Rapid LSC method for direct alpha/beta measurements in waters

Abstract

Monitoring of environmental samples, drinking and surface waters, is continuously carried out, demanding development of methods that are both reliable and accurate on one side, but as simple and fast as possible, on the other. Screening tests such as gross alpha/beta activity measurements in water samples are one liquid scintillation counting (LSC) technique widely used as an efficient tool for radiological assesment and estimation whether water sample needs further analysis or not. In this paper, establishment of rapid gross alpha/beta screening technique in waters has been presented, which assumes modification of conventional ASTM D 7283-06 method, since samples were directly mixed with liquid scintillation cocktail, without any sample pretreatment. Method’s optimization involved sample-to-cocktail ratio determination based on the achieved detection limit and sample’s quench level. Optimal value of Pulse Shape Analysis (PSA) discriminator that considerably improves performance of LSC technique through alpha/beta spectra separation during radiological quality measurements of drinking waters has also been investigated. Results of calibration experiments and method’s validity measurements on spiked samples with 241Am and 90Sr/90Y aqueous standards are presented. Achieved detection limits for 300 minutes of counting are MDAα=0.294(11) Bq l-1 and MDAβ=0.405(5) Bq l-1, in alpha and beta window, respectively. Direct alpha/beta method provides deviations up to 40% from reference values, but it offers advantages over conventional alpha/beta measurements, it is ultra fast, simple and inexpensive test for efficient screening of water samples.

Rutinski monitoring pijaćih i površinskih voda sprovodi se kontinuirano i nameće potrebu za razvojem metoda koje su, s jedne strane, pouzdane i tačne, ali istovremeno, jednostavne i brze. Screening testovi radi procene ukupne alfa/beta aktivnosti u uzorcima voda, jedna su od često primenjenih tehnika tečne scintilacione spektroskopije, kojima se efikasno može utvrditi da li uzorak zahteva dalju radiološku analizu ili ne. U radu je predstavljena optimizacija brze direktne metode za ispitivanje ukupne alfa/beta aktivnosti u vodama, uz prikaz i diskusiju postignutih granica detekcije. Ova metoda je modifikacija standardne test metode ASTM D 7283-06 za ispitivanje ukupne alfa i beta aktivnosti i podrazumeva direktno mešanje uzorka vode sa scintilacionim koktelom. Na taj način, uzorak je spreman za merenje bez prethodne pripreme koja, prema standardnim metodama, obično podrazumeva duge procedure poput uparavanja do suvog ostatka. Optimizacija metode sastoji se u određivanju optimalnog odnosa uzorak: scintilacioni koktel na osnovu granica detekcije (MDA) u alfa i beta kanalima, kao i nivoa prigušenja u uzorcima, uzimajući u obzir i maksimalni kapacitet određenog koktela. Podešena je vrednost PSA (Pulse Shape Analysis) diskriminatora u cilju optimalne separacije alfa i beta spektara i redukcije pozadinskih efekata. Kalibracija i validacija metode je izvršena standardnim referentnim materijalima, rastvorima 241Am i 90Sr/90Y. Utvrđeno je da za 300 minuta merenja tečnim scintilacionim brojačem, mogu se izmeriti koncentracije aktivnosti koje premašuju vrednosti MDAα=0,294(11) Bq l-1 i MDAβ=0,405(5) Bq l-1 u alfa i beta kanalima, respektivno. Rezultati validacije metode pokazuju da maksimalna relativna odstupanja mogu iznositi do 40%, što je prihvatljivo, uzimajući u obzir da metod nije predviđen za precizno merenje koncentracija aktivnosti pojedinih radionuklida, već za celokupnu procenu radiološke bezbednosti uzoraka voda.