闪烁体低本底α、β测量仪测定水中的总α、总β

李明亮，谢 旭，张 元，卢 兵

(中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心，黑龙江 哈尔滨 150086)

放射性物质普遍存在于自然环境当中，随着现代核工业的发展以及放射性同位素在医学、科研等领域的广泛应用，放射性污染问题逐渐受到人们的重视[1]。自日本福岛核电站泄漏事故发生后，国家对快速准检测环境，饮用水、食品等样品中α、β的总活度的测量手段有了更高的需求[2-3]。天然存在及人为产生的的α、β射线可以伤害人体，并造成严重危害，例如贫血、肿瘤等病症。水中的放射性物质含量也对人体健康起到关键作用。目前在《生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》、ISO9696、ISO9697国际标准中将总α放射性和总β放射性列为水质检测的常规指标。

低本底α、β测量仪是一种测量低水平α、β放射性活度的设备。其主要用于各种环境气溶胶离线样品的低水平活度实验室监测、土壤样品的监测、水样残渣的监测、人体相关样品的监测、食品灰样的监测等[4]。闪烁体低本底α、β测量仪是采用α、β闪烁体材料结合在一起制成的一种双闪烁体，可同时测量样品中的总α、总β活度，并且易于擦洗，不怕污染。且测量过程及数据的获取和处理均由计算机完成，使用方便，大大提高了工作效率和精确度[5]，按照国家计量检定规程JJG 853-2013《低本底α、β测量仪》[6]进行检定项目、技术要求与检定方法的实施。

本文采用闪烁体低本底α、β测量仪建立了测定水中总α放射性、总β放射性方法，前处理简便易操作，具有较高的探测灵敏度和较低的本底环境，测定结果准确、可靠，可为水中放射性污染水平的初步评价提供重要依据。

1 实 验

1.1 实验仪器及性能指标

FYFS-400X六通道低本底α、β测量仪(仪器具体性能指标见表1)、FYZFY-4A水样蒸发仪，(Φ15 mm样品盘；样品盘面积A=15.896 cm2)，湖北方圆环保科技有限公司。

表1 FYFS-400X 低本底α、β测量仪性能指标

1.2 标准源及试剂

总α标准源241Am(标准号：1405A-1)，比活度10.4 Bq/g，不确定度3.2%(K=2)；总β标准源40K(标准号：1405K-1)，比活度16.3 Bq/g，不确定度4.0%(K=2)；无水CaCl2(优级纯)，天津光复化学试剂有限公司；硫酸(优级纯)，天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.3 样品采集与储存

按照GB12997-12998[7-8]中的水样采集和保存规程，每升水加(20±1)mL硝酸，把所需的硝酸倒入洗净的聚乙烯桶中，将水样装入桶中。水样采集后应尽早分析，应置于(4±2)℃条件下存放，放置24 h备用。

1.4 样品处理

将采集水样置于FYZFY-4A水样蒸发仪中，设置蒸发温度95 ℃、灰化温度350 ℃、速率10 mL/min，待样品加入过后，点击运行。通道自动进入蒸发状态，蒸发至50 mL左右，将 1 mL硫酸加入水样蒸发仪的蒸发皿中，仪器会有1 h蒸发转灰化降温过度的过程，之后仪器会迅速升温至350 ℃进入灰化状态。灰化完成后得到样品残渣。取出，置于干燥器中冷却至室温。准确称量蒸发皿和固体残渣质量，计算浓缩后固体残渣的质量。

1.5 样品源的制备与测定

取空白样品盘置于仪器中进行本底测量，连续测定10次，每次测量时间为6 000 s。为保证仪器的稳定性和准确性，每季度对仪器进行一次本底测量。

分别称取160 mg241Am和40K粉末放入样品盘中，滴入少量无水乙醇，轻微旋转将样品盘内的粉末铺设平整、均匀，于干燥箱中50 ℃烘烤10 min，置于干燥器中冷却至室温。将制备好的标准源放入仪器样品托盘，分别进行α标准源和β标准源的测量，测量4次，测量时间为6 000 s。

用不锈钢样品勺将灰化后称重后的固体残渣刮下，在玛瑙研磨锅内用研细、混匀，取适量残渣放入已称量的样品盘，用无水乙醇将粉末铺设均匀，在红外灯下烘干，置于干燥器中冷却至室温。放置仪器中进行测定，连续测定4次，每次测量时间为6 000 s。

1.6 放射性浓度的计算

样品中的α或者β放射性活度浓度AVα，按照以下公式进行计算：

式中：AVα——水样总α放射性体积活度，Bq/L

nx——样品源α计数率，s

n0——测量系统α本底计数率，s

鱼类越冬密度主要根据越冬池冰下有效水量（指冰冻到最大厚度时冰下的实际水量）、有无补水条件、越冬池底质情况（淤泥、杂草多少）等来确定。在采取生物增氧措施和有机械增氧措施保证的前提下，越冬密度一般为：有补水条件的越冬池，按冰下有效水体，可放鱼0.4～0.5kg/m3水；无补水条件的越冬池，按冰下有效水体，可放鱼0.25kg/m3水。

W——水样残渣总量，mg

εα——计数系统的α计数效率

F——α放射性回收率

m——样品盘中制备样品源的水残渣质量，mg

V——水样体积，L

2 结果与讨论

2.1 仪器本底的泊松分布检验

在一个工作单位内对闪烁体低本底α、β测量仪的测量通道连续进行20次α、β本底计数测量，按照下列公式[9]进行计算统计量X2值：

式中：X2——泊松分布检验统计量

n——测量次数

S——按贝塞尔公式计算的计数标准差

ni——第i次计数

表2 测定检验结果

2.2 方法精密度

按操作方法对水样的总α、总β放射性浓度分别进行11次重复性测量，计算相对标准偏差RSD。结果如表3所示，总α和总β放射性测量的精密度分别为5.41%和4.13%，均小于10%，表明该方法的精密度较好。

表3 水样中总α、总β放射性11次重复性测定结果

2.3 水样残渣回收试验

选择8份同一水样(编号S1～S8)加入不同质量的无水CaCl2对残渣质量进行回收试验，残渣回收情况如表4所示。因CaCl2(分子量111)会被H2SO4转化为CaSO4(分子量136)，相对分子质量增加25，故水样残渣质量理论上增加了22.5%。从表4可以看出，水样残渣质量随着CaCl2的质量增加而增加，较为符合理论增加值。

表4 水样残渣回收质量

综上所述，当同一水样中加入不同质量的CaCl2，残渣回收质量较为稳定。说明采用蒸干浓缩的方法所得残渣量是比较稳定的，适用于水中的总α、总β放射性测定。

2.4 水样检测结果

对驻地附近地区选取了5个采样地点，对生活饮用水中的总α、总β放射性进行检测，每个地点采集水样8份。测定结果如表5所示，40份水样中的总α放射性浓度在0.023～0.184 Bq/L之间，平均值为0.041 8 Bq/L；总β放射性浓度在0.058～0.220 Bq/L之间，平均值为0.120 2 Bq/L。根据《生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》规定[10]，生活饮用水中总α、总β放射性限制分别为0.5 Bq/L、1.0 Bq/L。综上所述，驻地附近的生活饮用水中总α、总β放射性均低于国家标准限值，符合我国《生活饮用水卫生标准》的要求。

表5 驻地附近地区生活饮用水中总α、总β放射性测定结果

3 结 论

通过利用闪烁体低本底α、β测量仪测定生活饮用水中总α、总β放射性，测定结果准确、稳定、可靠，方法流程简便，具有较高的探测灵敏度和较低的本底环境。并以驻地附近地区采集的40份生活饮用水样品中的总α、总β放射性进行分析，结果均符合《生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》。同时，可以广泛应用到环境、核工业、地勘等行业中水中总 α、总 β放射性测定，为水中放射性污染水平的初步评价提供重要依据。