90Sr分析方法研究进展及研究建议

马嫱+　蔡继杰

【摘 要】90Sr属于纯β放射性人工放射性核素，鉴于其本身的特性，90Sr的分析方法比较复杂。本研究综述了人工放射性核素90Sr的预处理和放化分离方法以及测量方法，综合分析对比了不同研究方法的特点，并针对海水中90Sr测量方法提出研究建议。为我国核电事业的快速发展和同位素技术在海洋学等其他学科中的广泛应用、核辐射事故应急识别判断需要提供技术支持。

【关键词】90Sr；分析方法；海水

Research Progress and Suggestions on Analytical Methods of 90Sr and Applications in Oceanography

MA Qiang1，2 CAI Ji-jie1

（1. Technology Center， Xiamen Entry-exit Inspection and Quarantine Bureau，Xiamen Fujian 361026， China；

2. Department of Environmental Science and Engineering， Xiamen University Tan Kah Kee College， Zhangzhou Fujian 363105， China）

【Abstract】90Sr is a pure beta radioactive artificial radionuclide.Analysis method of 90Sr was complicated in consideration of its own characteristics. In this paper， pretreatment and separation method and measurement method of 90Sr were reviewed. Advantages and disadvantages of these methods were analyzed comprehensively. Research suggestions for the measurement of 90Sr in seawater were proposed. This work would be benefit for rapid development of Chinese nuclear power industry and isotopic techniques widely used in other disciplines of Oceanography and nuclear radiation accident emergency recognition judgment.

【Key words】90Sr； analytical methods； seawater

90Sr是235U和239Pu的裂变产物，半衰期28.6a，纯β-放射性人工放射性核素。进入生物体后，绝大部分的90Sr会沉积于骨骼和牙齿中，半衰期较长且其自身及子体会产生高能β射线，因此会对沉积处附近的骨骼组织和骨髓造血组织产生较大辐射损伤[1]。据估计1986年4月切尔诺贝利核事故释放进入环境的90Sr为（10±3）pBq[2]。高毒性及其对公众和环境的潜在危害使90Sr得到环境保护部门的关注，针对90Sr的检测和评价成为我国环境放射性核素监测的主要项目之一[3]。

北京时间2011年3月11日，日本附近海域发生强烈地震，导致福岛第一核电站发生爆炸，大量放射性物质泄漏，引发核危机。事发后我国国家海洋局紧急启动应急监测，监测核事故对我国的核污染状况，为国家核应急管理部门提供坚实科学的决策依据。在海洋核应急监测取得一定成效的同时，也存在一些问题，主要在放射性核素的快速富集与测量上。对于90Sr，没有快速分析方法，因此十分有必要进行90Sr快速分析方法的研究，使其能适应核事故应急监测的需求。

1 90Sr的分析方法研究进展

90Sr是纯β放射性核素，相对而言，环境中90Sr的测定较为困难。由于β放射性核素测量的特点，要求必须与其他β放射性核素分离，另外环境样品中的Ca、Fe等元素也会影响90Sr的化学分离，加大研究的难度[4]。环境介质，特别是海水中90Sr的含量非常低，准确测定需要经过样品预处理、化学分离和计数测量3个步骤。

1.1 样品预处理

水体中90Sr含量很低，需要的水样体积较大，制源之前需对水样中90Sr进行富集。在采集水样之后可根据需要进行酸化，酸化后水样中90Sr的富集主要采用以下几种方法：（1）蒸发浓缩法[5]。（2）直接沉淀法[6]。（3）柱分离法[7]。

1.2 90Sr的分离方法

90Sr的分离方法主要有沉淀分离法、萃取法、液固分离法。Bulter（1962） 采用萃取法测定了河流植物中的90Sr含量[8]。Mattin（1979）及Kimura等（1979）采用液液萃取法得到了土壤和牛奶中的90Sr含量[9-10] 。Tsubota等（1963）采用单离子交换柱法分离出90Sr [11]。这些方法在使用过程中得到不断发展完善，但费时费力、回收率低仍是普遍存在的问题。Diez等（1991）通过使用选择束缚树脂进行尿液中90Sr的化学分离，建立了一种更加迅速且有效的色谱分离法[12]。

1.2.1 发烟硝酸法

发烟硝酸法适用性较广，但步骤繁琐，且称重、移液、沉淀等步骤需重复多次，甚至有时会出现90Sr回收率低于50%的情况。另外实验过程中使用的高浓度硝酸会造成一定健康风险，废液也需要专门处理[3]。

1.2.2 液液萃取法

萃取法分为单一萃取法和连续萃取法[4]。液液萃取法中常用的萃取剂有8-羟基喹啉、磷酸三丁酯、噻吩甲酰三氟丙酮、二（2-乙基己基）磷酸（HDEHP）等，萃取率均比较高。HDEHP 用途很广，在高酸度的水相中对高价金属离子仍保持良好的萃取率，我国海洋行业标准规定的90Sr测定所用的就是此种萃取法。

1.2.3 液固分离法

离子交换分离、HDEHP 萃取色层分离与冠醚萃取色层分离等方法也可以作为锶分离的方法，其中锶分离是在液-固体系中进行的。Dowex-50、Amberlite IR-120及Zeokarb 225等常用的阳离子交换树脂都可以作为离子交换柱的填充材料对其进行分离。

弋昌厚等[13]在对环境样品90Sr的HDEHP 萃取分离方法研究的基础上发展起来的分离方法具有相对简便、快速的特点。邓芳芳等（2015）[14]采用HDEHP萃取技术测定了海洋沉积物中90Sr的含量，认为该分析程序快速、准确，适用于海洋沉积物中90Sr的测定。

Horwitz等[15]研制出对锶有高度选择性的Sr·Spec树脂，能将锶与其他元素有效分离。该树脂耐酸性强，能够直接在高酸度下吸附锶，简化了从复杂基体中分离90Sr的步骤。王文基等[16]以聚三氟氯乙烯粉做支持体制备了DBC萃取色层柱，并研究了该色层柱对部分碱金属离子和碱土金属离子的分离情况。

纸层析法分离90Sr通过纸层析使Sr 和Y分离，测定90Y的含量来确定90Sr的含量，具有简便、易行、测量结果较准确的优点，样品量较少时，可以优先选择此方法。

1.3 放射性90Sr测量

1.3.1 放射性测量装置

现阶段符合条件的常用低本底β射线测量装置有以下几种：气体放电计数器、闪烁计数器和半导体探测器。

G-M计数管和气体正比计数管是常用的计数元件，可以通过增大探头面积来获得较高的探测效率。气体计数器作为最早使用的核辐射探测器，具有结构简单、使用方便等优点，但装置体积较大，不具便携功能，目前已少有人用。

闪烁计数器是利用射线与物质作用发生闪光的仪器。常用于探测β射线的闪烁计数器有塑料闪烁计数器和液体闪烁计数器。低本底液体闪烁计数法（LSC） 已成为环境样品中放射性锶测量应用比较广泛的技术。90Sr经β衰变后产生子体90Y，在用LSC测定90Sr时，根据测量原理的不同，可以分为：1）分离出纯净的90Sr后直接迅速测量； 2）待90Sr/90Y母子体达到放射性平衡后，测量90Sr+90Y的总计数，或者将90Y进行单独分离并测量； 3）利用切伦科夫辐射测量。因此，液闪测量适用于90Sr分离后可直接测量，可以满足快速分析的要求。吴连生等（2016）[17]对使用液闪谱仪测量90Sr/ 90Y方法进行了研究，主要考察了闪烁液种类、载体加入、烘干处理、放置时间、化学淬灭等的影响。

Grahek 等[18] 将冠醚萃取色层分离方法与切伦科夫计数方法联用来分析环境样品中低水平90Sr活度，以达到快速准确的目的。切伦科夫计数测量中直接用水做溶剂，具有测量样品制备简单、避免使用有机闪烁液、样品可回收、无化学淬灭、灵敏度高等优点；但也具有计数效率较低、颜色淬灭影响严重的缺点。

ICP-MS技术具有测量速度快、基体干扰小的特点。由于90Zr与90Sr具有同样的原子量，在应用ICP-MS测量90Sr时，会产生干扰，Feuerstein等[19]采用了化学分离及增加动态反应池两个步骤对Zr和Sr进行分离，使样品在测量之前得到纯化，来减少90Zr的干扰。通过冷等离子体技术可以降低Ar基离子物种的浓度，进而降低Ar基多原子离子谱线的干扰，但此方法不适用于分析复杂的样品。

90Sr的子体90Y生成的高能β粒子与物质相互碰撞时能产生较强的轫致辐射，可以利用低本底γ谱仪测量，此方法可实现90Sr/90Y的非破坏分析。但由于伽马能谱的低能端受干扰较多，不容易准确测量，目前，该方法还在进一步研究中。在实际测量过程中，要针对不同的样品进行选择分离和计数方法。

1.3.2 90Sr的放射性测量方法

新鲜裂变产物中放射性锶同位素种类达十几种之多，但多数半衰期很短，所以环境、生物样品中低水平放射性锶主要为89Sr和90Sr。89Sr 的β射线会对90Sr产生干扰。在核事故应急情况下，存在新鲜裂变产物，样品中同时含有89Sr和90Sr，则必须尽量避免89Sr对90Sr测量的干扰，可以通过测量与90Sr达到放射性平衡的子体90Y活度计算90Sr含量的方法达到排除干扰的目的。

2 研究建议

我国核电站均建设在滨海地区，因此海水中90Sr分析尤为重要。在我国，90Sr的标准方法包括海水中90Sr的标准方法还都是20 世纪80年代末和90年代初制定的，亟待改进。

90Sr分析需经过样品预处理（富集）、化学分离和计数测量3个步骤；要建立海水中90Sr的快速分析方法，无非是提高各个环节的处理效率。选取高选择性分离方式（溶剂萃取或固液分离）同时又能达到节省时间的目的。我国现行的海洋标准中，90Sr是用α/β计数器测量的，可以继续沿用该方法或是在研究中可以选择测量效率更高的液体闪烁能谱仪测量。

3 结语

随着我国核电事业的快速发展和同位素技术在海洋学等其他学科中的推广应用、社会公众对环境辐射安全的重视以及核辐射事故应急处理过程的需要，特别应对核事故方面，需要将先进、快速、准确的样品处理方法和分离技术应用于海水中90Sr的分析研究，进一步建立更高效、快速的放化分析流程既具有良好的研究基础，同时又具有重要的现实意义，应大力发展该方面的研究。

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[责任编辑：王伟平]