氣溶膠中釙-210分析方法確認

葛 婷 夏 冰 史 蕾

（山東省核與輻射安全監測中心，山東濟南 250117）

0 引言

釙-210是釙最重要同位素之一，處于鈾系衰變鏈末端，因鈾礦開采隨氡氣擴散至整個生物圈，是鈾礦污染源監測的關鍵核素，大氣氣溶膠中釙-210，主要來自大氣中氡-222。氡-222是一種放射性惰性氣體，主要源于地殼中鐳-226的衰變，極容易從土壤中析出。氡-222通過一系列短壽命子體衰變后衰變為釙-210，釙-210迅速與大氣中的氣溶膠結合，吸附在PM2.5以下的小顆粒物上[1]。

1 釙-210的基本性質

釙-210是一種天然放射性核素，是氡-222的最后衰變子體[2]，其半衰期為138.4天，非常稀少但放射性很強的元素[3]，具有極毒性且揮發性較強的核素[4]。釙-210在自然界中分布十分廣泛,雖然釋放出的α粒子射程短,在空氣中的射程只有幾厘米，一張紙就可以將其屏蔽，不能透過人的皮膚而無外照射的危險，大氣中的釙-210會通過呼吸進入人體[5]，造成內照射危害[6]，可以破壞人體組織器官細胞結構、損傷DNA導致細胞死亡[7]、癌變，導致腫瘤[8]。人體攝入釙的最大允許值只有4.5×10-12g釙-210，必須有足夠的安全防范意識，否則會對人體造成傷害。因此，對釙-210的放射性含量的監測是非常有必要的。

2 方法與原理

2.1 方法依據

依據《水中釙-210的分析方法》（HJ813-2016）。

2.2 方法原理

氣溶膠濾膜樣品預處理前加入209Po作為示蹤劑，經硫酸-硝酸-高氯酸濕式消化，鹽酸溶解殘渣，過濾，轉化為鹽酸體系，在高溫高速攪拌環境下，使210Po和209Po自沉積到銀片上，在α能譜儀上測量，根據210Po和209Po計數，計算氣溶膠中210Po活度濃度。

2.3 分析過程

將氣溶膠樣品剪碎后移入100mL燒杯中，加入209Po示蹤劑、濃硫酸和濃硝酸，置于高溫電熱板上水浴加熱，使用玻璃棒不斷攪拌。樣品蒸發蓬松后加入高氯酸，置于電恒溫加熱器上蒸發，直至不冒白煙。加入濃鹽酸，直至濃鹽酸蒸發至干。加入0.5mol/L鹽酸過濾，洗滌殘渣2～3次，合并入濾液。往燒杯中滴加過氧化氫，適量的抗壞血酸，直至溶液的黃色恰好消失，放入支架、磁子、結晶皿、銀片進行自沉積，取出銀片，依次在去離子水和無水乙醇中浸泡以去除表面鹽酸，烘干后放入α譜儀上測量。

2.4 儀器配置

配備低本底α譜儀2臺、分析天平3臺，均已進行檢定或校準，并按規定定期進行期間核查，儀器設備技術指標滿足方法要求。儀器設備配置情況見表1。

表1 儀器設備配置情況

2.5 標準物質

釙-209標準溶液、鉛-210標準溶液，配置情況見表2。

表2 標準物質配置情況

2.6 試劑與耗材

除非另有說明，分析時均使用符合國家標準或專業標準的分析純試劑和蒸餾水或同等純度的水。

（1）抗壞血酸（C6H8O6）。

（2）濃硝酸（HNO3）：63%～68%（m/m）。

（3）濃硫酸（H2SO4）：98%（m/m）。

（4）高氯酸（HClO4）：70%～72%（m/m）。

（5）鹽酸（HCl）：0.5 mol/L。

（6）過氧化氫（H2O2）：質量比為30%。

（7）無水乙醇（C2H5OH）：質量比為99.5%。

（8）鹽酸羥胺（NH2HClOH）：質量比為25%。

（9）209Po示蹤劑：稱取24.19Bq/g釙-209標準溶液至100ml容量瓶中，用1.0mol/L鹽酸溶液定容。

（10）銀片：φ23mm×0.6mm，純度為99.97%，使用前須將銀片一面涂上油漆，自沉積前另一面用砂紙拋光，清水沖洗干凈后即可使用。

2.7 環境控制

低本底α譜儀需要的環境溫度為0～50℃，相對濕度≤95%，無凝水；實驗室通過空調、除濕機確保溫濕度滿足低本底α譜儀使用要求；實驗室內無其他儀器對低本底α譜儀的正常使用產生影響。

2.8 樣品采集

本次方法確認所采用的樣品為2019年3月份氣溶膠樣品，該樣品是利用超大流量氣溶膠采樣器進行采集，采樣量為10000m3，樣品平均分成12份，每份833m3，進行平行樣、加標樣分析。采樣過程中，樣品的流轉、保存等嚴格按照輻射環境監測技術規范中相關要求進行。

3 實驗結果

3.1 精密度

采用平行樣分析作為方法精密度確認。取7份均分后的氣溶膠樣品進行平行樣分析，測量結果見表3。

表3 平行樣測量結果

由表3可知，平行樣測量結果的平均值為0.318mBq/m3，相對標準偏差為15.4%，滿足平行樣相對偏差控制指標要求（樣品濃度≤0.5mBq/m3，相對偏差控制指標為25%）。

3.2 加標回收率

取3份均分后的氣溶膠樣品分別加入活度為210Po-210Pb平衡液進行加標實驗，加標樣測量結果見表4。

表4 加標樣測量結果

由表4可知，加標回收率范圍為93.5%～107.1%，滿足氣溶膠中釙-210放化分析加標回收率控制指標要求（樣品濃度≥0.5mBq/m3，加標回收率控制指標為90%～110%）。

3.3 實驗室間比對

選取采集的氣溶膠樣品作為比對樣品，與其他實驗室進行實驗室間比對，比對結果見表5。

表5 實驗室間的比對結果

由表5可知，與B實驗室比對結果的相對標準偏差為11.4%。

3.4 檢出限

3.4.1 測定下限

測定下限依照樣品空白平均值±3倍標準偏差計算。

以未使用的氣溶膠濾膜作為空白樣品進行實驗，空白實驗結果見表6。

表6 空白實驗結果

由表5可知，10次空白樣測量結果的平均值為1.41mBq/m3，標準偏差為1.54 mBq/m3，測定下限為6.03mBq/m3。

3.4.2 儀器檢出限

儀器檢出限按照下列公式計算：

其中，LLD—探測下限，mBq/m3；N0—本底計數率，min-1；t0—本底計數時間，min；60—秒分轉換系數，s/min；E—儀器探測效率，%；V—為氣溶膠體積，m3。

儀器檢出限計算結果見表7。

表7 儀器檢出限

由表7可知，儀器檢出限范圍為(0.69～1.27)mBq/m3，平均值為0.89mBq/m3。

3.5 適用范圍

α測量時，待測質量厚度超過50mg/cm2時，自吸收不可忽略，所以自沉積釙質量厚度以50mg/cm2以上限。經計算，自沉積的最大活度為4.15×107Bq/m3。

測定下限為6.03mBq/m3，自沉積的最大活度為4.15×107Bq/m3，所以適用范圍為6.03×10-6～4.15×107Bq/m3。

4 結論

氣溶膠中釙-210分析方法的測定下限為6.03mBq/m3，平行樣相對偏差為15.4%，加標回收率范圍為93.5%～107.1%，均滿足相關控制指標要求；實驗室間比對結果相對標準偏差為11.4%，確認了氣溶膠中釙-210分析方法的可行性，確認了氣溶膠中釙-210分析方法的可行性，已具備氣溶膠中釙-210監測分析的能力。