所述电沉淀池中注入电解液，所述第一金属片和第二金属片分别位于所述电沉积池的上下两侧，所述第一金属片和第二金属片分别连接直流电的正极和负极。8.根据权利要求7所述的监测装置，其特征在于：所述测量单元包括第一正比计数器、第二正比计数器、第一铅室、第二铅室、不锈钢源导管、
90
sr/
90
y源；所述第一铅室位于所述第一金属片的上方，所述第二铅室位于所述第二金属片的下方，所述第一正比计数器位于所述第一铅室中，所述第二正比计数器和不锈钢源导管、
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sr/
90
y源位于所述第二铅室中，所述
90
sr/
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y源位于不锈钢源导管内。9.一种根据权利要求1-8任意一项所述的监测装置对水中
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fe和
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fe进行连续监测的方法，其特征在于，包括如下步骤：将待测溶液流经预处理后的氢型阳离子树脂以吸附所述待测溶液中的金属离子，将金属离子从所述氢型阳离子树脂上解吸附形成金属溶液，将所述
金属溶液流经预处理之后的铁树脂柱以吸附所述金属溶液中的铁，将铁从所述铁树脂柱上解吸附形成铁溶液，将所述铁溶液送至电沉淀池中进行电解沉淀，通过电沉淀池两侧的第一正比计数器和第二正比计数器对
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fe和
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fe的探测效率的差异，分别测量和计算出
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fe和
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fe的活度浓度。10.根据权利要求9所述的监测方法，其特征在于：所述
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fe和
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fe的活度浓度分别按照如下公式进行计算：其中a1为
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fe活度浓度；a2为
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fe活度浓度；ε1为第一正比计数器对
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fe的探测效率；ε2为第一正比计数器对
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fe的探测效率；ε3第二正比计数器对
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fe的探测效率；b1为第一正比计数器本底计数率；b2为第二正比计数器本底计数率；n1为第一正比计数器测量计数率；n2为第二正比计数器测量计数率；y为铁化学回收率；v1为水样体积。11.根据权利要求10所述的监测方法，其特征在于：对
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fe和
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fe的活度浓度进行测量前通过
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sr/
90
y放射源先测量和计算铁的化学回收率；所述铁化学回收率按照如下公式进行计算：其中y为铁化学回收率；s为铁有效电沉积面积；c0为铁载体浓度；v2为加入铁载体体积；μ2为
90
sr/
90
y在金属片上的质量衰减系数；b1为第一正比计数器本底计数率；b2为第二正比计数器本底计数率；n1为电沉积前第一正比计数器计数率；n2为电沉后前第一正比计数器计数率。

技术总结
本发明涉及一种水中


技术研发人员：郭贵银 黄彦君 孙雪峰 姚建林 赵锋 张兵 张海英
受保护的技术使用者：中国广核集团有限公司 中国广核电力股份有限公司
技术研发日：2021.11.11
技术公布日：2022/3/8