空氣中碳-14的采樣方法

丁洪深 王克

丁洪深（1985-），男，漢族，山東壽光人，本科，山東省核與輻射安全監(jiān)測(cè)中心.

摘? 要：環(huán)境空氣中碳-14主要以14CO2、14CO等無機(jī)和有機(jī)形態(tài)存在，以14CO2為主。在輻射環(huán)境監(jiān)測(cè)中，空氣中碳-14的采樣主要有直接導(dǎo)入堿液中捕集14CO2法和催化氧化后堿液中捕集14CO2法。只采集空氣中14CO2時(shí)，可直接用氫氧化鈉等堿性溶液捕集14CO2;采集14CO和有機(jī)形態(tài)碳-14時(shí)，需將空氣中CO和有機(jī)形態(tài)碳在高溫條件下，經(jīng)催化氧化生成14CO2，然后再用氫氧化鈉等堿性溶液吸收。常用采樣設(shè)備有 Model ASC-C14B碳-14采樣器、HAGUE7000空氣中碳14采樣器等，多數(shù)是經(jīng)催化氧化后堿液中捕集14CO2，滿足現(xiàn)行《空氣中14C的取樣與測(cè)量方法》（EJ/T 1008-1996）標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：碳-14;輻射監(jiān)測(cè);采樣

引言：碳-14是低能β發(fā)射體，不會(huì)造成外照射危害。但碳元素是生物體的主要組成成分之一，當(dāng)碳-14排放到環(huán)境之后，就會(huì)進(jìn)入生物圈的碳循環(huán)，碳-14具有很高的同位素交換率、易被活機(jī)體吸收同化，因而會(huì)最終在人體內(nèi)聚集，并將引起碳-14在人體內(nèi)的含量水平升高，對(duì)人體產(chǎn)生內(nèi)照射危害。[1]由于碳-14有相當(dāng)長(zhǎng)的半衰期，且長(zhǎng)期在大氣中居留，加上地球碳元素的輸運(yùn)過程，使它在全球范圍內(nèi)散布，因此碳-14的放射性影響不限于釋放區(qū)域，它可能近乎以穩(wěn)定碳的方式在全球范圍內(nèi)彌散。因此，在對(duì)公眾造成有效劑量的諸多放射性核素中，碳-14的貢獻(xiàn)（主要是吸入或食入內(nèi)照射）占很大的比例，近年來越來越受到人們的重視。開展空氣中碳-14測(cè)量質(zhì)量控制時(shí)做好碳-14測(cè)量的重要工作，需要引起足夠重視。

一、采樣方法原理

1.直接導(dǎo)入堿液中捕集14CO2法

直接導(dǎo)入堿液中捕集14CO2法即用抽氣泵抽取一定體積的空氣，通過裝有氫氧化鈉溶液的吸收瓶，使取樣空氣中的二氧化碳完全被堿液吸收捕集。在二氧化碳濃度范圍0.5～0.7 g/m3（約0.2 g碳/m3）時(shí)，需要采集2 m3空氣，以產(chǎn)生足夠的碳酸鈣用于測(cè)試。也可用氨水作為吸收液采集二氧化碳，但氨水的揮發(fā)會(huì)造成捕集效率的降低，很難做到定量捕集。

2.催化氧化后堿液中捕集14CO2法

催化氧化后堿液中捕集14CO2法用抽氣泵抽取一定體積的空氣，通過高溫氧化銅或鈀催化劑床及其后接的裝有氫氧化鈉溶液的吸收瓶，使取樣空氣中原有的二氧化碳和由一氧化碳氧化生成的二氧化碳完全被堿液吸收捕集。所用氫氧化鈉溶液為2 mol/L，采樣速率不大于1 L/min，采集體積3～4 m3，催化床溫度控制在500 ℃。[2]

二、常用采樣設(shè)備

1. Model ASC-C14B碳-14采樣器

Model ASC-C14B 碳-14采樣器，美國OVERHOFF公司生產(chǎn)，主要用于收集煙囪道、車廂、房間、戶外等地方空氣。碳-14被持續(xù)收集在小玻璃瓶中，收集量隨時(shí)間線性增加。Model ASC-C14B 碳-14采樣器為鼓泡法采樣，體積小，重量輕，便于攜帶和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，分為獨(dú)立的有機(jī)碳和無機(jī)碳采樣區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣中全碳的采樣每個(gè)區(qū)域均采用級(jí)聯(lián)的兩個(gè)玻璃瓶，收集效率接近100 %，具有溫度、瞬時(shí)流速、體積和報(bào)警等顯示功能，可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)采樣。采樣速率0.3～1 L/min，管式爐熱氧化器溫度范圍455～475 ℃。

2.HAGUE7000空氣中碳14采樣器

HAGUE7000空氣中碳14采樣器，法國SDEC公司生產(chǎn)。主要用于監(jiān)測(cè)煙道排出物，也可用于戶外采樣，鼓泡法采樣，有循環(huán)冷卻系統(tǒng)，溶劑蒸發(fā)少，可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)監(jiān)測(cè)?？蓪?shí)現(xiàn)二氧化碳?xì)怏w，一氧化碳?xì)怏w或有機(jī)碳化合物的采集，CO2直接在第一和第二個(gè)采樣瓶中被捕獲;碳的其它化合物在高溫氧化爐中被氧化成為CO2，然后在第三和第四個(gè)采樣瓶中被捕獲。體積小，重量輕，便于攜帶和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，進(jìn)氣效率接近99%，具有溫度、瞬時(shí)流速、體積和報(bào)警等顯示功能。C-14捕獲效率>85%（空氣中的C）和 >90%（甲烷中的C），采樣速率10～60升/小時(shí)，可配備冷凝裝置。

三、采樣點(diǎn)位布設(shè)原則

環(huán)境空氣中碳-14的采集點(diǎn)位要選擇在周圍沒有樹木、沒有建筑物影響的開闊地，或沒有高大建筑物影響的建筑物的平臺(tái)上。下雨時(shí)應(yīng)在采樣器上支起雨棚或防雨傘。

核電廠外圍監(jiān)測(cè)時(shí)，應(yīng)在廠區(qū)邊界、廠外地面最高濃度處、主導(dǎo)風(fēng)向下風(fēng)向距廠區(qū)邊界小于10千米的居民區(qū)布設(shè)點(diǎn)位。

四、采樣步驟及注意事項(xiàng)

（1）將采樣設(shè)備放置在事先選定的采樣點(diǎn)處，要求在距地面1米以上較牢固平臺(tái)上，并安裝遮陽傘或固定遮陽防雨裝置。

（2）根據(jù)采樣設(shè)備的不同，安裝好裝有堿性吸收液的吸收瓶，接通電源開始采樣，采集到足夠樣品后，關(guān)閉電源，停止采樣。取下吸收瓶并密封，粘貼采樣標(biāo)簽、填寫采樣記錄。將采集的樣品與采樣記錄送實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)。

（3）用于配置氫氧化鈉溶液的氫氧化鈉應(yīng)選擇分析純?cè)噭谜麴s水需經(jīng)加熱煮沸脫氣，不可用磨口玻璃瓶長(zhǎng)期貯存氫氧化鈉溶液。

（4）根據(jù)任務(wù)需要和儀器設(shè)備情況，注意顯示采樣體積與標(biāo)況體積的換算。

五、結(jié)語

目前，我國生態(tài)環(huán)境部門監(jiān)測(cè)空氣中碳-14的濃度，多采用現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)《空氣中14C的取樣與測(cè)量方法》（EJ/T 1008-1996）。該標(biāo)準(zhǔn)通過氧化將空氣中有機(jī)和CO形態(tài)存在的14C通過催化氧化后，與空氣中的14CO2一起用堿液吸收。取來的樣品通過制樣轉(zhuǎn)化為Ca14CO3后，加入自制的甲苯基乳化閃爍液，用液閃譜儀測(cè)量14C的活度。

[1] 趙新景，劉文娜，徐凱彥，等.海陽市空氣中14C放射性水平研究[J].中國輻射衛(wèi)生，2019，28（3）：296-298.

[2] 核工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究所.EJ /T 1008-1996 空氣中14C的取樣與測(cè)定方法[S].北京：中國核工業(yè)總公司，1996.