北京市環(huán)境水中鍶-90活度濃度分析

汪 喆，劉 陸，劉智慧

(北京市輻射安全技術(shù)中心，北京 100089)

放射性核素90Sr半衰期長，毒性大，對人體造成輻射損傷較大，且其在環(huán)境介質(zhì)中具有較高的遷移性，了解90Sr在環(huán)境中的放射性水平，對環(huán)境本底調(diào)查、輻射環(huán)境質(zhì)量評價具有重要意義。根據(jù)我國《輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ 61—2001)[1]中對環(huán)境水樣的檢測內(nèi)容和監(jiān)測項目的要求，水樣中90Sr的分析是國家規(guī)定和環(huán)境影響評價的重要檢測內(nèi)容，因此全國各省環(huán)境監(jiān)測站均進行了水樣中人工放射性核素90Sr的監(jiān)測測量。北京市輻射安全技術(shù)中心按照規(guī)定對北京市環(huán)境水中90Sr的活度濃度進行了監(jiān)測，本文對2015—2019年的相關(guān)結(jié)果進行報道，并評估其對公眾產(chǎn)生的待積有效劑量。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

90Sr-90Y標(biāo)準(zhǔn)溶液(91.6 mBq/mL)，Eckert&Ziegler Analytics產(chǎn)；P204樹脂(ω(HDEHP)=50%，40～60目)，核工業(yè)北京化工冶金研究院；鍶載體溶液(約50 mg Sr/mL)；釔載體溶液(約20 mg Y/mL)；其他：硝酸、氨水、無水乙醇、無水氯化鈣、草酸、氯化鍶、碳酸鈉、氯化銨、硝酸釔，均為分析純。

LB770型低本底α/β測量裝置：BERTHOLD(德國)公司產(chǎn)，對60 mm的樣品盤，本底計數(shù)率小于1 cpm，對90Sr-90Y平面源，β探測效率為54%，最小可探測限(測量時長為1 h)為20 mBq；分析天平：METTLER TOLEDO(瑞士)公司產(chǎn)，最小感量為0.1 mg。

1.2 樣品采集與前處理

依據(jù)《輻射環(huán)境檢測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 61—2001)[1]，對北京市內(nèi)主要的5個河流、6個湖庫和1個地下水共計12個環(huán)境點位進行了采樣監(jiān)測，每個點位枯水期、豐水期各1次，樣品共計24個。

1.3 測量方法

綜合考慮分析樣品的活度水平、實驗時間和流程復(fù)雜程度，參照環(huán)保部《水和生物樣品灰中鍶-90的放射化學(xué)分析方法》(HJ 815—2016)[2]中的二-(2-乙基己基)磷酸萃取色層法對水中90Sr進行測定。

1.4 質(zhì)控樣品實驗

進行空白實驗、平行樣和加標(biāo)樣品實驗。為了確保結(jié)果的可靠性，除了空白實驗外，選取部分點位進行平行樣(3個點位)和加標(biāo)樣(2個點位)實驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 實驗結(jié)果

2.1.12019年實驗結(jié)果分析

北京屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，有明顯的干濕季之分。2019年北京市不同水文期地表水包括河系水、湖庫水和地下水中90Sr活度濃度列于表1～表3。

表1 河系水90Sr測量結(jié)果Tab.1 Experimental results of river system water

表2 湖庫水90Sr測量結(jié)果Tab.2 Experimental results of lake reservoir water

表3 地下水90Sr測量結(jié)果Tab.3 Experimental results of groundwater

測得樣品的回收率范圍62.78%～99.89%，大部分在70%以上，探測下限(LLD)范圍為(0.24～0.61)mBq/L。實驗結(jié)果顯示，2019年北京市環(huán)境水中90Sr檢出值為(4.46±1.51)mBq/L，范圍為(1.44～7.56)mBq/L，其中河系水(5.01±1.45)mBq/L，湖庫水為(4.00±1.45)mBq/L，地下水為(2.11±0.12)mBq/L，各類水體平均90Sr活度濃度由大到小，依次為河系水>湖庫水>地下水。

總體上，地表水中90Sr放射性水平高于地下水，推測為核試驗放射性落下灰在水體中的沉積導(dǎo)致的差異。地下水中能夠檢出人工核素90Sr，推測原因：在地下水在形成過程中，溶入了沉降于地面表層的放射性核素，但其水平非常低。

由于季節(jié)不同，地表水中放射性水平也有所不同，一般來說，豐水期由于地表水受到一定的稀釋，放射性水平略有減低，而枯水期放射性水平略有增高，個別點位略有波動。推測原因：(1)河系2、4號、湖庫2、6號均屬于南水北調(diào)引水所經(jīng)地，本實驗所用的水樣在采樣之前，可能進行了枯水期調(diào)度補水，增大了蓄水量，導(dǎo)致90Sr的含量略有下降。(2)湖庫2號的另一個補水來源是城市再生水，可能是進行補水后采樣，導(dǎo)致90Sr的含量略有下降。(3)個別點位采樣前是降雨天氣，空氣中的90Sr被沖刷進入環(huán)境水樣，導(dǎo)致90Sr的含量略有上升。(4)干擾元素如Fe、Bi等除去不完全導(dǎo)致回收率不穩(wěn)定。(5)部分水樣水質(zhì)較差，存在懸浮物等雜質(zhì)。(6)預(yù)處理流程長，由于操作原因使沉淀產(chǎn)生有少量損失，導(dǎo)致其化學(xué)回收率較低，可能也會產(chǎn)生一定偏差。地下水中90Sr含量基本不受季節(jié)影響。

根據(jù)UNSCEAR 2000年報告書[3]及表1～表3計算北京市成人的食入年待積有效劑量：D=CVP45，C為水中某核素的活度濃度(Bq/L)，成人年飲水量均值取730 L/a，P45為食入途徑放射性核素的劑量轉(zhuǎn)換系數(shù)，對于90Sr取28 nSv/Bq。北京市成人攝入水中90Sr的平均年攝入量和待積有效劑量順序分別為：河系水(3.66 Bq，0.10 μSv)>湖庫水(2.95 Bq，0.08 μSv)>地下水(1.54 Bq，0.04 μSv)。該值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定攝入限值2.8×104Bq[4]，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的年劑量限值[5]。

2.1.22015—2019年實驗數(shù)據(jù)對比

分析北京市環(huán)境水中90Sr放射性水平年度變化，匯總2015年至2019年數(shù)據(jù)于表4。

表4 2015—2019年90Sr實驗數(shù)據(jù)對比表(mBq/L)Tab.4 Comparison of experimental data from 2015 to 2019 (mBq/L)

將2019年與2015—2018年監(jiān)測結(jié)果對比，結(jié)果表明，2019年的數(shù)據(jù)均在“歷年測量值均值±3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差內(nèi)”，處于正常漲落范圍之內(nèi)。

2.1.3與全國地表水?dāng)?shù)據(jù)對比

根據(jù)2017年和2018年全國輻射環(huán)境質(zhì)量報告[6-7]，2017年全國各類地表水90Sr活度濃度區(qū)間分別為：河系水(0.51～8.5)mBq/L，湖庫水(0.60～10)mBq/L。2018年全國地表水90Sr活度濃度區(qū)間分別為：河系水(0.72～8.5)mBq/L，湖庫水(0.66～10)mBq/L。北京市2019年地表水中90Sr的含量與全國其他地區(qū)相比，處于中間水平，均在同一數(shù)量級。

2.2 試劑空白和質(zhì)控實驗結(jié)果

2.2.1試劑空白分析

結(jié)果列于表5。經(jīng)正態(tài)檢驗(Shapiro-Wilk)，空白p值=0.626，本底p值=0.443，均>0.05，均滿足正態(tài)分布；經(jīng)F檢驗，p值=0.980>0.05，說明方差齊性(置信水平95%)；經(jīng)t檢驗，p值=0.791>0.05，說明空白和本底計數(shù)率兩組數(shù)據(jù)不具有統(tǒng)計學(xué)意義的差異(置信水平95%)。

表5 試劑空白分析結(jié)果Tab.5 Analysis results of blank sample experiment

2.2.2質(zhì)控實驗分析

根據(jù)地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(HJ/T 91—2002)[8]規(guī)定進行分析，平行樣實驗結(jié)果列于表6，加標(biāo)樣實驗結(jié)果列于表7。

表7 加標(biāo)樣結(jié)果Tab.7 Results of spiked samples

平行樣實驗結(jié)果滿足輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范HJ/T 61—2001[1]要求：不大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差的2倍(20%)。加標(biāo)樣實驗結(jié)果滿足加標(biāo)回收率控制指標(biāo)(85%～115%)，說明測量結(jié)果準(zhǔn)確可信。

3 結(jié)論

1)北京市環(huán)境水中90Sr放射性水平高低順序為：河系水>湖庫水>地下水，都處于低水平范圍。2019年北京市環(huán)境水中90Sr放射性水平與歷年相比，處于正常漲落范圍之內(nèi)；2019年北京市環(huán)境水中90Sr放射性水平與全國其他地區(qū)相比，處于中間水平。

2)2019年北京市成人攝入水中90Sr的平均年攝入量和待積有效劑量最大分別為3.66 Bq/a、0.10 μSv/a，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相應(yīng)限值。

3)通過對90Sr的長期規(guī)范監(jiān)測，能夠監(jiān)測環(huán)境輻射的長期變化趨勢，為準(zhǔn)確評價北京市環(huán)境放射性污染水平提供依據(jù)，繼續(xù)對北京市環(huán)境中90Sr的監(jiān)測仍然十分必要。