环境中有机氚前处理方法研究

夏正海

(中核核电运行有限公司环境应急处，浙江 海盐314300)

0 前言

氚是氢的一种同位素，具有β放射性。目前环境中有机氚的监测工作仅见于国外报导，国内只有少数单位开始了实验研究，各单位对方法条件的实施也处于调试阶段，在实验的质量控制方面还存在很大的未知因素。本着研究和实际工作的需要，尝试建立相对完善的试验标准。

1 有机氚的介绍

氚是氢的一种放射性同位素，与氢的化学性质在很多方面都很相似，氚能以气体、氚化水、有机物等各种形式存在于大气、水溶液、动植物体内。氚能通过饮食及呼吸的途径进入人体，对人体带来危害。在实际工作中，接触的主要形态是氚化水（HTO,DTO,T2O）和氚化氢气体（HT,DT,T2）。已知氧化氚的吸入危害是气态氚的2.5倍，它还能透过皮肤吸收进入人体内，因此，必须对氧化氚给予足够的重视。

2 有机氚制备方法的研究

以满足各类环境生物样品有机氚的测量为出发点，研究期望如下：

（1）必须安全、稳定、可靠；

（2）单次制取样品能够满足测量环境生物中有机氚的测量；

（3）能够适用于多种环境生物样品中有机氚样品的制取。

2.1 方法的确立及目标

方法选择：生物有机氚样品的预处理方法有湿法氧化和燃烧氧化法。湿法氧化普遍存在氧化不完全，氧化效率低的问题；而燃烧氧化法具有氧化彻底和氧化效率高的特点。选择青菜、油菜籽生物样品作为研究对象，建立相应的有机氚监测方法。

实验条件的选择：主要对控制因素载气和升温条件进行了研究，确定合适预处理条件。

回收率的确定：通过测量样品中氢元素的含量确定回收率，以氢元素的回收率表征氚的回收率。

拟解决的问题：

对监测方法进行试验、评估，明确方法条件的科学可行性；

采用混合载气和控制升温速率相结合的方法，对实验条件参数进行优化；

该方法的试验内容主要包括方法条件实验、方法回收率实验、方法稳定性实验。下面就本实验过程中出现的部分问题、原因以及解决方法做详细的描述：

（1）产水流失

异常描述：收集端出现漏气。

原因：气路连接出现轻微偏差，在试验过程中，随着压力的增加，导致偏差加大，使产水流失。

解决方法：在气路连接处涂抹真空硅脂，增加气路的气密性。

（2）产水测量异常

异常描述：产水经过处理，制成待测样后，样品呈乳白色浑浊状。原因：实验过程中的爆燃产生杂质。

解决方法：产水处理后，测量样品pH和电导率，确保参数在液闪测量的正常范围。

通过实验，氧气浓度过高，燃烧速率过快，反应不稳定；氧气浓度太低，样品燃烧不完全。氧气流量在50～100ml/min的范围内，以1℃/min的升温速率，样品均能完全氧化。考虑到以后样品的多样性以及实验的安全性，确定选择燃烧区氧气流量为50ml/min，氮气100ml/min。

在0.5℃/min的条件下进行试验，试验结果如下图：

图1 青菜、油菜籽0.5℃/m in条件下燃烧，燃烧区温度变化情况

从图1中可以看到，随着反应的进行，实际升温速率大于设置升温速率，出现了温差，这种趋势逐渐加大，实际升温速率接近1℃/min，说明样品由于燃烧放热，使炉内温度大约以1℃/min的速率升高；再往后温差逐渐减小。说明要使样品进一步燃烧，需缓慢升高炉内温度。因此，从试验的效率以及安全性出发，在反应开始阶段选择1℃/min的升温速率。

300℃后，升温速率太快，样品燃烧速率加快，当温度超过4℃/min时，青菜样品会出现轻微爆燃现象；而油菜籽样品，当升温过2℃/min时，反应速率过快，产水中会收集到黑色颗粒。从试验的效率以及安全性综合考虑，青菜和油菜籽的燃烧条件分别选择：

青菜：以1℃升温至300℃，保温半小时，再以4℃升温至700℃，保温2小时。载气条件：O2/N2=80：100ml/min。

油菜籽：以1℃升温至300℃，保温半小时，再以1℃升温至700℃，保温2小时。载气条件：O2/N2=60：100ml/min

2.2 方法的稳健度

在样品预处理过程中，影响因素主要为回收率和测量误差。引起回收率偏差的主要因素为催化剂老化而降低了催化效率；测量误差主要来源与样品本身，如酸度、杂质等，会引起淬灭现象。

2.3 方法的回收率

在样品量为30g～40g的范围内，选取不同的样品量进行试验，对试验产水量和样品理论产水量建立如下模型：

式中：

W——回收率，%；

m2——燃烧样品的质量，g；

M——水的分子量，18；

m1——燃烧收集水（氚化水）的质量，g；

ω干样氢元素质量分数，%。

以每次试验产水量为纵坐标，以理论产水量为横坐标，作图，线性拟合，结果如下：

青菜理论燃烧水量为19.8～25.42g，实际燃烧水量为15.5～19.7g，回收率77.48%～80.59%。

油菜籽理论燃烧水量为24.74～30.02g，实际燃烧水量为19.56～23.66g，回收率为76.54%～79.18%。

3 结论

本文通过方法研究，对生物OBT前处理方法的具体参数进行优化实验，在实验温度曲线，载气流配比及燃烧时间等参数上调整，在样品成功获得率的前提下，顺利制取样品。通过大量的条件试验，验证了方法可行，实验相关的参数调整也符合有机氚水的前处理制取，可以有效制取样品。对方法的研究，在实验条件上设置了相对可靠可控的参数，有利于该方法标准的确立，为该实验的质量控制工作提供依据，以便更好的开展氚的监测工作。

［1］徐宏明,郑国文,张勇,等.秦山核电厂放射性流出物监测与排放管理[C]//全国放射性流出物和环境监测与评价研讨会论文集.杭州,2003.

［2］中华人民共和国辐射防护规定[S].1974.

［3］梁梅燕,马永福,倪士英,王蕾,范雪瑾.秦山核电基地外围环境氚水平分析[J].辐射防护,2009,29(4)：255-260.