退役核設施環境植物中氚的分析

邱永梅，但貴萍，文 煒，王 萍

（中國工程物理研究院 核物理與化學研究所，四川 綿陽 621900）

在對氚操作場所的核設施退役過程中，彌散在該場所內的氚不可避免地會釋放到環境中，為了解在退役前后排放到環境中氚的行為，不僅要監測不同水體中氚的濃度，還要監測各種植物中氚的水平。植物體中氚以組織自由水氚（HFWT）和組織結合氚（TBT）兩種形式存在，對于植物樣品中自由水氚，一般可用如低溫真空蒸餾、真空冷凍干燥、冷凍干燥、共沸蒸餾收集；對于組織結合氚則需經燃燒－氧化處理，使結合在有機基質中的氚全部變成氚水后用低本底液閃測量。燃燒－氧化處理不僅需要燃燒氧化裝置，操作也繁瑣，對于退役過程中的環境監測，測定樣品中的組織自由水氚，就足以確定退役活動氚在植物樣品中的累積［1－6］。鄭曉敏等［7］用共沸蒸餾法測量，蒸餾約3 h，組織自由水中氚的比活度平均為1.8 Bq／g。康厚軍等［8］用低溫真空解析法對核設施退役周圍的松針進行了氚的測量，解析時間為5～6 h，組織自由水中氚的比活度約為1 Bq／g。上述方法中對樣品的解析時間均較長，滿足不了退役現場大量樣品即時分析的需求。為此，本工作擬在實驗室中建立低溫加熱分離植物樣品中組織自由水的方法，對樣品實現成批處理，以滿足短時間內對大量氚樣品進行快速處理、測量和分析的需要。

1 主要實驗材料

3110TR／LL型液閃計數儀：PE公司；HG-310型烘箱：賽普斯天宇試驗設備（成都）有限責任公司；JJ3000型分析天平：常熟雙杰測試儀器廠；ULTI MA GOLD閃爍液：PE公司；Milli Q，Elixlo型去離子水發生器：Millipore公司。所有化學試劑均為分析純。

2 實驗方法

2.1 樣品采集和前處理

分別在某源項調查前后，對其場所各個方向的植物進行隨機采集，樣品采集后分別用塑料袋密封運回實驗室，防止樣品水分蒸發和樣品的交叉污染。實驗前去掉樣品中的死葉、污泥及表面的水等，切碎，稱取一定量置于實驗系統的儲樣瓶中。

2.2 植物樣品中氚分析解析系統

為滿足大量含氚植物樣品的快速制樣要求，設計了一套植物樣品中氚分析解析系統，其結構示意圖示于圖1。由圖1可以看出，該裝置由三部分組成：第一部分是加熱爐和溫控儀，第二部分為冷阱，第三部分為真空泵。冷阱的溫度可達到－30℃，可將樣品解析中產生的組織自由水氚完全冷凝下來；在系統中樣品管和樣品收集器均采用磨口玻璃進行連接，方便拆卸。整個系統密封。

2.3 植物樣品中氚的制樣方法

稱取一定量處理過的植物樣品，裝入樣品管內，植物中的組織自由水（含氚），在80～110℃下加熱解析，解析出的含氚水在熱氣流和真空泵的聯合作用下抽至冷凝器內的收集器中，低溫冷凝收集。

圖1 植物中氚分析解析系統

2.4 樣品測量

將制得的含氚水樣準確計量后，利用液體閃爍計數法測量氚的比活度。樣品中氚活度按照公式（1）進行計算：

（1）式中：A為待測樣品中氚的比活度，Bq／g；ns為液閃測量樣品的計數率，min－1；nb為液閃本底樣品的計數率，min－1；F 為冷凝管中HTO總收集量與液閃測量值的比值；E為液閃測量計數效率，%；η為系統回收率，%；M 為被測鮮植物樣品量，g。

2.5 方法不確定度分析

根據現場樣品的測量結果，假定（ns－nb）、F、M、E和η在95%置信度下的不確定度分別為A1、A2、A3和A4，則本方法的制樣、吸收和測量的總不確定度A總為：

（ns－nb）的相對誤差主要來源于液閃測量，因此，A1的相對誤差為2%；F、M的誤差主要來源于天平，因此A2的可控誤差均≤2% ；合成計數率E的誤差與標準源的誤差（2%）約為6%；η為10%。因此A總約為13%。

3 結果與討論

3.1 方法建立

3.1.1 系統收集效率

樣品管中加入不同量的蒸餾水，在100℃左右加熱1.5 h，冷阱溫度設為－25℃，收集樣品，系統的收集效率列于表1。由表1可以看出，系統的收集效率大于90%。該結果表明，系統的密封性和冷阱的溫度都能滿足分析樣品的要求。

表1 系統的收集效率

3.1.2 解析時間的選擇

稱取一定量處理過的植物樣品放入圖1的樣品管中，在100℃下加熱一定時間，在不同時間取樣測量其氚含量，確定最佳解析時間，結果示于圖2。由圖2可以看出，在約45 min時，解析的水量達到最大，總量大于5 mL，滿足液閃測量儀的要求，因此，樣品的解析時間選為60～90 min較為合理。與傳統方法相比可縮短2～3 h。

圖2 樣品脫水時間與脫水量關系

3.1.3 組織自由水的回收率

取不同類型的植物，各稱取一定量，切碎，放入烘箱中烘2 d，烘箱溫度為110℃，再稱量烘干后樹葉的質量。計算出植物的失水率，結果列于表2。

表2 樣品失水率

由表2可以看出，不同類型的樣品失水率差別較大，相同樣品（松針）基本一致。其中失水率最高的是水芹菜，達87.1%，而松針的失水率最低，約67%。為了保證測量結果的準確，對失水率高的樣品，在制樣時應降低解析溫度，并縮短分析時間。

對6個相同柏樹松針樣品進行組織自由水回收率實驗，計算結果列于表3，樣品解析時間為90 min。由表3可知，6個樣品的平均水分解析率約為76.5%。

表3 樣品的組織自由水（TFW）回收率

3.1.4 解析溫度的選擇

根據2.3節方法，得到不同植物樣品的解析溫度，結果列于表4。由表4可以看出，不同植物樣品在80～110℃時，解析的水量大于5 mL，滿足液閃測量儀的要求，因此，植物樣品的蒸餾溫度定為80～110℃。溫度過低時，蒸餾時間長，對大量樣品而言，滿足不了現場樣品分析要求；溫度過高時，植物中的部分有機物被蒸出，蒸餾液呈淡黃色，影響測量結果。

表4 不同樣品的解析溫度

3.2 樣品實測

采用3.1節所確定的測量條件對調查源項在核設施退役前后的樣品進行測量，結果分別列于表5和表6。

表5 源項調查前樣品中組織自由水氚比活度

表6 源項調查后樣品中組織自由水氚比活度

由表5和表6的測量結果可以看出，核設施退役對環境是有影響的。核設施退役前植物中組織自由水氚比活度平均值為（0.089±0.011）Bq·g－1，核設施退役后為（4.50±0.58）Bq·g－1。因此，為了時刻監控氚濃度變化，在核設施退役過程中應增加取樣次數，并對退役實施的過程進行改進和完善，以減少核設施退役對環境的影響。

4 結 論

1）設計了對退役環境中可能被氚污染的植物樣品的快速制樣裝置，初步建立了退役核設施環境植物中氚的快速分析方法。

2）通過對建立的制樣裝置的考察，得出系統的收集效率大于90%，最佳解析時間為60～90 min，樣品全程回收率＞76%，重復性較好。

3）該套裝置在實際樣品處理中，分析時間與傳統方法相比縮短2～3 h，適合退役過程中大量植物樣品中氚的分析。

［1］ 王利華.生物樣品中有機結合氚前處理裝置的設計和應用［J］.科技創新導報，2008，5（14）：14.

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［3］ 孔繁信.GB 12375—90水中氚的分析方法［S］.北京：中國標準出版社，2009.

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［6］ 方棟.環境中氚和碳-14［J］.輻射防護，2002，22（1）：51-56.

［7］ 鄭曉敏，吳宗梅.松針中組織自由水氚［J］.輻射防護，1993，13（4）：308-309.

［8］ 康厚軍，張東，石正坤.植物中組織自由水氚的測量 方 法 ［J］.原 子 能 科 學 技 術，2009，43（3）：221-223.