摘要：隨著核科學(xué)的發(fā)展，核素鈾的檢測和處理變得至關(guān)重要。國家已制定多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范核素鈾檢測行業(yè)，但是早期的標(biāo)準(zhǔn)已難以滿足當(dāng)前的需求，亟須制定符合行業(yè)發(fā)展需求的核素鈾檢測標(biāo)準(zhǔn)，同時還要建立靈敏度更高、檢出限更低、精確度更好的檢測技術(shù)。本文深入分析了當(dāng)前鈾核素檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，以及國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的適用情況，旨在為鈾核素檢測標(biāo)準(zhǔn)的更新和完善提供科學(xué)的依據(jù)和參考。

關(guān)鍵詞：核素鈾；檢測；標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號：X771文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1674-4977.2025.01.016

基金項(xiàng)目：國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃資助項(xiàng)目（220217）。

1研究背景

近年來，核污染問題持續(xù)成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)[1-2]。核素鈾作為核物質(zhì)中的一種，具有廣泛應(yīng)用性，但核素鈾的半衰期長，因而其被視為一種持久的污染物。放射性核素鈾可通過食物鏈進(jìn)入人體，導(dǎo)致基因突變和遺傳損傷，從而對個體和種群的遺傳健康產(chǎn)生長期影響[3-4]。因此，我國于2017年出臺《核安全與放射性污染防治“十三五”規(guī)劃及2025年遠(yuǎn)景目標(biāo)》，將核安全納入國家總體安全體系，上升為國家安全戰(zhàn)略。實(shí)時監(jiān)測環(huán)境中的殘留核素鈾并進(jìn)行有效處理，已成為學(xué)術(shù)研究的重點(diǎn)。隨著前處理技術(shù)和儀器分析方法的不斷創(chuàng)新，核素鈾的檢測技術(shù)也迅速發(fā)展。同時，我國對核素鈾這種放射性元素的性質(zhì)和應(yīng)用進(jìn)行了深入研究，并在已有的認(rèn)知基礎(chǔ)上制定了大量標(biāo)準(zhǔn)來確保核素鈾的安全應(yīng)用和監(jiān)測。本研究將總結(jié)核素鈾檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，對比各國核素鈾相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)指標(biāo)，為我國核素鈾檢測技術(shù)的發(fā)展提供參考和借鑒。

2核素鈾檢測技術(shù)

2.1前處理技術(shù)

目前，核素鈾的前處理方法主要有離子交換法、化學(xué)沉淀法、吸附分離法。

離子交換法主要利用離子交換樹脂對核素鈾的吸附特性來實(shí)現(xiàn)對核素鈾的分離和富集。目前，多種離子交換樹脂已被應(yīng)用于處理含有不同混合金屬離子及無機(jī)、有機(jī)污染物的廢水。合成樹脂是離子交換技術(shù)中使用最廣泛的一種材料。這種樹脂可以從溶液中去除幾乎所有的重金屬，包括鈾酰離子，但溫度、pH值、初始濃度和保留時間都會影響離子交換樹脂對鈾酰離子的去除效率。另外，許多天然材料（如黏土、鈣鈦礦、沸石等）也表現(xiàn)出對各種放射性核素鈾的離子交換能力，但這些材料的吸附或離子交換能力相對不足。因此，合成用于放射性廢水凈化的新型高效吸附劑已成為該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

化學(xué)沉淀法是通過材料與金屬離子反應(yīng)生成不溶性顆粒，再經(jīng)過濾分離實(shí)現(xiàn)水相中重金屬離子的去除?；瘜W(xué)沉淀法也可以和生物還原技術(shù)聯(lián)用，提高金屬離子的去除效率，實(shí)現(xiàn)多組分基質(zhì)中金屬離子的有效分離。但是由于基質(zhì)中核素鈾的濃度較低，較難形成不溶性沉淀物，限制了其在核素鈾分離中的應(yīng)用范圍。

吸附分離法是利用吸附劑表面的孔隙和官能團(tuán)等特性，對物質(zhì)中各個組分進(jìn)行分離。根據(jù)吸附的性質(zhì)，主要分為化學(xué)吸附和物理吸附。物理吸附主要是通過分子間的相互作用，而化學(xué)吸附主要是通過分子間化學(xué)鍵實(shí)現(xiàn)。研究表明，在吸附劑表面修飾官能團(tuán)或調(diào)控吸附劑孔徑可提高材料對核素鈾的吸附容量。

于靜等[5]利用交聯(lián)、復(fù)合等修飾技術(shù)，將含氧/氮官能團(tuán)修飾在了吸附劑的表面，通過表面絡(luò)合和離子交換提高吸附劑對核素鈾的選擇性和吸附性能。吸附法具有操作簡單、成本低、回收率高等優(yōu)點(diǎn)，是目前最常用的一種核素鈾前處理方法。

2.2儀器分析技術(shù)

目前，有許多分析技術(shù)可用于檢測鈾，如α能譜法、電位滴定法、原子吸收光譜法、發(fā)射光譜法、X射線熒光光譜法、質(zhì)譜法和耦合等離子體質(zhì)譜法等，這些技術(shù)因其高靈敏度而被應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室中鈾的分析檢測。

2.2.1α能譜法

α能譜法基于鈾元素的α衰變原理，通過檢測α粒子從原子核中釋放并與其他物質(zhì)碰撞后能量損失的情況，來計算鈾樣品中各同位素的比例和濃度。

Hassan J等[6]采用基于薄膜固相萃取技術(shù)，在改良濾紙上預(yù)濃縮鈾的方法，對水中的234U和238U進(jìn)行測定。

2.2.2電位滴定法

電位滴定法是利用硫酸亞鐵將U（Ⅵ）還原為U（Ⅳ），采用重鉻酸鉀滴定法將U（Ⅳ）氧化至U（Ⅵ），通過重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的消耗量確定鈾含量。

黎金標(biāo)等[7]建立了微波消解全自動電位滴定快速測定巖礦石中鈾的方法，該方法檢出限更低，測定范圍更寬。馮宇等[8]用ICP-OES、紫外分光光度法、釩酸銨（亞鐵）氧化還原滴定法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)釩酸銨（亞鐵）氧化還原滴定法適用于大多數(shù)浸出環(huán)境，抗干擾能力較強(qiáng)，可對現(xiàn)場樣品進(jìn)行快速準(zhǔn)確分析，具有較高的可信度，但這種方法對實(shí)驗(yàn)人員的操作水平有一定要求。

2.2.3電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）

電感耦合等離子體質(zhì)譜法是一種用于分析無機(jī)元素的技術(shù)，該技術(shù)通過高溫離子源與氬氣反應(yīng)生產(chǎn)溫度為10，000 K的等離子焰炬電離鈾樣品，然后通過質(zhì)量分析器進(jìn)行質(zhì)荷比分析，測定鈾元素的濃度。

楊振宇等[9]先用微波密閉消解樣品，然后利用ICP-MS測定，檢測結(jié)果均達(dá)到要求。與國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法相比，該方法更為快速方便，定量定性更加準(zhǔn)確，靈敏度更高，更適合口岸日常檢驗(yàn)。陳曦[10]對七類食物中的鈾進(jìn)行測定，且前處理方法同樣用密閉微波消解法。實(shí)驗(yàn)表明，該方法檢出限低、動態(tài)范圍寬、基體效應(yīng)小、準(zhǔn)確度和精密度高，能夠?qū)Χ嘣赝瑫r分析。汪偉等[11]優(yōu)化LA-ICP-MS的運(yùn)行參數(shù)，校正質(zhì)量分餾和檢測效率，測定鈾標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中鈾的濃度。該方法靈敏度高、成本較低且制樣簡單，有廣闊的發(fā)展前景。

3國內(nèi)外核素鈾檢測標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

我國鈾礦開采起步于1958年，從那時開始，我國就已開始制定有關(guān)核素鈾的檢測標(biāo)準(zhǔn)。雖然早期的標(biāo)準(zhǔn)在當(dāng)前已經(jīng)不再適用，但它們?yōu)楹竺嫘聵?biāo)準(zhǔn)的制定打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

目前，我國針對核素鈾的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)共有59項(xiàng)，其中有14項(xiàng)等效或非等效采用了國際標(biāo)準(zhǔn)。以α能譜法為例，筆者比較了GB/T 13071—2010《地質(zhì)水樣234U/238U、230Th/232Th放射性活度比值的測定萃淋樹脂萃取色層分離α能譜法》和ISO 21847-3：2007《核燃料技術(shù)α光譜測定法第3部分：鈾及其化合物中鈾232的測定》在核素鈾樣品、前處理方面的異同，具體如表1所示。

1）GB/T 13071—2010是專門針對地質(zhì)水樣中234U/238U、230Th/232Th放射性活度比值的測定，而ISO 21847-3：2007是系列標(biāo)準(zhǔn)中的第3部分，涵蓋了用于測量天然鈾和相關(guān)核素在地質(zhì)材料中含量的方法。它不僅包括水樣，還可能包含其他類型的地質(zhì)樣品。

2）GB/T 13071—2010中對于反應(yīng)時的要求比較苛刻，明確要求了溶解樣品時的pH值和制備α源時所需的環(huán)境溫度，而在ISO 21847-3：2007中并沒有明確要求，且所需試劑的量也沒有明確規(guī)定。

綜上所述，GB/T 13071—2010較ISO 21847-3：2007具有更高的參考價值，為利用α能譜法測定核素鈾含量提供了更加詳細(xì)的方法指導(dǎo)。但是，這兩個標(biāo)準(zhǔn)在儀器分析方面的規(guī)定都較少，只有公式計算。因此，這兩個標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步更新。

4結(jié)束語

雖然在核素鈾檢測領(lǐng)域我國有不少標(biāo)準(zhǔn)是等效采用或非等效采用了國外的標(biāo)準(zhǔn)，但是仍有一大部分標(biāo)準(zhǔn)是我國自己制定的，這說明我國在核素鈾檢測方面已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。我國標(biāo)準(zhǔn)和國外標(biāo)準(zhǔn)都沒有涉及核素鈾檢測的所有方面，不同國家所側(cè)重的樣品處理和分析方法不同，對于核素鈾檢測方面的標(biāo)準(zhǔn)的更新速度也有所不同，這導(dǎo)致了標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容有所差異。除此之外，有些國家和地區(qū)在制定本國標(biāo)準(zhǔn)時，會充分考慮并采納國際標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；而有些國家和地區(qū)則可能更多地考慮本國的實(shí)際情況，對國際標(biāo)準(zhǔn)的采納程度較低。

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作者簡介

鄭黃榮，男，2001年出生，本科，研究方向?yàn)楣I(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。

通信作者：李巍霞，女，1991年出生，講師，博士，研究方向?yàn)閲H標(biāo)準(zhǔn)化，weixia@cjlu.edu.cn。

（編輯：侯睿琪，收稿日期：2024-06-19）