DB37 T 3458-2018 环境生物 氚、碳-14的测定 液体闪烁计数法.pdf

1、ICS 13.040.20 Z15 DB37 山东省地方标 准 DB 37/T 34582018 环境生物 氚、碳-14 的测定 液体闪烁计数 法 Environmental organismsDetermination of tritium and carbon 14 activitiesLiquid scintillation counting method 2018-12-29发布 2019-01-29实施 山东省市场监督管理局 发布 DB37/T 3458 2018 I 目次 前言 .III 引言 .IV 1范围 .1 2 规范性引用文件 .1 3 术语和定义 .1 4 方法原理 .2

2、 5 试剂和材料 .2 6 仪器和设备 .3 7 样品采集 .3 8 分析步骤 .3 8.1 组织自由水氚 .3 8.2 有机结合氚 .3 8.3 碳-14 .4 8.4 仪器刻度 .4 9 结果计算 .5 9.1 组织自由水氚 .5 9.2 有机结合氚 .5 9.3 碳-14 .6 9.4 探测下限 .6 10 精密度和准确度 .6 11 质量保证与质量控制 .6 11.1 仪器设备 .6 11.2 样品分析 .6 12 不确定度 .6 12.1 计数不确定度 .7 12.2 扩展不确定度 .7 13 废物处理 .7 附 录 A （资料性附录） 采样量推荐值 .8 附 录 B （资料性附录）

3、 关于标准实施的有关说明 .9 附 录 C （资料性附录） 方法的精密度和准确度 .10 DB37/T 3458 2018 II 前言 本标准按照GB/T 1.12009给出的规则起草。 本标准由山东省生态环境厅提出并监督实施。 本标准由山东省环保标准化技术委员会归口。 本标准起草单位：山东省核与辐射安全监测中心。 本标准主要起草人：程丰民、丁洪深、刘文娜、赵新景、史蕾、王荣锁。 DB37/T 3458 2018 III 引言 参加本标准方法的验证单位：山东省核与辐射安全监测中心、江苏省核与辐射安全监督管理局、福 建省辐射环境监督站、辽宁省核与辐射监测中心、国家海洋局北海环境监测中心、山东核电

4、有限公司。 DB37/T 3458 2018 1 环境生物 氚、碳-14 的测定 液体闪烁计数法 警告：高锰酸钾具有强氧化性，氢氧化钠具有强腐蚀性，无水乙醇具有易燃性，甲苯具有易燃性、 低毒性，氚标准溶液、碳-14标准粉末具有放射性，使用时应按规定佩戴防护器具，避免吸入或接触皮 肤。 1范围 本标准规定了测定环境生物中氚、碳-14的液体闪烁计数法。 本标准适用于环境生物中组织自由水氚、有机结合氚、碳-14的测定。 本方法的探测下限取决于：组织自由水占生物鲜样的质量分数、氢元素占生物干样的质量分数、碳 元素占生物干样的质量分数、仪器计数效率、仪器本底、测量时间等。典型条件下，组织自由水氚的探 测

5、下限可达0.9 Bq/（kg鲜），有机结合氚的探测下限可达0.3 Bq/（kg鲜），碳-14的探测下限可达 16.0 Bq/（kg鲜）。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB 5009.3 食品安全国家标准 食品中水分的测定 GB 12375 水中氚的分析方法 GB 14883.2 食品安全国家标准 食品中放射性物质氢-3的测定 GB/T 19143 岩石有机质中碳、氢、氧元素分析方法 HJ/T 61 辐射环境监测技术规范 HJ 493 水质 样

6、品的保存和管理技术规定 EJ/T 1008 空气中 14 C的取样与测定方法 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 液体闪烁计数法 liquid scintillation counting method 放射性核素在由溶剂和闪烁体组成的闪烁液中衰变， 吸收衰变能受激的溶剂分子随后将能量传递给 闪烁体，闪烁体在退激时发射的可见光光子被光电倍增管探测,转变成电子流后放大为电流脉冲，从而 被探测的技术。 3.2 组织自由水氚 tissue free water tritium DB37/T 3458 2018 2 生物体内分布在水中的氚通常称为组织自由水氚。 本标准中的组织自由水氚

7、样品指真空冷冻提取的 液态水样品。 3.3 有机结合氚 organically b ound tritium 生物体内与有机分子结合的氚通常称为有机结合氚。 本标准中的有机结合氚样品指真空冷冻获取的 生物干样经催化氧化燃烧后收集的液态水样品。 4 方法原理 生物鲜样真空冷冻分离为液态水和生物干样，液态水经纯化为组织自由水氚试样；生物干样经氧化 铜的催化与氧气反应生成水蒸汽和二氧化碳，生成的水蒸汽经冷凝、纯化为有机结合氚试样；生成的二 氧化碳被氢氧化钠溶液吸收后与氯化钙溶液反应，生成碳酸钙沉淀为碳-14试样。 水分测定仪、元素分析仪、低本底液体闪烁计数器依次测量自由水占生物鲜样的质量分数、氢和碳

8、 元素占生物干样的质量分数、氚和碳-14的活度浓度，计算得生物鲜样品中组织自由水氚、有机结合氚 和碳-14的活度浓度。 5 试剂和材料 除非另有说明，分析时均使用符合国家标准的分析纯试剂和蒸馏水。 5.1 高锰酸钾（KMnO 4 ）。 5.2 无水碳酸钠（Na 2 CO 3 ）。 5.3 氯化铵（NH 4 Cl）。 5.4 氯化钙（CaCl 2 ）。 5.5 饱和氯化钙溶液（CaCl 2 ）。 5.6 无水碳酸钙（CaCO 3 ）：石油或无机矿物制品，用于碳-14本底测试。 5.7 甲苯（C 7 H 8 ）。 5.8 无水乙醇（C 2 H 5 OH）：质量浓度99.5 %。 5.9 铜管：纯度

9、98.0 %。 5.10 2,5-二苯基噁唑（OC(C 6 H 5 )=NCH=CC 6 H 5 ）：简称PPO，闪烁纯。 5.11 1,4-双-(5-苯基噁唑基-2)苯（OC(C 6 H 5 )=CHN=C 2 C 6 H 4 ）：简称 POPOP，闪烁纯。 5.12 TritonX-100（C 8 H 17 (C 6 H 4 )(OCH 2 CH 2 ) 10 OH），化学纯。 5.13 氚闪烁液：按照GB 12375中的相应规定，称取 6.00 g PPO 和0.30 g POPOP，置于 1 000 ml容 量瓶中，用甲苯与Triton X-100体积比为 5:2的混合溶剂溶解定容，混

10、匀后避光保存。也可使用市售 已配好的商品闪烁液，用户应检验替代的商品闪烁液的性能与最佳使用条件，以保证可接受性。 5.14 碳-14闪烁液：按照 EJ/T 1008 中的相应规定，称取4.00 g PPO和 0.30 g POPOP，置于 1 000 ml 容量瓶中，用甲苯与Triton X-100体积比为 5:2的混合溶剂溶解定容，混匀后避光保存。也可使用市 售已配好的商品闪烁液，用户应检验替代的商品闪烁液的性能与最佳使用条件，以保证可接受性。 5.15 氢氧化钠（NaOH）。 5.16 氢氧化钠溶液（NaOH）：6.0 mol/L。称取 240.0 g氢氧化钠溶于水中并定容至 1 000

11、ml。 5.17 本底水：氚计数率尽量低的深井水、冰川水。 5.18 氚标准溶液：氚活度浓度范围为10 Bq/L100 Bq/L；电导率5.0 S/cm。 5.19 碳-14标准粉末（CaCO 3 ）：碳-14活度浓度范围为 1 Bq/g100 Bq/g。 DB37/T 3458 2018 3 5.20 高纯氧气：纯度99.999 %。 5.21 高纯氮气：纯度99.999 %。 5.22 沸石。 6 仪器和设备 6.1 低本底液体闪烁计数器：氚本底1.0 min -1 ，氚计数效率20 %；碳-14本底2.0 min -1 ，碳-14 计数效率15 %。 6.2 水分测定仪：可测定生物样品中

12、自由水的质量分数，不确定度3.0 %。 6.3 元素分析仪：可测定生物干样中氢、碳元素的质量分数，不确定度3.0 %。 6.4 氚碳氧化炉：温控范围为 0 600 ，温控精度5 ；样品舟容量100 ml。 6.5 冷冻干燥机：冷阱温度-70 。 6.6 电导率仪：测量范围至少包含 1.0 S/cm1.0 mS/cm。 6.7 蒸馏装置：由 500 ml或100 ml圆底烧瓶、蛇形冷凝管和导管等组成。 6.8 电动磨粉机。 6.9 分析天平，感量为 0.1 mg和0.01 g。 6.10 冷凝器。 6.11 聚乙烯计数瓶：20 ml。 6.12 低钾玻璃计数瓶：20 ml。 6.13 玻璃瓶：1

13、00 ml、500 ml。 6.14 振荡器。 6.15 一般实验室常用仪器和设备。 7 样品采集 按照HJ/T 61中的相关规定进行生物样品的采集，采样量推荐值见附录A。 稻和麦等谷类的籽实：脱壳，去砂石等杂物；草叶类：取可食入部分清洗并用吸水纸擦干表面；动 物类：去骨、去内脏（去鳞），取可食入部分清洗并用吸水纸擦干表面。 8 分析步骤 8.1 组织自由水氚 8.1.1 取 5g15g 混匀的生物鲜样， 置于水分测定仪样品盘内， 均匀摊开并使样品高度为 2mm5mm， 设定水分测定仪加热温度为105 ，测量自由水占生物鲜样的质量分数 1 。 8.1.2 将约 1.0 kg混匀的生物鲜样，用冷

14、冻干燥机真空冷冻至干样恒重（约48 h），分别收集生物 干样和冷阱中融化后的液态水。 8.1.3 取 50 ml300 ml液态水样品置于圆底烧瓶，按照每 50 ml样品 0.05 g 高锰酸钾、0.1 g 无水 碳酸钠的比例加入上述试剂，加入少量沸石，蒸馏并收集中段且电导率5 S/cm的馏出液。 8.1.4 准确称取 6.00 g 馏出液于聚乙烯计数瓶中，加入14.0 ml氚闪烁液，震荡摇匀，用酒精棉球擦 拭外壁后，置于低本底液体闪烁计数器中，避光12 h后测量 1 000 min。 8.2 有机结合氚 DB37/T 3458 2018 4 8.2.1 按步骤 8.1.1测量自由水占生物鲜样

15、的质量分数 1 。 8.2.2 按步骤 8.1.2收集生物干样。 8.2.3 用电动磨粉机将生物干样磨成粉状，准确称取 50.0 mg，置于元素分析仪测试氢元素占生物干 样的质量分数 2 。 8.2.4 称取 30 g100 g的粉状生物干样置于样品舟内，将样品舟置于氚碳氧化炉炉腔氧化燃烧区。 根据生物干样氧化燃烧系统示意图（见图1），在氚碳氧化炉进气端连接高纯氧气和高纯氮气，调节流 量调节阀，以0.5 L/min0.7 L/min的流速通入 1:1的氧、氮混合气赶净炉腔内空气，然后在出气端 依次连接冷凝器、安全瓶和装有800 ml氢氧化钠溶液的吸收瓶，检查系统气密性，开启冷凝器、氚碳 氧化炉

16、， 保持催化氧化区温度为 600 。 设定氧化燃烧区温度依次为 150 、 200 、 250 、 300 、 600 ，且当氧化燃烧区温度升高至设定温度后均需保持2 h。 8.2.5 收集冷凝器内的液态水样，按步骤 8.1.3、8.1.4 处理和测量。 流量调节阀 N2 O2 氧化燃烧区 催化氧化区 氚碳氧化炉 样品舟 炉腔 氧化铜 冷凝器 冷阱 安全瓶 吸收瓶 气路 图 1 生物干样氧化燃烧系统示意图 8.3 碳-14 8.3.1 按步骤 8.1.1测量自由水占生物鲜样的质量分数 1 。 8.3.2 按步骤 8.1.2收集生物干样。 8.3.3 按步骤 8.2.3测试碳元素占生物干样的质量

17、分数 3 。 8.3.4 按步骤 8.2.4收集生物干样氧化燃烧生成的二氧化碳气体。 8.3.5 移取 50 ml左右吸收瓶内的溶液于 500 ml烧杯，并用蒸馏水稀释至200 ml左右。用氯化铵调 节pH至 1011，缓慢加入饱和氯化钙溶液至碳酸钙沉淀完全析出并静置过夜；弃去上清液，将碳酸钙 沉淀抽滤，依次用蒸馏水和无水乙醇分别清洗沉淀3 次后于105 烘箱内烘干至恒重。 8.3.6 准确称取 2.000 g研磨成粉后的碳酸钙于 20 ml低钾玻璃计数瓶，加入4.00 ml本底水和 14.0 ml碳-14 闪烁液，震荡摇匀，用酒精棉球擦拭外壁后，置于低本底液体闪烁计数器中，避光12 h后测

18、量300 min。 8.4 仪器刻度 按步骤8.1.4（或8.3.6）用本底样品、标准样品分别配置并测量本底试样、标准试样计数率，按公 式（1）计算仪器的计数效率。 DB37/T 3458 2018 5 xx xBx x mA NN E 60 .(1) 式中： E x 仪器的计数效率（x为 H、C时分别代表氚、碳-14，下同），%； N Bx 标准试样计数率，min -1 ； N x 本底试样计数率，min -1 ； 60 秒分转换系数，s/min； A x 测量时氚标准溶液（或碳-14标准粉末）活度浓度，Bq/g； m x 氚标准溶液（或碳-14标准粉末）质量，g。 9 结果计算 9.1 组

19、织自由水氚 按公式（2）计算组织自由水氚活度浓度。 1 3 1 1 1000.660 H H E NN A .(2) 式中： A 1 组织自由水氚活度浓度，Bq/（kg鲜）； N 1 组织自由水氚试样计数率，min -1 ； N H 氚本底试样计数率，min -1 ； 60 秒分转换系数，s/min； 6.00 测量试样的质量，g； E H 仪器对氚的计数效率，%； 1 组织自由水占生物鲜样的质量分数，%。 9.2 有机结合氚 按公式（3）计算有机结合氚活度浓度。 12 3 2 2 -1 10%1.1100.660 H H E NN A .(3) 式中： A 2 有机结合氚活度浓度，Bq/（k

20、g鲜）； N 2 有机结合氚试样计数率，min -1 ； N H 氚本底试样计数率，min -1 ； 60 秒分转换系数，s/min； 6.00 测量试样的质量，g； 11.1 % 氢元素占水的质量分数； E H 仪器对氚的计数效率，%； 2 氢元素占生物干样的质量分数，%； 1 组织自由水占生物鲜样的质量分数，%。 DB37/T 3458 2018 6 9.3 碳-14 按公式（4）计算碳-14活度浓度。 13 3 C 3 3 -1 10%0.1260 mE NN A C .(4) 式中： A 3 碳-14活度浓度，Bq/（kg鲜）； N 3 碳-14试样计数率，min -1 ； N C 碳

21、-14本底试样计数率，min -1 ； 60 秒分转换系数，s/min； 12.0 % 碳元素占碳酸钙的质量分数； E C 仪器对碳-14的计数效率，%； m 测量碳酸钙试样的质量，g； 3 碳元素占生物干样的质量分数，%； 1 组织自由水占生物鲜样的质量分数，%。 9.4 探测下限 按公式（5）计算最小可探测样品净计数率。 00 t65.4 NLLD .(5) 式中： LLD 最小可探测样品净计数率，min -1 ； N 0 本底试样计数率，min -1 ； t 0 本底试样测量时间（与测试试样时间相同），min。 LLD对应的样品放射性活度浓度为探测下限。 10 精密度和准确度 精密度和准

22、确度按HJ 168等相关要求和计算方法进行测定，测定示例见附录C。 11 质量保证与质量控制 11.1 仪器设备 根据HJ/T 61中的相关规定，水分测定仪、元素分析仪、低本底液体闪烁计数器、分析天平等仪器 设备应定期在国家计量部门或其授权的计量站进行检定， 低本底液体闪烁计数器的性能检验还要包括长 期可靠性检验和泊松分布检验。 11.2 样品分析 根据HJ/T 61中的相关规定，样品分析过程的质量控制通过质量控制样品实施，质量控制样品包括 平行样、加标样和空白样。 12 不确定度 DB37/T 3458 2018 7 12.1 计数不确定度 在放射性测量中，计数不确定度是分析结果总不确定度的

23、主要来源。样品的计数不确定度（即计数 标准差）按公式（6）计算。 xz xxzz NN tNtN u .(6) 式中： U 样品计数不确定度； N z 试样计数率，min -1 ； t z 试样测量时间，min； N x 本底试样计数率，min -1 ； t x 本底试样测量时间，min。 z为1、2、3时分别代表组织自由水氚、有机结合氚、碳-14，x为H、C时分别代表氚、碳-14。 12.2 扩展不确定度 测量结果的扩展不确定度按公式（7）计算。 22 BA uukU .(7) 式中： U 扩展不确定度； k 包含因子，一般取2，相应的置信度约为95 %； u A A类不确定度； u B B

24、类不确定度。 A类不确定度是用对观测列进行统计分析的方法来评定的标准不确定度，如由统计计数引入的不确 定度等。B类不确定度是用不同于对观测列进行统计分析的方法来评定的标准不确定度，如因计数效率、 自由水占生物鲜样的质量分数、氢（碳）元素占生物干样的质量分数等引入的不确定度。对于测量结果， 当有数项不确定度来源时，需对各类不确定度进行合成，并在报告中予以说明。 13 废物处理 测量后的试样不得随意丢弃，应贮存在专用废物桶内，并定期委托有资质的单位处置。 DB37/T 3458 2018 8 AA 附录A （资料性附录） 采样量推荐值 生物样品的采样量推荐值见表A.1 表 A.1 环境生物样品采样

25、量推荐值 类别 采样量（kg） 谷类 3.0 草叶类 2.0 水果 2.0 木材 3.0 鱼肉 1.0 家禽家畜肉 1.0 DB37/T 3458 2018 9 BB 附录B （资料性附录） 关于标准实施的有关说明 1.采集的生物鲜样应尽快切碎混匀并取适量测试水分含量，其余混匀样品立即真空冷冻分析（或装 入真空袋在冰箱内冷藏贮存）。 2.生物干样在制备有机结合氚样品过程中，应尽量减少与空气的接触，避免生物干样吸水影响测量 结果。 3.氚碳氧化炉处理含油脂较多的样品，氧化燃烧区温度升至200 300 区间时，应适当延长恒 温时间。 4.若组织自由水氚或有机结合氚样品量较少， 可先蒸馏再将馏出液通

26、过EC20MB混合离子交换树脂吸 附除杂，收集电导率5 S/cm的滤液作为待测样品。 5.若组织自由水氚或有机结合氚样品中还原性物质较多，需加大高锰酸钾的加入量，先对样品进行 2 h左右的回流后再蒸馏。并且回流和蒸馏过程中，溶液应始终保持红色。 6.本标准推荐但不限定样品与闪烁液的配比，且本底试样、标准试样、待测试样样品与闪烁液的配 比应一致。 7.根据监测目的不同，可参照水中氚的分析方法（GB12375）增加电解浓集步骤，满足更低探 测下限的要求。 8.必要时测量结果需进行放射性衰变修正。 DB37/T 3458 2018 10 CC 附录C （资料性附录） 方法的精密度和准确度 C.1 方

27、法的精密度 C.1.1 组织自由水氚 多家验证实验室对含组织自由水氚活度浓度约为5.84 Bq/（kg鲜）和16.2 Bq/（kg鲜）统一样品 进行了测定， 实验室内相对标准偏差： 3.33%12.1%， 1.71%4.35%； 实验室间相对标准偏差： 10.6 %， 4.81%；重复性限：1.53 Bq/（kg鲜），1.63 Bq/（kg鲜）；再现性限：2.23 Bq/（kg鲜），2.63B q/ （kg鲜）。 C.1.2 有机结合氚 多家验证实验室对含有机结合氚活度浓度约为0.149 Bq/（kg鲜）和0 .892 Bq/（kg鲜）的统一样 品进行测定， 实验室内相对标准偏差： 8.82%

28、28.3%， 3.13%15.7%； 实验室间相对标准偏差： 7.58 %， 11.6 %；重复性限：0.0723 Bq/（kg鲜），0.289 Bq/（kg鲜）；再现性限：0.0732 Bq/（kg鲜）， 0.392 Bq/（kg鲜）。 C.1.3 碳-14 多家验证实验室对含碳-14活度浓度约为7.45 Bq/（kg鲜）和36.7 Bq/（kg鲜）的统一样品进行 测定，实验室内相对标准偏差：5.96 %22.1 %，5.9 2 %22.8 %；实验室间相对标准偏差：12.0 %， 10.6%；重复性限：2.66 Bq/（kg鲜），13.2 Bq/（kg鲜）；再现性限：3.49 Bq/（kg

29、鲜），16.2B q/ （kg鲜）。 C.2 方法的准确度 C.2.1 组织自由水氚 多家验证实验室对含组织自由水氚的统一样品进行了加标分析测定，加标回收率：95.1%98.7%； 加标回收率最终值：（97.23.24）%。 C.2.2 有机结合氚 多家验证实验室对含有机结合氚活度浓度为0.883Bq/（kg鲜）的已知活度浓度样品进行了分析测 定，相对误差：-6.80 %18.9 %；相对误差最终值：（1.1024.0）%。 C.2.3 碳-14 多家验证实验室对含碳-14活度浓度为34.4Bq/（kg鲜）的已知活度浓度样品进行了分析测定，相 对误差：2.91 %18.9 %；相对误差最终值：（10.115.0）%。 _