環境中有機氚前處理方法研究

夏正海

(中核核電運行有限公司環境應急處，浙江 海鹽314300)

0 前言

氚是氫的一種同位素，具有β放射性。目前環境中有機氚的監測工作僅見于國外報導，國內只有少數單位開始了實驗研究，各單位對方法條件的實施也處于調試階段，在實驗的質量控制方面還存在很大的未知因素。本著研究和實際工作的需要，嘗試建立相對完善的試驗標準。

1 有機氚的介紹

氚是氫的一種放射性同位素，與氫的化學性質在很多方面都很相似，氚能以氣體、氚化水、有機物等各種形式存在于大氣、水溶液、動植物體內。氚能通過飲食及呼吸的途徑進入人體，對人體帶來危害。在實際工作中，接觸的主要形態是氚化水（HTO,DTO,T2O）和氚化氫氣體（HT,DT,T2）。已知氧化氚的吸入危害是氣態氚的2.5倍，它還能透過皮膚吸收進入人體內，因此，必須對氧化氚給予足夠的重視。

2 有機氚制備方法的研究

以滿足各類環境生物樣品有機氚的測量為出發點，研究期望如下：

（1）必須安全、穩定、可靠；

（2）單次制取樣品能夠滿足測量環境生物中有機氚的測量；

（3）能夠適用于多種環境生物樣品中有機氚樣品的制取。

2.1 方法的確立及目標

方法選擇：生物有機氚樣品的預處理方法有濕法氧化和燃燒氧化法。濕法氧化普遍存在氧化不完全，氧化效率低的問題；而燃燒氧化法具有氧化徹底和氧化效率高的特點。選擇青菜、油菜籽生物樣品作為研究對象，建立相應的有機氚監測方法。

實驗條件的選擇：主要對控制因素載氣和升溫條件進行了研究，確定合適預處理條件。

回收率的確定：通過測量樣品中氫元素的含量確定回收率，以氫元素的回收率表征氚的回收率。

擬解決的問題：

對監測方法進行試驗、評估，明確方法條件的科學可行性；

采用混合載氣和控制升溫速率相結合的方法，對實驗條件參數進行優化；

該方法的試驗內容主要包括方法條件實驗、方法回收率實驗、方法穩定性實驗。下面就本實驗過程中出現的部分問題、原因以及解決方法做詳細的描述：

（1）產水流失

異常描述：收集端出現漏氣。

原因：氣路連接出現輕微偏差，在試驗過程中，隨著壓力的增加，導致偏差加大，使產水流失。

解決方法：在氣路連接處涂抹真空硅脂，增加氣路的氣密性。

（2）產水測量異常

異常描述：產水經過處理，制成待測樣后，樣品呈乳白色渾濁狀。原因：實驗過程中的爆燃產生雜質。

解決方法：產水處理后，測量樣品pH和電導率，確保參數在液閃測量的正常范圍。

通過實驗，氧氣濃度過高，燃燒速率過快，反應不穩定；氧氣濃度太低，樣品燃燒不完全。氧氣流量在50～100ml/min的范圍內，以1℃/min的升溫速率，樣品均能完全氧化。考慮到以后樣品的多樣性以及實驗的安全性，確定選擇燃燒區氧氣流量為50ml/min，氮氣100ml/min。

在0.5℃/min的條件下進行試驗，試驗結果如下圖：

圖1 青菜、油菜籽0.5℃/m in條件下燃燒，燃燒區溫度變化情況

從圖1中可以看到，隨著反應的進行，實際升溫速率大于設置升溫速率，出現了溫差，這種趨勢逐漸加大，實際升溫速率接近1℃/min，說明樣品由于燃燒放熱，使爐內溫度大約以1℃/min的速率升高；再往后溫差逐漸減小。說明要使樣品進一步燃燒，需緩慢升高爐內溫度。因此，從試驗的效率以及安全性出發，在反應開始階段選擇1℃/min的升溫速率。

300℃后，升溫速率太快，樣品燃燒速率加快，當溫度超過4℃/min時，青菜樣品會出現輕微爆燃現象；而油菜籽樣品，當升溫過2℃/min時，反應速率過快，產水中會收集到黑色顆粒。從試驗的效率以及安全性綜合考慮，青菜和油菜籽的燃燒條件分別選擇：

青菜：以1℃升溫至300℃，保溫半小時，再以4℃升溫至700℃，保溫2小時。載氣條件：O2/N2=80：100ml/min。

油菜籽：以1℃升溫至300℃，保溫半小時，再以1℃升溫至700℃，保溫2小時。載氣條件：O2/N2=60：100ml/min

2.2 方法的穩健度

在樣品預處理過程中，影響因素主要為回收率和測量誤差。引起回收率偏差的主要因素為催化劑老化而降低了催化效率；測量誤差主要來源與樣品本身，如酸度、雜質等，會引起淬滅現象。

2.3 方法的回收率

在樣品量為30g～40g的范圍內，選取不同的樣品量進行試驗，對試驗產水量和樣品理論產水量建立如下模型：

式中：

W——回收率，%；

m2——燃燒樣品的質量，g；

M——水的分子量，18；

m1——燃燒收集水（氚化水）的質量，g；

ω干樣氫元素質量分數，%。

以每次試驗產水量為縱坐標，以理論產水量為橫坐標，作圖，線性擬合，結果如下：

青菜理論燃燒水量為19.8～25.42g，實際燃燒水量為15.5～19.7g，回收率77.48%～80.59%。

油菜籽理論燃燒水量為24.74～30.02g，實際燃燒水量為19.56～23.66g，回收率為76.54%～79.18%。

3 結論

本文通過方法研究，對生物OBT前處理方法的具體參數進行優化實驗，在實驗溫度曲線，載氣流配比及燃燒時間等參數上調整，在樣品成功獲得率的前提下，順利制取樣品。通過大量的條件試驗，驗證了方法可行，實驗相關的參數調整也符合有機氚水的前處理制取，可以有效制取樣品。對方法的研究，在實驗條件上設置了相對可靠可控的參數，有利于該方法標準的確立，為該實驗的質量控制工作提供依據，以便更好的開展氚的監測工作。

［1］徐宏明,鄭國文,張勇,等.秦山核電廠放射性流出物監測與排放管理[C]//全國放射性流出物和環境監測與評價研討會論文集.杭州,2003.

［2］中華人民共和國輻射防護規定[S].1974.

［3］梁梅燕,馬永福,倪士英,王蕾,范雪瑾.秦山核電基地外圍環境氚水平分析[J].輻射防護,2009,29(4)：255-260.