碳—14測量的實驗室質量控制

周花瓏+韋湫陽+岑旭

摘要：為了保證碳-14放射性測量的監測質量，需要對其過程進行實驗室質量控制。本文通過儀器設備的性能檢驗，樣品平行樣測定、加標回收率測定、質量考核、實驗室間比對等措施進行質量控制。

關鍵詞：碳-14；質量控制；不確定度

1 前言

實驗室質量控制是環境監測質量保證的一個重要部分，包括實驗室內部質量控制和外部質量控制。實驗室內部質量控制是實驗室自我控制質量的常規程序，它能分析質量穩定性，以便及時發現分析中異常情況，隨時采取相應的校正措施，它包括儀器設備的性能檢驗、樣品平行樣測定、樣品加標回收率測定等。實驗室外部質量控制是由常規監測以外的中心實驗室或其他有經驗人員來執行，以便對數據質量進行獨立評價，各實驗室可以從中發現所存在的系統誤差等問題，及時校正，它包括實驗室間比對、能力驗證、上級考核等。

環境監測中碳-14的分析一般包括空氣、水體、生物和土壤等樣品中碳-14的分析測量，各種介質的采樣與前處理有所差別，但樣品的制備與測量方法都是參照《空氣中14C的取樣與測定方法》[1]中的樣品制備方法及標定方法，即樣品采集和前處理后14C均以CO2的形式被堿溶液捕集，被吸收的CO2以CaCO3沉淀析出，用乳化閃爍液的固體懸浮物測量技術在液閃計數器上直接測量出CaCO3中的14C放射性。本文將通過實例對碳-14測量的實驗室質量控制的措施進行闡述。

2碳-14的實驗室測量

2.1儀器Quantulus 1220型低本底液體閃爍譜儀。

2.2 方法參照《空氣中14C的取樣與測定方法》（EJ/T1008-96）。

2.3 碳-14活度濃度的結果計算

（1）

Ac—樣品中14C活度濃度，Bq/g·碳；

E—儀器對14C的計數效率，%；

Nb—本底計數率，cpm；

Nc—碳酸鈣樣品計數率，cpm；

0.12—碳酸鈣中碳所占百分比；

m—被測碳酸鈣重量，g；

60—單位轉換系數，s/m。

2.4 測量結果的不確定度評定

根據碳-14活度濃度的數學模型（1）和不確定的評定程序，影響其不確定度的因素主要有：

（1）液閃譜儀對樣品測量的不確定度：u1

式中：Nc—樣品測量計數率，cpm；

Nb—本底計數率，cpm；

tc—樣品測量時間，min；

tb—本底測量時間，min。

（2）液閃譜儀在刻度時的不確定度：u2

u2是合成標準不確定度分量，它由下列不確定度分量構成：

①標準源凈計數率測量的不確定度：u21；

式中：Ns—標準溶液樣品測量計數率，cpm；

Nb—本底計數率，cpm；

ts—標準溶液樣品測量時間，min；

tb—本底測量時間，min。

②分析天平稱量標準樣品的不確定度：u22；

u22=0.2mg/（k×m）

③標準源的不確定度由證書給出：u23。

u23=U/k

（3）分析天平稱量分析樣品的不確定度：u3

因此，碳-14活度濃度測量結果的合成不確定度為： ，擴展不確定度為：U=k*u（k=2）。

3碳-14測量的實驗室質量控制措施[2-3]

3.1儀器設備的性能檢驗

為了保證測量結果的準確性和有效性，低本底液體閃爍譜儀每兩年在國家計量部門或其授權的的計量站檢定或校準一次。筆者所在單位的Quantulus1220型低本底液體閃爍譜儀由上海市計量測試技術研究院（華東國家計量測試中心）校準合格，校準有效期為2016年5月30日至2018年5月29日。

2016年，對Quantulus1220型低本底液體閃爍譜儀開展了泊松分布檢驗和長期可靠性檢驗，并繪制質控圖。泊松分布檢驗結果見表1，質控圖見圖1。

表1 2016年Quantulus1220型低本底液體閃爍譜儀泊松分布檢驗結果

圖1 Quantulus1220型低本底液閃譜儀可靠性檢驗質控圖

從表1的監測結果可知，Quantulus1220型低本底液閃譜儀碳-14非淬滅源本底計數滿足泊松分布X20.975，df≤X2≤X20.025，df，表明該Quantulus1220型低本底液閃譜儀工作狀態正常。從圖1的質控圖可知，2016年定期測量的碳-14非淬滅源本底計數率均在控制范圍內，表明該Quantulus1220型低本底液閃譜儀性能正常，長期保持穩定。

3.2平行雙樣測定

平行樣品的測定是為了確定分析測量的精密度，一般隨機抽取10%～20%的樣品進行平行雙樣的測定。本次實驗選取2份空氣樣品的吸收堿液、2份紅薯葉樣品和2份松針樣品燃燒后收集到的捕集液進行平行測定，測量結果見表2。

表2 碳-14平行樣測定結果

從表2的監測結果可知，6對平行樣品的活度濃度相對偏差范圍為0.70%～5.1%，均小于標準分析方法規定的相對標準偏差的兩倍，滿足輻射環境監測技術規范的要求，同時滿足《2017年全國輻射環境監測方案》要求的國控網環境監測平行樣相對偏差控制指標，實驗結果精密性較好。

3.3加標回收率測定

樣品加標回收率測定是為了確定分析測量的準確度，一般隨機抽取10%～20%的樣品進行平行雙樣的測定。本次實驗選取2份空氣樣品的吸收堿液、2份青菜（紅薯葉）樣品和2份松針樣品燃燒后收集到的捕集液進行加標回收率測定，測量結果見表3。endprint

表3 碳-14加標回收率測定結果

從表3的監測結果可知，樣品的加標回收率范圍為89.8%～102%，均在監測分析方法規定的加標回收率范圍內，滿足技術規范的要求，同時滿足《2017年全國輻射環境監測方案》要求的國控網環境監測加標回收率控制指標，實驗結果準確度較好。

3.4質量考核

2015年12月，由環境保護部輻射環境監測中心組織全國輻射環境監測質量考核，考核項目包括水中碳-14。筆者所在單位參加了此次質量考核，考核結果為合格。本單位水中碳-14考核結果見表4[4]。

表4 2015年全國輻射環境質量考核—水中碳-14考核結果

3.5 實驗室間比對

2016年12月，筆者所在單位聯合蘇州熱工院有限公司開展了生物中有機氚和碳-14的實驗室間比對。用于比對的檢測物品為大米分割樣品，由蘇州熱工院有限公司提供，并將分割樣品寄送至廣西輻射環境監督管理站。本次比對采用蘇州熱工院有限公司報告結果作為指定值，廣西壯族自治區輻射環境監督管理站生物中有機氚和碳-14的比對結果均為滿意，生物中碳-14的測量結果見表5。

表5 生物中碳-14實驗間比對測量結果及評價

4總結

本文以空氣樣品、紅薯葉樣品和松針樣品為實例進行碳-14樣品的制備，通過Quantulus1220型低本底液體閃爍譜儀進行測量，針對樣品中碳-14放射性測量實驗室質量控制的措施進行了闡述，包括對儀器的檢定以及穩定性測量、樣品平行樣測定、加標回收率測定、質量考核、實驗室間比對等進行實例介紹，證明碳-14測量的實驗室質量控制措施有效可行。這對于放射性化學實驗室如何開展樣品中碳-14放射性測量的實驗室質量控制提供了一個具體而有效的參考。

參考文獻

[1]中華人民共和國核行業標準.空氣中14C的取樣與測定方法[S].EJ/T1008-96.

[2]潘自強.電離輻射環境監測與評價[M].北京：原子能出版社，2007.

[3]中華人民共和國環境保護行業標準.輻射環境監測技術規范[S].HJ/T61-2001.

[4]王蕾.2015年全國輻射環境監測質量考核工作報告[R].環境保護部輻射環境監測技術中心，2015.endprint