我國核素鈾檢測技術及標準現狀綜述

摘要：隨著核科學的發展，核素鈾的檢測和處理變得至關重要。國家已制定多項標準來規范核素鈾檢測行業，但是早期的標準已難以滿足當前的需求，亟須制定符合行業發展需求的核素鈾檢測標準，同時還要建立靈敏度更高、檢出限更低、精確度更好的檢測技術。本文深入分析了當前鈾核素檢測技術的發展現狀，以及國內相關標準的適用情況，旨在為鈾核素檢測標準的更新和完善提供科學的依據和參考。

關鍵詞：核素鈾；檢測；標準

中圖分類號：X771文獻標志碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1674-4977.2025.01.016

基金項目：國家級大學生創新創業訓練計劃資助項目（220217）。

1研究背景

近年來，核污染問題持續成為全球關注的焦點[1-2]。核素鈾作為核物質中的一種，具有廣泛應用性，但核素鈾的半衰期長，因而其被視為一種持久的污染物。放射性核素鈾可通過食物鏈進入人體，導致基因突變和遺傳損傷，從而對個體和種群的遺傳健康產生長期影響[3-4]。因此，我國于2017年出臺《核安全與放射性污染防治“十三五”規劃及2025年遠景目標》，將核安全納入國家總體安全體系，上升為國家安全戰略。實時監測環境中的殘留核素鈾并進行有效處理，已成為學術研究的重點。隨著前處理技術和儀器分析方法的不斷創新，核素鈾的檢測技術也迅速發展。同時，我國對核素鈾這種放射性元素的性質和應用進行了深入研究，并在已有的認知基礎上制定了大量標準來確保核素鈾的安全應用和監測。本研究將總結核素鈾檢測技術的發展現狀，對比各國核素鈾相關檢測標準的技術指標，為我國核素鈾檢測技術的發展提供參考和借鑒。

2核素鈾檢測技術

2.1前處理技術

目前，核素鈾的前處理方法主要有離子交換法、化學沉淀法、吸附分離法。

離子交換法主要利用離子交換樹脂對核素鈾的吸附特性來實現對核素鈾的分離和富集。目前，多種離子交換樹脂已被應用于處理含有不同混合金屬離子及無機、有機污染物的廢水。合成樹脂是離子交換技術中使用最廣泛的一種材料。這種樹脂可以從溶液中去除幾乎所有的重金屬，包括鈾酰離子，但溫度、pH值、初始濃度和保留時間都會影響離子交換樹脂對鈾酰離子的去除效率。另外，許多天然材料（如黏土、鈣鈦礦、沸石等）也表現出對各種放射性核素鈾的離子交換能力，但這些材料的吸附或離子交換能力相對不足。因此，合成用于放射性廢水凈化的新型高效吸附劑已成為該領域研究的熱點。

化學沉淀法是通過材料與金屬離子反應生成不溶性顆粒，再經過濾分離實現水相中重金屬離子的去除。化學沉淀法也可以和生物還原技術聯用，提高金屬離子的去除效率，實現多組分基質中金屬離子的有效分離。但是由于基質中核素鈾的濃度較低，較難形成不溶性沉淀物，限制了其在核素鈾分離中的應用范圍。

吸附分離法是利用吸附劑表面的孔隙和官能團等特性，對物質中各個組分進行分離。根據吸附的性質，主要分為化學吸附和物理吸附。物理吸附主要是通過分子間的相互作用，而化學吸附主要是通過分子間化學鍵實現。研究表明，在吸附劑表面修飾官能團或調控吸附劑孔徑可提高材料對核素鈾的吸附容量。

于靜等[5]利用交聯、復合等修飾技術，將含氧/氮官能團修飾在了吸附劑的表面，通過表面絡合和離子交換提高吸附劑對核素鈾的選擇性和吸附性能。吸附法具有操作簡單、成本低、回收率高等優點，是目前最常用的一種核素鈾前處理方法。

2.2儀器分析技術

目前，有許多分析技術可用于檢測鈾，如α能譜法、電位滴定法、原子吸收光譜法、發射光譜法、X射線熒光光譜法、質譜法和耦合等離子體質譜法等，這些技術因其高靈敏度而被應用于實驗室中鈾的分析檢測。

2.2.1α能譜法

α能譜法基于鈾元素的α衰變原理，通過檢測α粒子從原子核中釋放并與其他物質碰撞后能量損失的情況，來計算鈾樣品中各同位素的比例和濃度。

Hassan J等[6]采用基于薄膜固相萃取技術，在改良濾紙上預濃縮鈾的方法，對水中的234U和238U進行測定。

2.2.2電位滴定法

電位滴定法是利用硫酸亞鐵將U（Ⅵ）還原為U（Ⅳ），采用重鉻酸鉀滴定法將U（Ⅳ）氧化至U（Ⅵ），通過重鉻酸鉀標準滴定溶液的消耗量確定鈾含量。

黎金標等[7]建立了微波消解全自動電位滴定快速測定巖礦石中鈾的方法，該方法檢出限更低，測定范圍更寬。馮宇等[8]用ICP-OES、紫外分光光度法、釩酸銨（亞鐵）氧化還原滴定法進行實驗，發現釩酸銨（亞鐵）氧化還原滴定法適用于大多數浸出環境，抗干擾能力較強，可對現場樣品進行快速準確分析，具有較高的可信度，但這種方法對實驗人員的操作水平有一定要求。

2.2.3電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）

電感耦合等離子體質譜法是一種用于分析無機元素的技術，該技術通過高溫離子源與氬氣反應生產溫度為10，000 K的等離子焰炬電離鈾樣品，然后通過質量分析器進行質荷比分析，測定鈾元素的濃度。

楊振宇等[9]先用微波密閉消解樣品，然后利用ICP-MS測定，檢測結果均達到要求。與國家標準規定的方法相比，該方法更為快速方便，定量定性更加準確，靈敏度更高，更適合口岸日常檢驗。陳曦[10]對七類食物中的鈾進行測定，且前處理方法同樣用密閉微波消解法。實驗表明，該方法檢出限低、動態范圍寬、基體效應小、準確度和精密度高，能夠對多元素同時分析。汪偉等[11]優化LA-ICP-MS的運行參數，校正質量分餾和檢測效率，測定鈾標準物質中鈾的濃度。該方法靈敏度高、成本較低且制樣簡單，有廣闊的發展前景。

3國內外核素鈾檢測標準現狀

我國鈾礦開采起步于1958年，從那時開始，我國就已開始制定有關核素鈾的檢測標準。雖然早期的標準在當前已經不再適用，但它們為后面新標準的制定打下了堅實的基礎。

目前，我國針對核素鈾的現行國家標準共有59項，其中有14項等效或非等效采用了國際標準。以α能譜法為例，筆者比較了GB/T 13071—2010《地質水樣234U/238U、230Th/232Th放射性活度比值的測定萃淋樹脂萃取色層分離α能譜法》和ISO 21847-3：2007《核燃料技術α光譜測定法第3部分：鈾及其化合物中鈾232的測定》在核素鈾樣品、前處理方面的異同，具體如表1所示。

1）GB/T 13071—2010是專門針對地質水樣中234U/238U、230Th/232Th放射性活度比值的測定，而ISO 21847-3：2007是系列標準中的第3部分，涵蓋了用于測量天然鈾和相關核素在地質材料中含量的方法。它不僅包括水樣，還可能包含其他類型的地質樣品。

2）GB/T 13071—2010中對于反應時的要求比較苛刻，明確要求了溶解樣品時的pH值和制備α源時所需的環境溫度，而在ISO 21847-3：2007中并沒有明確要求，且所需試劑的量也沒有明確規定。

綜上所述，GB/T 13071—2010較ISO 21847-3：2007具有更高的參考價值，為利用α能譜法測定核素鈾含量提供了更加詳細的方法指導。但是，這兩個標準在儀器分析方面的規定都較少，只有公式計算。因此，這兩個標準有待進一步更新。

4結束語

雖然在核素鈾檢測領域我國有不少標準是等效采用或非等效采用了國外的標準，但是仍有一大部分標準是我國自己制定的，這說明我國在核素鈾檢測方面已積累了豐富的經驗。我國標準和國外標準都沒有涉及核素鈾檢測的所有方面，不同國家所側重的樣品處理和分析方法不同，對于核素鈾檢測方面的標準的更新速度也有所不同，這導致了標準內容有所差異。除此之外，有些國家和地區在制定本國標準時，會充分考慮并采納國際標準的規定；而有些國家和地區則可能更多地考慮本國的實際情況，對國際標準的采納程度較低。

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作者簡介

鄭黃榮，男，2001年出生，本科，研究方向為工業標準化。

通信作者：李巍霞，女，1991年出生，講師，博士，研究方向為國際標準化，weixia@cjlu.edu.cn。

（編輯：侯睿琪，收稿日期：2024-06-19）