退役核设施环境植物中氚的分析

邱永梅，但贵萍，文 炜，王 萍

（中国工程物理研究院 核物理与化学研究所，四川 绵阳 621900）

在对氚操作场所的核设施退役过程中，弥散在该场所内的氚不可避免地会释放到环境中，为了解在退役前后排放到环境中氚的行为，不仅要监测不同水体中氚的浓度，还要监测各种植物中氚的水平。植物体中氚以组织自由水氚（HFWT）和组织结合氚（TBT）两种形式存在，对于植物样品中自由水氚，一般可用如低温真空蒸馏、真空冷冻干燥、冷冻干燥、共沸蒸馏收集；对于组织结合氚则需经燃烧－氧化处理，使结合在有机基质中的氚全部变成氚水后用低本底液闪测量。燃烧－氧化处理不仅需要燃烧氧化装置，操作也繁琐，对于退役过程中的环境监测，测定样品中的组织自由水氚，就足以确定退役活动氚在植物样品中的累积［1－6］。郑晓敏等［7］用共沸蒸馏法测量，蒸馏约3 h，组织自由水中氚的比活度平均为1.8 Bq／g。康厚军等［8］用低温真空解析法对核设施退役周围的松针进行了氚的测量，解析时间为5～6 h，组织自由水中氚的比活度约为1 Bq／g。上述方法中对样品的解析时间均较长，满足不了退役现场大量样品即时分析的需求。为此，本工作拟在实验室中建立低温加热分离植物样品中组织自由水的方法，对样品实现成批处理，以满足短时间内对大量氚样品进行快速处理、测量和分析的需要。

1 主要实验材料

3110TR／LL型液闪计数仪：PE公司；HG-310型烘箱：赛普斯天宇试验设备（成都）有限责任公司；JJ3000型分析天平：常熟双杰测试仪器厂；ULTI MA GOLD闪烁液：PE公司；Milli Q，Elixlo型去离子水发生器：Millipore公司。所有化学试剂均为分析纯。

2 实验方法

2.1 样品采集和前处理

分别在某源项调查前后，对其场所各个方向的植物进行随机采集，样品采集后分别用塑料袋密封运回实验室，防止样品水分蒸发和样品的交叉污染。实验前去掉样品中的死叶、污泥及表面的水等，切碎，称取一定量置于实验系统的储样瓶中。

2.2 植物样品中氚分析解析系统

为满足大量含氚植物样品的快速制样要求，设计了一套植物样品中氚分析解析系统，其结构示意图示于图1。由图1可以看出，该装置由三部分组成：第一部分是加热炉和温控仪，第二部分为冷阱，第三部分为真空泵。冷阱的温度可达到－30℃，可将样品解析中产生的组织自由水氚完全冷凝下来；在系统中样品管和样品收集器均采用磨口玻璃进行连接，方便拆卸。整个系统密封。

2.3 植物样品中氚的制样方法

称取一定量处理过的植物样品，装入样品管内，植物中的组织自由水（含氚），在80～110℃下加热解析，解析出的含氚水在热气流和真空泵的联合作用下抽至冷凝器内的收集器中，低温冷凝收集。

图1 植物中氚分析解析系统

2.4 样品测量

将制得的含氚水样准确计量后，利用液体闪烁计数法测量氚的比活度。样品中氚活度按照公式（1）进行计算：

（1）式中：A为待测样品中氚的比活度，Bq／g；ns为液闪测量样品的计数率，min－1；nb为液闪本底样品的计数率，min－1；F 为冷凝管中HTO总收集量与液闪测量值的比值；E为液闪测量计数效率，%；η为系统回收率，%；M 为被测鲜植物样品量，g。

2.5 方法不确定度分析

根据现场样品的测量结果，假定（ns－nb）、F、M、E和η在95%置信度下的不确定度分别为A1、A2、A3和A4，则本方法的制样、吸收和测量的总不确定度A总为：

（ns－nb）的相对误差主要来源于液闪测量，因此，A1的相对误差为2%；F、M的误差主要来源于天平，因此A2的可控误差均≤2% ；合成计数率E的误差与标准源的误差（2%）约为6%；η为10%。因此A总约为13%。

3 结果与讨论

3.1 方法建立

3.1.1 系统收集效率

样品管中加入不同量的蒸馏水，在100℃左右加热1.5 h，冷阱温度设为－25℃，收集样品，系统的收集效率列于表1。由表1可以看出，系统的收集效率大于90%。该结果表明，系统的密封性和冷阱的温度都能满足分析样品的要求。

表1 系统的收集效率

3.1.2 解析时间的选择

称取一定量处理过的植物样品放入图1的样品管中，在100℃下加热一定时间，在不同时间取样测量其氚含量，确定最佳解析时间，结果示于图2。由图2可以看出，在约45 min时，解析的水量达到最大，总量大于5 mL，满足液闪测量仪的要求，因此，样品的解析时间选为60～90 min较为合理。与传统方法相比可缩短2～3 h。

图2 样品脱水时间与脱水量关系

3.1.3 组织自由水的回收率

取不同类型的植物，各称取一定量，切碎，放入烘箱中烘2 d，烘箱温度为110℃，再称量烘干后树叶的质量。计算出植物的失水率，结果列于表2。

表2 样品失水率

由表2可以看出，不同类型的样品失水率差别较大，相同样品（松针）基本一致。其中失水率最高的是水芹菜，达87.1%，而松针的失水率最低，约67%。为了保证测量结果的准确，对失水率高的样品，在制样时应降低解析温度，并缩短分析时间。

对6个相同柏树松针样品进行组织自由水回收率实验，计算结果列于表3，样品解析时间为90 min。由表3可知，6个样品的平均水分解析率约为76.5%。

表3 样品的组织自由水（TFW）回收率

3.1.4 解析温度的选择

根据2.3节方法，得到不同植物样品的解析温度，结果列于表4。由表4可以看出，不同植物样品在80～110℃时，解析的水量大于5 mL，满足液闪测量仪的要求，因此，植物样品的蒸馏温度定为80～110℃。温度过低时，蒸馏时间长，对大量样品而言，满足不了现场样品分析要求；温度过高时，植物中的部分有机物被蒸出，蒸馏液呈淡黄色，影响测量结果。

表4 不同样品的解析温度

3.2 样品实测

采用3.1节所确定的测量条件对调查源项在核设施退役前后的样品进行测量，结果分别列于表5和表6。

表5 源项调查前样品中组织自由水氚比活度

表6 源项调查后样品中组织自由水氚比活度

由表5和表6的测量结果可以看出，核设施退役对环境是有影响的。核设施退役前植物中组织自由水氚比活度平均值为（0.089±0.011）Bq·g－1，核设施退役后为（4.50±0.58）Bq·g－1。因此，为了时刻监控氚浓度变化，在核设施退役过程中应增加取样次数，并对退役实施的过程进行改进和完善，以减少核设施退役对环境的影响。

4 结 论

1）设计了对退役环境中可能被氚污染的植物样品的快速制样装置，初步建立了退役核设施环境植物中氚的快速分析方法。

2）通过对建立的制样装置的考察，得出系统的收集效率大于90%，最佳解析时间为60～90 min，样品全程回收率＞76%，重复性较好。

3）该套装置在实际样品处理中，分析时间与传统方法相比缩短2～3 h，适合退役过程中大量植物样品中氚的分析。

［1］ 王利华.生物样品中有机结合氚前处理装置的设计和应用［J］.科技创新导报，2008，5（14）：14.

［2］ 杨怀元.氚的安全与防护［M］.北京：原子能出版社，1997：196-205.

［3］ 孔繁信.GB 12375—90水中氚的分析方法［S］.北京：中国标准出版社，2009.

［4］ 花威，文万信.环境氚测量方法概述［J］.中国辐射卫生，2008，17（2）：250-251.

［5］ 苏垠平，李福生.核电站周围水环境氚浓度分布的影 响 因 素 ［J］.中 国 辐 射 卫 生，2010，19（1）：111-112.

［6］ 方栋.环境中氚和碳-14［J］.辐射防护，2002，22（1）：51-56.

［7］ 郑晓敏，吴宗梅.松针中组织自由水氚［J］.辐射防护，1993，13（4）：308-309.

［8］ 康厚军，张东，石正坤.植物中组织自由水氚的测量 方 法 ［J］.原 子 能 科 学 技 术，2009，43（3）：221-223.