209Po示踪法测定生物样品中210Po的方法

李鹏翔，张 静，李 周，王瑞俊，易武静，保 莉，韩玉虎

(中国辐射防护研究院，太原 030006)

1 前 言

210Po就是天然放射性核素之一，是极毒放射性核素，广泛存在于大气、土壤、水体等环境介质中，通过食物链转移到生物体内，对年有效剂量的贡献很大。对于食入摄入量，世界居民所收平均待积有效剂量59.1%来自210Po[1]，所以出于对人体健康方面考虑，准确测定生物样品中210Po含量就显得尤为重要，可以为内照剂量估算提供基础数据。

Po与卤素元素形成的络合物在高温条件下具有易挥发的特点，本文重点关注了生物样品的前处理方法，保证浸取率的前提下，要尽量避免Po挥发。实验过程中采用209Po作为产额示踪剂，对生物进行酸化消解后，在盐酸体系中将Po自沉积在铜片(银片)，采用α谱仪测量。依据209Po、210Po的计数和加入的209Po活度浓度来计算样品中210Po的含量，针对生物样品中210Po分析流程进行了条件实验，得出了一些最佳实验条件，优化环境生物中210Po的分析方法。

2 实验部分

2.1 主要试剂与仪器

α谱仪，美国CABERRA公司；7753532冻干机，美国Labconco公司；铜质镀片，尺寸规格为Ф20mm×0.1mm，材质为紫铜；银片，尺寸规格为Ф20mm×0.1mm，Ag>99.9%；盐酸，浓度36.0%～38.0%(m/m)；硝酸，浓度65.0%～68.0%(m/m)；高氯酸，浓度70%～72%(m/m)；过氧化氢，浓度不低于30%(m/m)；抗坏血酸；盐酸羟胺，25%(m/v)；209Po标准溶液，美国E&Z公司，活度浓度为0.038 7Bq/mL，介质为2 mol/L HCl，参考日期为2013年7月29日，总不确定度为1.8%。

本实验所用试剂均为分析纯。实验用水均为超纯水(电导率大于18兆欧·米)。

2.2 实验方法

将采集回来的生物样品进行清洗，取其可食部分，称重，后记录鲜重，在冻干机中低温下进行水分抽干获得干样，记录干重，然后用粉碎机磨成粉末。称取一定量的干样，准确加入209Po标准溶液，用酸加热消化生物样品，待残渣消化完全后，溶液呈澄清状，冷却至室温。在盐酸体系中，将样品置于恒温振荡器水浴中进行自沉积制源，然后在α谱仪测量，根据209Po、210Po的计数和加入的209Po活度浓度计算得出样品中210Po的含量。

3 实验结果与分析

3.1 生物样品的预处理方法

210Po的某些化合物易挥发，且没有稳定同位素作为载体，这给该核素的分析带来难度。在预处理过程需要关注210Po的损失情况，研究不同种类的酸以及浓度对210Po的浸出效果。也要考虑满足下一步自沉积的要求。在生物样品的预处理中主要考虑采用硝酸、高氯酸来消化去除样品中的有机物；过氧化氢用于氧化褪色，盐酸与Po易生成氯化物，满足了自沉积要求，也简化了实验流程。实验中采用了3种方案，见表1。

表1 预处理采用的3种消解方案Tab.1 Three digestion methods for pretreatment

称取5g冻干后生物样品放入250mL锥形瓶中(有粮食、蔬菜、水果、肉类、禽类、鱼类、贝类、甲壳类、藻类，松针等)，准确加入1.00mL209Po标准溶液；按照表1中的3种不同方案加入相应的酸，浸没生物样品，摇匀，然后在电热板上加热消解，直到溶液为澄清无色，加热至蒸干，冷却至室温。每个样品加热消解2次，每次2h。3种消解方案的实验结果列于表2、表3和表4。

表2 方案一对生物样品消解实验结果Tab.2 Digestion results of biological samples by method 1

采用方案一对11个不同种类的生物样品进行消解实验，全程回收率为(69.0±7.5)%，消解效果较为稳定，但是消解率偏低。

表3 方案二对生物样品消解实验结果Tab.3 Digestion results of biological samples by method 2

采用方案二对7个不同种类的生物样品进行消解实验，全程回收率的范围为27.1%～94.8%，平均值为(58.9±22.5)%，消解效果不稳定，标准偏差超过30%，而且消解率较低，这有两种可能，一是盐酸对生物样品中Po消解不完全，二是Po的氯化物在高温下易挥发，从而造成回收率低。

表4 方案三对生物样品消解的实验结果Tab.4 Digestion results of biological samples by method 3

采用方案三对11个生物样品进行消解实验，全程回收率为(81.8±5.5)%，消解效果稳定，而且消解率较高。这说明采用浓硝酸和高氯酸能够破坏生物样品体内的大部门有机质，最后可以将样品的颜色完全褪去，关键问题是Po没有发生明显损失。

基于以上实验结果，方案三对生物样品的预处理效果比较理想，在处理生物样品时主要是选择能够破坏有机质的酸，浓硝酸比7.5mol/L硝酸的效果要好，而且最后一次消解需要加入高氯酸将有机质去除完全，在电热板上加热的情况下(电热板表面温度为270℃)，Po基本无明显损失现象发生。

3.2 Po自沉积制源

在自沉积实验中发现温度、酸度、时间、体积、还原剂和自沉积材料的材质对Po自沉积效果有较大影响。

在水浴中进行自沉积实验，随着温度的升高自沉积回收率增大，温度为70℃～96℃时，回收率趋于稳定且比较理想，达到95.3%～98.3%。制源盐酸溶液酸度过低，会生成BiOCl和PoOCl沉淀，HCl酸度为0.10～1.0mol/L范围时，自沉积的回收率较高，且趋于稳定，达到90.5%～96.1%。HCl酸度为1.0～6.0mol/L时，自沉积的回收率随着酸度的增大逐渐降低，酸度过大，会加剧镀片腐蚀。推荐自沉积HCl酸度为0.5mol/L。自沉积时间越长，自沉积回收率越高，介于2～5h时，回收率趋于稳定且比较理想，96.6%～99.9%。从缩短实验流程的角度考虑，推荐自沉积的最佳时间为2.0h。实验考察了自沉积溶液体积在25～100mL范围内，回收率基本稳定，为91.8%～97.9%，体积为25mL时，溶液在振荡过程中出现与镀片接触不完全现象，降低了回收率，推荐50mL为最佳自沉积体积。

自沉积材质主要选取了两种，分别为银片和铜片，依据α谱仪测量的能谱来看，银片对Po的选择性较好，抗干扰性能强。相比之下铜片自沉积效果要差一些，容易受到样品溶液中Fe3+、Cr6+等离子的干扰。抗坏血酸加入量少时，209Po和210Po能量峰出现明显拖尾现象，在解谱时容易造成较大误差，这有可能是溶液中Fe3+等元素沉积到铜片上，增加了源的厚度而造成的。当抗坏血酸的加入量增大时，拖尾现象有所改善，提高α谱的分辨率，但是加入量太大时，过量的抗坏血酸在自沉积加热过程中发生分解，在镀片沉积很厚的褐色残渣，影响Po自沉积。作者推荐抗坏血酸的加入量为0.3g。25%盐酸羟胺加入量为0.5～5.0 mL时，没有出现拖尾现象，回收率较稳定，推荐25%盐酸羟胺的加入量为0.5mL。铜片和银片均能满足实验要求，能够用于测定生物中210Po，有条件的实验室可以考虑选择银片作为Po自沉积的材质。实验列举部分实际样品中210Po的α谱仪测量结果，示于图1和图2。

图1 河虾样品1中210Po测量α谱图(铜片)Fig.1 Alpha spectrogram of 210Po in shrimp sample 1#(copper disc)

图2 河虾样品2中210Po测量α谱图(银片)Fig.2 Alpha spectrogram of 210Po in shrimp sample 2#(silver disc)

示踪剂的加入量要与样品中210Po含量相当，一般可以选择209Po的加入量是210Po的1～10倍为宜，这样示踪剂计数误差较小。

3.3 实际生物平行样品中210Po含量测定

预期实验流程：称取5g冻干样品，准确加入2.00mL209Po标准溶液，加入50mL浓硝酸，在电热板上加热消解，不时滴加过氧化氢褪色，待固体完全消化后，继续加热蒸至近干，冷却至室温，加入15～20mL高氯酸，置于电热板加热消解，直到溶液呈澄清状，蒸至近干，残渣呈白色盐状，冷却至室温。加入50mL 0.5mol/mL盐酸溶液，0.5mL 25%盐酸羟胺，0.3g抗坏血酸，投入铜片(银片)，置于水浴恒温振荡器中自沉积2h，温度为93℃±3℃，振荡幅度为120r/min。取出铜片(银片)，依次用蒸馏水和无水乙醇冲洗干净，室温下晾干。将铜片(银片)置于α谱仪测量，根据209Po、210Po的计数和209Po活度浓度计算样品中210Po的含量。

取7个生物样品，依照上述预期实验流程，进行了实验验证，结果列于表5。

表5 实际生物平行样品中210Po测定的验证结果Tab.5 The Validation results of 210Po determination in actual biological samples

验证结果表明：采用推荐的实验流程对不同环境生物样品中210Po测定的全程化学回收率范围为79.6%～87.9%，平均值为(83.3±3.5)%，依据每个样品的平行样数据来看，误差均在10%以内，对于210Po含量低的样品，误差略大，主要来源是计数统计误差。

4 结 论

4.1 采用浓HNO3(50mL)-30% H2O2-HClO4可以消解生物样品中210Po，消解率较高，且效果稳定。采用浓硝酸和高氯酸能够破坏生物样品体内的大部门有机质，最后可以将生物样品的颜色完全褪去，便于后续的自沉积。在消解过程注意控制加热温度在270℃范围内，避免样品完全蒸干，这样就不易造成Po的明显损失。

4.2 本文推荐环境样品中210Po的实验流程：称取5g干样，准确加入209Po标准溶液，加入50mL浓硝酸，在电热板上加热消解，不时滴加过氧化氢褪色，加热蒸至近干，冷却，加入15～20mL高氯酸，置于电热板加热消解，直到溶液呈澄清状，蒸至近干，残渣呈白色盐状，冷却至室温。加入50mL 0.5mol/mL盐酸溶液，0.5mL 25%盐酸羟胺，0.3g抗坏血酸，投入银片(或铜片)，置于水浴恒温振荡器中自沉积2h，温度为93±3℃，振荡幅度为120r/min。取出银片(或铜片)，依次用蒸馏水和无水乙醇冲洗干净，室温下晾干。置于α谱仪测量。全程回收率为(83.3±3.5)%，样品的探测限为0.04Bq/kg(测量时间为48h)。

4.3 本方法可给出待测样品的全程化学回收率，对某些含量较低的环境样品可以加大样品量，以缩短α谱仪测量时间，快速给出测定结果，同时也可以降低分析测量的探测限。