劉明海，徐志燕，安桂秀

（山東省環(huán)科院環(huán)境檢測有限公司，濟南 250013）

總α、總β放射性水平是指環(huán)境介質(zhì)中各種核素的α或β放射性活度等效值的總和，是環(huán)境介質(zhì)中放射性總體活度水平的反映［1］。環(huán)境介質(zhì)中總α、總β放射性測量具備測量速度快、成本低的特點，具有開展大量環(huán)境樣品篩選測量的優(yōu)勢，在輻射環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測、應急預警監(jiān)測和監(jiān)督性監(jiān)測中應用廣泛，是一種快速、經(jīng)濟、便于廣泛使用的放射性測量手段［2］，在放射性檢測領域應用前景廣泛。

氣溶膠是固體或液體微粒懸浮在空氣或氣體介質(zhì)中形成的分散體系，因氣溶膠在大氣中隨氣流而遷移，放射性物質(zhì)隨其快速擴散，并與地面沉積物中放射性物質(zhì)相互交換，對人體造成外照射危害；氣溶膠中放射性物質(zhì)濃度低，但電離效應高，是造成人體內(nèi)照射的主要威脅，《輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ 61-2021）等對氣溶膠中總α、總β的檢測提出了明確要求［3］。但是，灰化法和濾膜直接測量法測量結(jié)果差異較大，不同來源數(shù)據(jù)可比性較差。同時，氣溶膠中總α、總β的檢測沒有統(tǒng)一標準方法，不同實驗室間在樣品放置時間、灰化溫度等方面沒有統(tǒng)一的標準，同樣品不同實驗室間測量結(jié)果差距較大，制約氣溶膠中總α、總β在放射性測量結(jié)果的評價和使用。因此，開展氣溶膠中總α、總β放射性測定方法研究，明確樣品前處理過程中的技術(shù)參數(shù)，提高氣溶膠中總α、總β不同來源數(shù)據(jù)的可比性，意義重大。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料

測量儀器：FYFS-400X型四路低本底α、β計數(shù)器［本底：α≤0.1 cpm、β≤1.0 cpm，效率：α（241Am）≥10%、β（90Sr）≥40%］，分析天平、可調(diào)溫電爐、馬弗爐、測量盤、坩堝。

測量材料：聚丙烯濾膜、總α標準物質(zhì)、總β標準物質(zhì)、無水乙醇、濃硫酸。

1.2 方法原理

用濾膜采集一定量的氣溶膠樣品，濾膜經(jīng)灰化、灼燒得到固體灰樣。稱取一定量固體灰樣均勻平鋪，用低本底α、β測量儀測量α、β的計數(shù)率，計算樣品總α、總β的放射性活度濃度。

1.3 方法步驟

在已確定空氣流通、地面平整的位置安裝采樣器，安裝采樣濾膜，采集一定體積氣溶膠樣品。

先將樣品濾膜向內(nèi)折疊并放入坩堝中，在電熱板上緩慢加熱炭化完全，然后將坩堝放入馬弗爐中，400℃恒溫1小時。干燥器中冷卻后準確稱量固體殘渣總重量。研細、混勻固體殘渣，稱取樣品于測量盤中。向測量盤中粉末樣品上滴加無水乙醇浸潤，使樣品均勻鋪平測量盤，烘干制成樣品源，用低本底α、β測量儀測量［4，5］。

1.4 結(jié)果計算

氣溶膠中總α或總β活度濃度計算公式：

式中：

A——氣溶膠中總α或總β活度濃度，單位 Bq·m-3；

N——試樣計數(shù)率，單位min-1；

N0——本底計數(shù)率，單位min-1；

m0——固體殘渣總重量，單位g；

60——秒分轉(zhuǎn)換系數(shù)，單位s·min-1；

E——儀器的計數(shù)效率，單位%；

m——測量試樣的質(zhì)量，單位g；

V0——采集空氣的體積，單位m3。

α、β射線同時測量時，α射線對β道的串道影響不可忽略，可參考《水質(zhì)總β放射性的測定厚源法》（HJ 899-2017）中附錄B修正。

儀器探測效率計算公式：

式中：

E——儀器探測效率，單位%；

NB——標準試樣計數(shù)率，單位min-1；

A0——標準溶液活度濃度，單位Bq·g-1；

mb——標準物質(zhì)質(zhì)量，單位g。

計算最小可探測樣品凈計數(shù)率：

式中：

LLD——最小可探測樣品凈計數(shù)率，單位min-1；

N0——本底計數(shù)率，單位min-1；

t0——本底試樣測量時間（與測試試樣時間相同），單位 min。

LLD對應的樣品放射性活度濃度為探測下限。

2 結(jié)果

2.1 樣品放置時間

用超大流量在盡可能快的速度下采集約5000 m3氣溶膠樣品，當天灰化完全、冷卻、稱量待測。樣品采完后第2天開始用低本底α、β測量儀測量α、β計數(shù)率，然后每間隔1天測量一次。重復測量10次，測量結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 樣品不同放置時間下總α測量結(jié)果Fig.1 The gross α measurement results at different placement times of the specimens

圖2 樣品不同放置時間下總β測量結(jié)果Fig.2 The gross β measurement results at different placement times of the specimens

氣溶膠中總α、總β測量結(jié)果與樣品放置時間有關，前4天隨放置時間的延長而迅速降低，且總α的降低更明顯；放置5～10天測量結(jié)果基本恒定，這主要受氣溶膠樣品中放射性核素的衰變影響［6］。在檢測主要包含鈾（U）、釷（Th）及其子體等天然放射性核素和長半衰期人工核素的環(huán)境質(zhì)量樣品時，為確保歷史數(shù)據(jù)的可比性，通常在采樣后5～10天分析測試；在檢測對象為短半衰期放射性核素時，通常需根據(jù)放射性核素的衰變規(guī)律確定測量時間并根據(jù)需要進行衰變修正。氣溶膠中總α、總β測量結(jié)果，前4天隨放置時間的延長而迅速降低，且總α的降低更明顯；放置5～10天測量結(jié)果基本恒定。

2.2 灰化溫度

用超大流量采樣器采集20000 m3氣溶膠樣品。350℃灰化1 h，用研缽將固體殘渣研細、混勻，稱量6等份。6份樣品在350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃條件下，用馬弗爐繼續(xù)分別灰化1 h，冷卻、稱量。然后用低本底α、β測量儀測量α、β計數(shù)率。測量結(jié)果見圖3、圖4。

圖3 總α測量結(jié)果Fig.3 The gross α measurement results

圖4 總β測量結(jié)果Fig.4 The gross β measurement results

氣溶膠中總α、總β測量結(jié)果受樣品灰化溫度的影響，溫度小于350℃時較難灰化完全，影響測量結(jié)果準確性；350℃～450℃時，測量結(jié)果未隨灰化溫度的變化而明顯變化；450℃～600℃時，測量結(jié)果隨灰化溫度的升高而明顯降低。原因可能是受釙-210、鉍-210、銫-137等可揮發(fā)核素高溫環(huán)境下含量損失的影響。為保證測量結(jié)果的準確性和穩(wěn)定性，氣溶膠中總α、總β測量過程中灰化溫度建議確?；一耆也怀^400℃為宜。

2.3 探測下限

取空白樣品盤，用低本底α、β測量儀分別測試空白樣品計數(shù)率，重復測試7次，以7次探測下限計算結(jié)果的平均值和3倍標準偏差之和作為探測下限，測試結(jié)果見表1。

表1 探測下限測試數(shù)據(jù)Table 1 Test data of lower detection limit

以采集樣品10000 m3、固體殘渣0.5 g、測量時間1000 min、α探測效率7.5%、β探測效率45%為典型條件，該方法總α探測下限為3 μBq·m-3，總β探測下限為 2 μBq·m-3。

2.4 精密度

在同一環(huán)境中安裝平行的6臺采樣器，采集平行樣作為精密度測試樣品，分別灰化測試，測試結(jié)果見表2。

表2 精密度數(shù)據(jù)Table 2 Precision data

由表2可得，活度濃度約 0.081 mBq·m-3、0.34 mBq·m-3的6個平行樣總α測試結(jié)果相對標準偏差分別為10.9%、15.6%；活度濃度約0.94 mBq·m-3、2.04 mBq·m-3的 6 個平行樣總β測試結(jié)果相對標準偏差分別為13.1%、8.1%。

2.5 準確度

在同一環(huán)境中安裝平行的6臺采樣器，采集6個平行樣，分別加入一定活度的241Am、40K標準溶液，灰化測試加標回收率，測試結(jié)果見表3、表4。

表3 總α準確度測試數(shù)據(jù)Table 3 The accuracy test data of gross α

表4 總β準確度測試數(shù)據(jù)Table 4 The accuracy test data of gross β

由表3、表4可知，加標活度濃度為0.149 mBq·m-3、0.826 mBq·m-3的樣品，總α加標回收率測試結(jié)果分別為89.3%、92.0%；加標活度濃度為 1.92 mBq·m-3、4.20 mBq·m-3的樣品，總β加標回收率測試結(jié)果分別為87.0%、95.5%。

3 結(jié)論

（1）該方法測定環(huán)境氣溶膠樣品中總α、總β的結(jié)果受氣溶膠樣品中天然短半衰期放射性核素的衰變影響較大。在使用該方法時應根據(jù)被測對象的放射性衰變特性合理確定樣品放置時間，并在出具結(jié)果時注明。

（2）高溫灰化處理樣品的方法謹慎用于易揮發(fā)放射性核素的測定?；一幚順悠窌r溫度不宜太高，既要確保濾膜灰化完全，又要減少核素揮發(fā)。

（3）典型條件下，該方法總α探測下限為3 μBq·m-3，測試結(jié)果相對標準偏差最大值為15.6%，加標回收率測試結(jié)果最小值為89.3%；總β探測下限為2 μBq·m-3，測試結(jié)果相對標準偏差最大值為13.1%，加標回收率測試結(jié)果最小值為87.0%，滿足近年生態(tài)環(huán)境監(jiān)測部門對氣溶膠中總α、總β監(jiān)測的要求。