通过仪器中子活化分析来决定Zarka河中重金属及微量金属元素
摘要
仪器中子活化分析被用来分析Zarka河岸一些地点的沉积物。在Zarka河对重金属及微量金属元素的测量结果表明元素的集中性具有地点依赖性。在某些地点几乎所有的有毒金属及微量金属元素都显示了很高的集中性。数据显示，人类的活动往河里输入诸如锌，铬等元素。这些元素通过不同的途径进入河流，主要来源有纺织物，油漆和分层植物，以及下水道污物排放和污水处理站。
关键词：INAA 元素分析 沉积物 Zarka河
1. 简介
INAA技术主要是用中子通过样本辐射诱发放射性同位素衰变，从而对衰变的r射线进行测量。每一个活化元素发射出的r射线就像指纹一样能被以高度的精确度和准确率被定量测量。INAA作为标准化的技术在世界范围内被接受为测量元素集中性的最精确的方法。样本通常和含有已知量元素的标准一起被辐照。被辐照后，样本和标准在同样的几何状态下用同样的探测器测量，然后，计算样本中高峰区（peak area）和这个元素在比较器标准频谱中相应的高峰区的比例来得到样本中已给的元素的量。在不同的研究领域，中子活化分析的优势都经常被认同和用文件证明过。大量用INAA过程同时决定的元素对于许多环境设施来说变得越来越重要。因此，INAA被选用来决定约旦的Zarka河内沉积物中微量元素及重金属元素污染。其目的是决定从河流不同地点采集的沉积物样本中大范围内元素的集中性。这对于建立大量，少量，微量元素的组成底线数据是关键，以此底线数据估量Zarka河的污染程度。
Zarka河起源于Amman（首都城市），流经多个城市到达King Talal Dam。多年来，Zarka河的集水区域经受了各种工业活动，这可能导致水，土壤，和人类居住环境的污染。对Zarka河已进行的大量研究都是建立在原子吸收技术的基础上的。然而，这些研究清晰地表明在不同的地区，一些重金属很丰富。Nawafleh用原子分析技术研究了Fe, Ni, Cr 铜及其他微量元素的分布。他表明这些元素对河流的污染，尤其是Ni, Pb的含量，超出了世界健康组织的限制。Amrat也用原子吸收光谱技术来测定一些在Zarka河集水区域的土壤里重金属元素的集中性，他的研究表明在大部分研究区域土壤也被铅和镉所污染。
2. 实验
2.1采样和准备
沉积物样品是从沿河的16个地点采集的，采样地点（图1）被选来代表工业发展和人类活动的折中。这些样品在它们被采集的当天带回Hashemite大学，在50°c温度下干燥，然后在一个玛瑙砂浆中成粉做均质处理。成粉样本在50°c被加热直到形成常量重量，样本中的湿物含量少于5%。
2.2 分析
样本用INAA技术来分析。重约100mg的沉积物样本（每个一式两份）的Aliquots被密封在事先净化的聚乙烯胶囊中，和两个标准IAEASL-1(湖中沉积物)和IAEASL-7（土壤）装在辐照rabbits里，这些在PINSTELK）（巴基斯坦）的 PARR2辐照仪器中的一个微型中子源反应器中以1×10（12）n/cm（2）/s的中子流量被辐照。
得到所希望得到的元素的干扰自由光高峰的最佳条件是由改变辐照和冷却次数所决定的。用于测量各种各样元素的辐照和冷却次数见表1。
被辐照的样本和标准在预先确定的时间内被衰变，转移到干净的计算容器，然后用r光谱分析。这个体系是由一个高纯度的germanium探测仪（20%rel.eff.FWHM of 1.9kel at the 1.33Mev peak of 60Co）和相关电子组成。
记录的光谱用软件包GANAAS的GAMANA程序评估。两个标准被用来决定元素集中性，互相比较目的(intercomparison purposes),还用来评定所用技术的准确度。从这个工作中得到的IAEASL-1中元素的集中性和被证明值见表2.所得值与被证明值具有可接受的一致性。在这种决定中，它们显示INAA方法的可重现性是令人满意的，其准确性对于大多数元素都好于10%。
3.结果和讨论
为达到我们为河流建立一个底线研究的最初目的，由INAA所决定的沉积物样本中的24 种元素的平均集中性被列在了表3中。表中显示的集中性是建立在一个所给样本一式四份的辐照结果平均值基础上的。可以看出，分析的可再现性是能令人接受的。大多数的元素的结果准确率好于10%。一些元素如Co,Br和Zr的错误区间增加到了15%。在这些情况下，精确度减少的原因可以归结为这些元素在一些样本中的低含量，这可能增加了计算数据的波动。在文学中几乎没有关于Zarka河内微量元素和重金属分布的数据，因此，无法与其他此方面的工作相比较。然而，这里呈现的结果和Amrat从同一条河流里得出的结果有大范围的一致。
下面将讨论表3展示的一些元素，因为这些元素可能是沿河分布的小工业的排放所导致的。为了减少样本间颗粒大小分布不同的影响，所有的元素集中性都归一到Rb。
Ce,La,Tb,Eu和Yb在大批样本中的水平分布见图2.显然，所有以上元素沿着河流显示了同样的趋势，在地点1，10，12，15这些元素更集中。这些地点家庭下水道排放和轻工业的存在（图1）表明这些因素可能污染了沉积物。
As和Co（图3）在样本1，10，12中更集中些。这表明As和Co污染的主要源头是样本地附近的家庭下水道排放和轻工业包括电池，油漆和纺织工厂。图4显示了Cr和V的集中性。在地点1，12，这两种元素的人为排放是很明显的。
图5显示了Zr,Zn和Ba的水平分布。在地点5Zr集中的陡增表明这个地点附近的纺织和精纺工厂造成了河中Zr的高含量。意料之中，Zn的水平分布中四个高峰在电池，纺织工厂和污水处理站附近。
显然，元素的集中性从一个地点到另一个地点各自独立改变。这表明人类活动对大多数元素的输入是由样本地点附近工业的类型决定的，和污水收集和污水处理站有关。因此，必须禁止向水中排放这些金属。向水中排放大量的有毒金属必然导致污染物金属进入人类食物链。而微量金属在这种食物链的生物活动中起着重要作用。因此，人类的不足和过量能导致许多紊乱。
4 结论
家庭和工业向Zarka河排放污染物导致了河流沉积物中重金属和微量元素的集中性增高。因此，有效控制工业污水排放和污水收集及处理站的污水排放对避免带有健康危害隐患的重金属和微量元素的传播是有必要的。
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