Debreceni Egyetem Műszaki Kar Környezet- és Vegyészmérnöki Tanszék Belső konzulens: Dr. Bodnár Ildikó Külső konzulens: Dr. Molnár Mihály Társkonzulens: Janovics Róbert Tanszékvezető: Dr. Bodnár Ildikó Debrecen 2015. 03. 25.
Áttekintés 14 C keletkezése 14 C méréstechnika bemutatása Módszerfejlesztések a vízminták előkészítésében és preparálásában Széntartalom és 14 C eredmények 2
Antropogén hatás Radiokarbon a környezetvédelemben Természetes úton kozmikus sugárzás hatására keletkezik Légköri szén természetes 14 C aktivitása ~100 pmc Nukleáris ipar és radioaktív hulladékok Mesterséges eredetű 14 C keletkezik 14 C keletkezése a Paksi Atomerőműben : Hűtővízben Fűtőelemben 14 CO 2 és szénhidrogének formájában 3
Mintavétel helyszíne Környezeti monitoring keretében csak a szervetlen formában lévő 14 C meghatározása történik. Előzetes szervetlen 14 C eredmények alapján 13 talajvízfigyelő kút kiválasztása. Duna (kontrollként) Felszíni vízfolyás követi a légköri szén 14 C aktivitását Melegvízcsatorna 4
Alkalmazott méréstechnikák Schimadzu TOC-V CPN szénanalizátorral Összes oldott széntartalom (TC) Oldott szervetlen széntartalom (DIC) Nem kiűzhető oldott szerves széntartalom (NPOC) /Mérési pontosság: CV max. 1,5 % az egész mérési tartományra/ Fajlagos 14 C tartalom mérése Environ Micadas Gyorsítós tömegspektrométerrel Vízminta széntartalmából homogén, nagy tisztaságú grafit előállítása szükséges /Mérési pontosság: 1% - 0,2 % relatív hiba/ Shimadzu TOC-V CPN készülék AMS /gyorsítós tömegspektrométer/ 5
A vízben oldott széntartalom TC Teljes széntartalom DIC Oldott szervetlen széntartalom DOC Oldott szerves széntartalom Környezeti monitoring keretében eddig vizsgált frakció 14 C-re POC Kiűzhető szerves széntartalom NPOC Nem kiűzhető szerves széntartalom Már van lehetőség NPOC és TC 14 C mérésre!
Minta előkészítése AMS méréshez DI 14 C- Szervetlen szén 14 C preparálás Ismert és alkalmazott előkészítési technika 20 ml szűrt minta + 2ml H 3 PO 4 Melegítés 75 C-on 7
Minta előkészítése AMS méréshez T 14 C- Teljes oldott széntartalom 14 C preparálása Új előkészítési technika! Módszerfejlesztés: Új reakcióedény Új oxidálószer Krómkénsav helyett kénsavas kálium-dikromát ezüst katalizátorral Új szeptum teflon bevonattal Új Reakcióedény 6ml oxidálószer+ 10ml szűrt minta Fűtés 120 C-on 8
NPO 14 C minta- előkészítés 1.lépés Szűrés 0,45µm membránszűrőn 800ml vízminta + 10g P 2 O 5 /Ezelőtt H 3 PO 4 használata/ 2.Lépés Bepárló és Vákkumdesztilláló rendszer /DIC savas kiűzése/ 30-35 C-on 3.Lépés Szerves szén elroncsolása 20 ml új oxidálószerrel (Kénsavas Káliumdikromát ezüst katalizátorral) /Ezelőtt Krómkénsav/ 4.Lépés Minta fűtése fűtőblokkban 120 C-on (2óra) 9
Minták feltárása AMS feltáró rendszeren CO 2 kivonása az előkészítő rendszerben, tisztítással: NPO 14 C és T 14 C esetében 500 C-os kemencén átvezetjük a CO 2 mintát Minta NPO 14 C : MnO 2 -os ezüstös tisztítás 10
Oldott széntartalom eredmények TC, NPOC (nem kiűzhető szerves szén), DIC (oldott szervetlen szén) eredményekből TC= DIC+DOC DOC= NPOC+POC 120 100 80 DOC és DIC koncentrációk értéke a TC frakcióban, az egyes kutak vizében: 60 DOC (oldott szerves szén), POC (kiűzhető szerves szén) kiszámítható 40 20 30 25 0 T 70 T89 M 08 T 19 T 18 T 88 M 01 M 02 T 57 M 07 T 04 T 86 T 47 Duna MVCS DIC (mg/l) DOC (mg/l) 20 15 10 5 POC és NPOC tartalom aránya a DOC frakción belül 0 T 70 T89 M 08 T 19 T 18 T 88 M 01 M 02 T 57 M 07 T 04 T 86 T 47 Duna MVCS POC (mg/l) NPOC (mg/l) 11
DI 14 C (pmc) DI 14 C és T 14 C AMS mérés eredmények Szerves és szervetlen frakciók fajlagos radiokarbon tartalma lényegében azonos. De a légköri 14 C kibocsátás 95%-a szerves formákban van jelen! 550 450 350 250 y = 1,01x - 0,90 R² = 1,00 600 500 400 300 200 100 0 A 14 C jelentős hányada a szervetlen frakcióban van jelen T14C (pmc) NPOC 14 C preparálás 150 50 DI14C (pmc) 50 150 250 350 450 550 T 14 C (pmc) Paksi Atomerőmű figyelőkútjaiból vizsgált vizek oldott szerves széntartalma (DOC) nem ad jelentős többlet aktivitást a szervetlen frakcióhoz! 12
NPO 14 C mérés eredmények Eredmények alapján minták kiválasztása NPO 14 C meghatározásra: 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 T89 M 01 T 86 T 47 NPO14C (pmc) számolt DO14C (pmc) POC frakció járul hozzá jelentős mértékben a szerves 14 C többlethez! 13
Összefoglalás Környezeti monitoring keretében a radiokarbon vizsgálatok rutinszerűen a vizek szervetlen széntartalmának 14 C vizsgálatára terjednek ki. Munkám során felhasználtam az előzetes 14 C kutatásaim korábbi eredményeit, összegyűjtöttem a vízminták preparálásából szerzett tapasztalatokat, és módszert fejlesztettem NPO 14 C és T 14 C preparálásokban. A teljes szén 14 C fajlagos aktivitásához a szervetlen 14 C járul hozzá jelentős mértékben. A szerves frakción belül a POC tartalom 14 C aktivitása jelenti a 14 C többletet. Konklúzió: Az erőműből a környezetbe esetlegesen kijutó teljes radiokarbon aktivitás ismeretéhez nem elegendő pusztán a (könnyebben mérhető) szervetlen komponens rutinszerű mérése, hanem célszerű volt legalább egy kutatási program keretében ellenőrizni azt, hogy a szerves fázisokban mekkora járulék figyelhető meg. 14
Köszönöm a megtisztelő figyelmet! 15