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SUBATECH
Dosage du plomb 210 dans les
eaux par scintillation liquide
Bandombele Marcel MOKILI
Service de Mesure et d’Analyse de la Radioactivité et des Éléments Traces (SMART)
SUBATECH UMR 6457 (Université de Nantes, Ecole des Mines, IN2P3/CNRS),
4, rue Alfred Kastler, BP 20722, 44307 Nantes Cédex 03, France
ECOLE DES MINES DE NANTES
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PLAN
1 - Introduction
- La radioactivité dans les eaux de consommation
- Directive Européenne n°98/83/CE du 03/11/1998
- Dosage du plomb 210 dans les eaux
2 - Partie expérimentale
- Echantillonnage et pré-traitement
- Concentration par la résine cationique
- Séparation chimique par la résine
- Mesure par scintillation liquide
3 - Résultats et discussion
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1 - INTRODUCTION
La radioactivité naturelle dans les eaux de consommation
- La majorité des éléments radioactifs dissous appartiennent aux 3 familles
naturelles : U-238, U-235, Th-232 ainsi que K-40
- Tous les isotopes de 3 familles ne seront pas nécessairement présents en
solution dans l’eau
La radioactivité artificielle dans les eaux de consommation
- La présence de la radioactivité artificielle atteste la contamination de la
source par des activités nucléaires
- Les eaux profondes sont d’une façon générale à l’abri des pollutions de
tous ordres, en particulier de la radioactivité artificielle
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1 - INTRODUCTION
Directive Européenne n°98/83/CE du 03/11/1998
- Deux paramètres de contrôle de la radioactivité dans les eaux
L’activité en tritium : 100 Bq/l
La dose totale indicative (DTI) : 0,1 mSv/an
Valeur fixée pour une consommation de 730 l/an
- Si T > 0,1 Bq/l , T> 1 Bq/l et H-3 < 100 Bq/l : Mesurer d’abord les
radioéléments naturels pour s'assurer si T et T sont d’origine naturelle si
non analyser les radioéléments artificiels
- Si T > 0,1 Bq/l , T> 1 Bq/l et H-3 > 100 Bq/l : Mesurer les radioéléments
naturels et artificiels
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1 - INTRODUCTION
Dosage du plomb 210 dans les eaux
Parmi les radionucléides naturels qui contribuer à l’activité bêta globale dans l’eau
on peut citer : K-40 (principalement) , Ra-228 , Pb-210...
Pb-210 : Famille naturelle d’uranium 238, période : 22,3 ans
Emetteur -, Emax = 16.6 keV (84%), 63.1 keV (16%)
Emission  de très faible énergie : 10.8 keV à 25% , 46.2 keV à 4.1 %
210Pb
(-, 22.3 a )  210Bi (-, 5.01 j )  210Po (, 138.4 j)  206Pb (stable)
210Pb
se trouve dans le groupe I de forte toxicité contenant notamment les plus
toxiques des émetteurs alpha artificiels.
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1 - INTRODUCTION
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U238

T =4,5 .10 a
U234
9
T = 2,4 .10 a
Pa234
U235
5
T = 7 .10 a
-
Pa231
T = 6,7 h
Th232
T = 1,4 .10
a
10
Th228
Th234
T = 1,9 a
T = 24 j
8
T = 32 800 a
Th230
T = 7,5 .10 a
Th231
4
Th227
T = 1,1 j
T = 18,7 j
Ac228
Ac227
T = 6,2 h
T = 21,8 a
Ra228
T = 5,8 a
Ra224
Ra226
Ra223
Rn220
Rn222
Rn219
T = 3,6 j
T = 1600 a
T = 55,6 s
T = 11,4 j
T = 3,8 j
Po216
Po212
T = 0,15 s
T = 0,3 .10
s
-6
Po218
Po214
T = 3,1 mn
T = 165 .10 s
Bi212
Pb212
T = 20 mn
Pb208
(STABLE)
Pb214
Po210
-6
T = 138 j
T = 1,8 .10 s
-3
Bi211
T=5j
T = 2,2 mn
Pb210
T = 27 mn
Po215
Bi210
Bi214
T = 60,6 mn
T =10,6 h
T=4s
Pb206
(STABLE)
T = 22,3 a
Pb211
Tl208
(STABLE)
Tl207
T = 3,1 mn
Emission alpha

Emission bêta

Familles radioactives naturelles: thorium 232, uranium 238, uranium 235.
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Pb207
T = 36 mn
T = 4,8 mn
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1 - INTRODUCTION
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1 - INTRODUCTION
Détermination de l ’activité de plomb 210 dans les eaux
Spectrométrie  : après une concentration d’échantillon d’eau.
limite de détection LD : environ 100 à 500 mBq/l selon le temps de comptage et
le volume de la prise d’essai. E  = 10.8 keV à 25% , 46.2 keV à 4.1 %
Ces valeurs sont de l’ordre de grandeur du seuil de 200 mBq/l conduisant à une
dose efficace de 0.1 mSv/an pour une consommation de 730 l/an par personne.
Compteur proportionnel à gaz : après concentration et séparation chimique du
Pb210, mesure de l’activité de Bi-210 après un certain temps de croissance
LD : quelques mBq/l à dizaines de mBq/l, Emax = 1161.5keV à 100% (Bi-210 )
210Pb (-, 22.3 a )  210Bi (-, 5.01 j )  210Po (, 138.4 j)  206Pb (stable)
Scintillation liquide : après concentration et séparation chimique du Pb210, mesure
de l’activité de Bi-210 après un certain temps de croissance
LD : quelques mBq/l à dizaines de mBq/l, Emax = 1161.5keV à 100% (Bi-210 )
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2 - PARTIE EXPERIMENTALE
Objectif : mettre au point une méthode de détermination de l’activité de Pb-210
par mesure directe de son activité en scintillation liquide après une concentration
et séparation chimique.
Echantillonnage et pré-traitement
- Filtration à 0.45 m dans le cas des eaux de l’environnement pour éliminer les
particules solides en suspension et acidifiés pour assurer une bonne conservation
- Eaux embouteillées (eaux minérales et de source) achetées dans le commerce:
analyse immédiate après ouverture de la bouteille ou acidification pour la
conservation. L’acidification permet aussi dans le cas des eaux minérales
gazeuses d’éliminer le gaz carbonique et les carbonates et hydrogénocarbonates.
- Eaux de consommation du réseau urbain : analyse immédiate après prélèvement.
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2 - PARTIE EXPERIMENTALE
Concentration par la résine cationique
Il existe plumeuses méthode de concentration : évaporation, précipitation,
coprécipitation, échange d ’ions...
Méthode utilisée : Concentration par une résine échangeuse de cation du type
sulfonate -SO32- (préalablement conditionnée en milieu HNO3 0.1M)
Fixation de Pb par la résine : HNO3 0.1M
Élution de Pb : HNO3 8M
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2 - PARTIE EXPERIMENTALE
Rétention de certains éléments par la résine cationique du type sufonate en
milieu HNO3 0.1 à 10 M [B. Tremillon, Les séparations par les résines
échangeuses d’ions, Ed. Gauthier-Villars, Paris, 1965.]
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2 - PARTIE EXPERIMENTALE
Séparation chimique du plomb par la résine Pb Resin
La résine Pb Resin d’Eichrom est constituée de l’éther couronne 18C6 Bis-4,4’(5)
( (tert-butyl)cyclohexano )-18-crown-6, même composé que celui utilisé par la
résine spécifique du strontium (Sr Resin d’Eichrom)
Fixation de Pb par la résine : HNO3 0.1M
Élution de Pb : EDTA 0.1 M à pH=3
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2 - PARTIE EXPERIMENTALE
Rétention de certains éléments par Pb Resin [E.P. Horwitz et al., Extraction
Chromatography : Principles and the Achievement of Separation and Selectivity,
Eichrom Industries, Inc., Darien, IL 60561 ]
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2 - PARTIE EXPERIMENTALE
Élution avec une solution de EDTA 0.1 M pH=3 de Pb fixé sur Pb Resin
E
l
u
t
i
o
n
d
e
P
b
6
0
0
5
0
0
4
0
0
Coups
3
0
0
2
0
0
1
0
0
0
0
5
1
0
1
5
2
0
V
o
l
u
m
e
d
e
E
D
T
A
0
.
1
M
p
H
=
3
(
m
l
)
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2
5
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2 - PARTIE EXPERIMENTALE
Rendement chimique de séparation
- Déterminer par dosage du plomb stable ajouté au départ sous forme de nitrate de
plomb.
- L’appareil de Fluorescence X de marque OXFORD était utilisé pour doser le
plomb. Le sel de plomb utilisé était Pb(NO3)2.
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2 - PARTIE EXPERIMENTALE
Mesure par scintillation liquide
- Mesure de l’activité de 210Pb par scintillation liquide ( appareil Packard TriCard
2500 TR-AB)
- 10 ml d’échantillon + 10 ml de liquide scintillant Ultima Gold AB de chez
Packard.
- Efficacité de comptage était déterminée à l’aide d’une solution étalon de 210Pb
fraîchement séparée de 210Bi pour éviter l’interférence de ce dernier
radionucléide. La fenêtre de comptage était 0-50 keV
- Bruit de fond d’une solution de EDTA 0,1 M : 7.79 cpm
- Bruit de fond d’une solution d’élution d’expérience réalisée en présence du
traceur de Pb stable (expérience à blanc avec un sel de Pb(NO3)2 dissout dans
l’eau millipore) : 9.10 cpm. Présence de Pb-210 dans le sel de Pb.
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2 - PARTIE EXPERIMENTALE
Spectre de Pb-210 en scintillation liquide après élution par EDTA 0.1M à pH =3
2.5 keV
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13 keV
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3 - RESULTATS ET DISCUSION
Rendement chimique de séparation
Pb Resin
- Élution en milieu très faiblement acide en utilisant seulement l’eau millipore,
le rendement chimique moyen de cette étape est de l’ordre de 81%,
- Élution par une solution d’éthylènediaminetétracétique disodique EDTA 0.1 M
à pH=3, le rendement chimique moyen de cette étape est de 93%.
L’élution du plomb facilitée par la formation en solution d’un complexe stable
selon la réaction : Pb2+ + EDTA4-  Pb(EDTA)2- log 1 = 18.0. Cette
complexation qui explique un rendement élevé et qui peut atteindre 99%.
Rendement chimique global
- Le rendement global Rdt de séparation chimique varie 45 et 60 %.
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3 - RESULTATS ET DISCUSION
Mesure en scintillation liquide
Efficacité de comptage
- La valeur moyenne d'efficacité de comptage Effc : 0,338 pour un quenching
(tSIE) = 316.
- Bien maîtriser l’efficacité de comptage à cause de la croissante avec le temps
de 210Bi descendant direct de 210Pb dans la solution de comptage.
Limite de détection (LD)
- Faibles valeurs de LD : quelques 7 à 20 mBq/l pour un volume de 500 ml d'eau
- Durée d’analyse courte : 24 à 48 heures pour donner les résultats d’analyse
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3 - RESULTATS ET DISCUSION
Résultats d’analyse de Pb-210 dans quelques échantillons
d’eaux
Echantillons
Volume
Rdt
litre
Activité
Incertitude
(Bq/l)
(Bq/l)
2*
Evian
0.5
0.48
6.6 10-3
 LD

Vittel
0.5
0.50
6.2 10-3
 LD

0.5
0.53
6.4 10-3
0,179
2.0 10-3
0.5
0.60
6.5 10-3
 LD

0.5
0.50
5.4 10-3
 LD

Réseau de
Nantes
Réseau de
St Nazaire
Cristaline
(Eléonore)
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