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1、生物样品中氚分析方法（征求意见稿）编制说明生物样品中氚分析方法编制组2020年3月21目 录1前 言11.1任务由来11.2研究目的和意义12研究背景22.1氚的基本理化性质22.2氚的环境危害22.3国内外相关分析方法研究22.4方法研究现状33标准研究范围与对象44研究内容45研究方法和技术路线45.1 研究方法45.2 技术路线56方法研究报告76.1 方法研究的目标76.2 方法原理76.3 试剂和材料76.4 仪器和设备76.5 样品的采集、预处理和保存86.6主要研究内容96.7 精密度测量136.8 准确度测量146.9 不确定度分析156.10 质量控制177 方法验证197.
2、1 方法验证方案197.2 方法验证结果198 标准实施建议20附件一 方法验证报告211前 言1.1任务由来根据广西壮族自治区质量技术监督局关于下达2018年第四批广西地方标准制定项目计划的通知（桂质监函2018351号），由广西壮族自治区辐射环境监督管理站（以下简称“广西辐射站”）作为主编单位承担地方标准生物样品中氚分析方法的编制，苏州热工研究院有限公司（以下简称“苏州热工院”）参与编制工作。1.2研究目的和意义1.2.1研究目的随着防城港核电厂的建成投入运行，我区成为我国西部地区开工建设运行的首个核电项目省份，这对加快我区能源结构调整，推动经济发展具有重大意义。同时，核能利用也是一把双刃
3、剑，在带来清洁高效能源的同时也带来一定的核安全问题，因此要加强核安全环境监管能力建设，确保环境安全、公众健康和社会和谐，具有积极意义。作为核电厂流出物排放最主要的核素之一，氚通过液态流出物和气态流出物向周围环境的排放，从而对周围环境造成一定的污染，故无论是对反应堆厂房，还是环境样品，特别是生物样品及食品样品，监测氚是非常必要的。目前，我国还没有生物样品中氚的标准分析方法的国家标准，因此，迫切需要制定一套高效、快速、准确分析生物样品中氚的方法，更好地规范环境及核电周边生物样品中氚含量的监测，提高监测数据的准确性和可比性。更加独立、客观、公正地反映核电厂周边的辐射环境质量状况及其变化趋势，预测和预
4、警核与辐射事件；同时，更好地指导和服务核电发展，及时评价和控制核电厂氚排放量，减少职业人员内照射，降低核电厂周围辐射水平以及保证周边居民的健康安全。2研究背景2.1氚的基本理化性质氚（3H或T）是氢元素中最重要的一个放射性同位素，也是环境中质量最轻、分布最广泛的放射性核素之一。环境中的天然氚来源于宇宙射线与氧和氮的核反应产物。据估算，全世界每年由天然过程产生的氚有31018 Bq。核试验之前全球天然淡水中氚的浓度约为0.180.37 Bq/L，海水中氚的浓度约为0.1 Bq/L。环境中人工氚主要产生于核爆炸和核反应堆，目前人工氚的产生已极大的增加了环境中氚浓度。氚是一种低能发射体，衰变产物为3
5、He，能量比较低，仅为0.018MeV，它的物理半衰期和生物半衰期分别为12.33年和9.5天，氚在空气中的最大射程为5 mm，在水或人体组织中约为5 m（0.5 mg/cm2）。氚是氢的同位素，在化学性质上与氢元素完全一致，具有容易与电负性物质相结合的倾向，由于氢是组成水和生物体的基本元素，氚能通过氧化和同位素交换反应存在于食物和一切生物体中，因而它是环境放射性监测的一个重要对象。环境中绝大部分天然氚以氚化水（HTO）的形式存在，也有氚化氢（HT）和氚化甲烷（CH3T）等。2.2氚的环境危害随着核能事业的发展，以及氚在科研、医学、农业、水文等领域的应用，氚已经成为向环境排放的主要和关键放射性
6、核素。氚通过吸入、皮肤吸收、食入等方式进入人体，广泛地分布于所有器官和组织的含水部位以及生物大分子之中。由于氚的辐射作用，不仅会引起生物体分子结构和分子键的破坏，使细胞电离而受到损伤，引起躯体效应，也可使细胞的DNA单键断裂而导致基因损伤。2.3国内外相关分析方法研究由于我国尚未出台生物中氚的标准测量方法。实际工作中，生物中组织自由水氚的监测参照水中氚的分析（GB 12375-1990）进行，有机结合水氚的监测参照食品中放射性物质检验-氢-3的测定（GB 14883.2-2016）进行。随着监测技术的发展，上述国家标准制定时间久远，操作性不强，已不能满足实际工作需要。国际上，日本、法国和美国已
7、开展生物中组织自由水氚和有机结合水氚的测量。经调研，组织自由水氚均采用冷冻干燥法收集，有机结合水氚大多采用高温氧化法收集，只是氧化燃烧装置不同。近年来，陆续有文献报道生物中氚的前处理装置的设计和研发成功，如Carbolite公司制造的MTT氧化炉等，但是，该装置虽然自动化程度较高，但是价格昂贵，每次氧化的样品量少，主要适用于核素标记物等高放射性样品的处理，不适用于普通环境样品的预处理。目前，国内也有几家机构积极开展前处理装置研发并取得了阶段性成果，广西辐射站购买了上海怡星机电设备有限公司设计和生产的OTCS11-3型有机结合水氚碳提取系统，已用于生物有机结合水氚的前处理。2.4方法研究现状国际
8、上，氚的测量方法主要有液体闪烁计数法和质谱法两种。但是，如何从生物样品中收集组织自由水氚和有机结合水氚的方法很多，如冷冻干燥法、共沸蒸馏法、湿法消解法、氧化燃烧法等。1.冷冻干燥法：该方法也称为低温真空蒸馏法，主要是将生物鲜样置于低温下冻结，然后在真空条件下将水分收集到冷凝器中。2.共沸蒸馏法：将生物鲜样放入甲苯或二甲苯溶液中，加热沸腾，将生物样品中的水分沸腾蒸馏出来，收集到冷凝器中，再通过分液操作取得水相。上述两种方法主要适用于生物中组织自由水氚的测量。其中冷冻干燥法耗费时间，对于低水平分析，可能需要几天时间；共沸蒸馏法要用到笨、甲苯、P-二甲苯等芳香族碳氢化合物，这些化合物易燃且具有一定的
9、化学毒性，使用过程中需注意防护。3.湿法消解法：利用强酸、强碱破坏生物样品中的有机成分，促使其分解变成可溶，然后通过常压蒸馏将生物样品中的水分收集到冷凝器中。4.氧化燃烧法：生物样品高温氧化，样品中有机成分氧化转变成自由水和二氧化碳气体，采用冷凝法收集自由水。氧化燃烧法根据容器不同还分为氧化瓶法、连续氧化法、封口试管氧化法、湿燃烧法、氧弹法、自动燃烧装置和电火花燃烧法等。上述两个方法主要适用于有机结合水氚的前处理，由于湿法消解法涉及强酸、强碱，且过程不可避免会有氚的损失及强氧化剂残渣的残留，不适用于高精度或高灵敏度样品的分析。综上所述，冷冻干燥法收集组织自由水氚，氧化燃烧法收集有机结合水氚具有
10、较大优势。3标准研究范围与对象广西壮族自治区地方标准生物样品中氚分析方法规定了环境生物样品中氚的测量原理、仪器和设备、试剂和材料、测定步骤和结果的计算，适用于环境生物样品中氚测量。4研究内容（1）给出相关仪器及设备要求；（2）明确试剂及材料要求；（3）具体测量步骤，包括生物样品取样、脱水、研磨及样品氧化燃烧等前处理条件、分析过程、效率刻度及方法验证等；（4）给出探测限、计数效率、结果计算、不确定度评定等公式；（5）明确质量控制要求。5研究方法和技术路线5.1 研究方法1.本标准的编制既参考国外最新和应用最广的方法技术，又考虑国内现有监测机构的监测能力和实际情况，方法检出限和测定范围满足生态环境
11、部全国辐射环境监测方案（2019版）中对组织自由水氚和有机结合水氚的测量要求。2.选取操作过程简便、样品损失较少的前处理方式，具有可操作性并确保方法的准确度和回收效率。3.方法的制定符合环境监测分析方法标准制定技术导则（HJ/T 168）的要求。4.方法的编写符合国家环境保护标准制修订工作管理办法、标准编写规则（GB/T 20001-2001）、环境保护标准编制出版技术指南和标准化工作导则 第1部分 标准的结构和编写（GB/T 1.1-2009）的要求。5.2 技术路线1. 成立编制小组，通过文献检索、专家咨询等方法对现有的各种生物中氚分析方法和监测工作需求开展调查研究。根据调研结果编写标准研
12、究计划和实验步骤，编写开题报告讨论稿。2. 组织开题论证会，邀请专家对开题报告讨论稿进行初审。3. 按照通过的开题论证报告和论证意见，开展实验确定和完善方法草案的技术内容。并按要求选择验证实验室，组织开展方法验证工作。4. 对验证实验数据进行汇总，总结实验过程和实验结果并对其作出评价，形成验证报告。同时编制生物样品中氚分析方法的标准文本讨论稿和编制说明，并组织专家技术咨询，征求相关企业、行业协会和科研院所的意见。5. 编制标准征求意见稿及编制说明、标准研究技术报告，提交主管业务处室组织专家审查，并办理部门征求意见。6. 根据征求部门意见和技术审查意见修改后，形成标准公众征求意见稿，提请主管业务
13、处移交科技标准处行文报送自治区质量技术监督局向社会公开征求意见。7. 根据公开征求意见情况进一步修改，形成标准审定稿提交自治区质量技术监督局进行审定。8. 根据审定意见修改完善后，将标准文本报批稿及编制说明提交科技标准处向自治区质量技术监督局报请批准发布。9. 标准报批稿审批通过后，办理标准正式文本出版印刷。10. 标准正式发布后，由自治区生态环境厅组织标准制定工作（项目）的验收结题手续，我站提交标准文本、编制说明等有关材料，办理完成项目验收手续。具体的技术路线见图1。图1 本标准制订的技术路线6方法研究报告6.1 方法研究的目标通过实验确定方法的适用范围、回收率和测定下限。（1）本标准适用于
14、环境生物样品中氚的测定。（2）方法的标准物质采用标准氚水。（3）方法的测定下限。根据生态环境部全国辐射环境监测方案（2019版）要求组织自由水氚的测定下限参考值为1.1 Bq/L，有机结合水氚的测定下限参考值为1.1 Bq/L。6.2 方法原理组织自由水氚：新鲜的生物样品经真空冷冻后，存在于组织、细胞和细胞间隙中游离的水结冰，解冻后成为自由水，水经纯化后与闪烁液混合，用低本底液闪谱仪测定样品中氚的放射性活度浓度。有机结合水氚：冻干或烘干后的生物样品放入氧化燃烧炉中，充氧充分燃烧样品，使干样中的有机氢全部转化成水分后采用冷凝的方式收集；水分经纯化后与闪烁液混合，用低本底液闪谱仪测定样品中氚的放射
15、性活度浓度。6.3 试剂和材料除非另有说明，分析时均使用符合国家标准或专业标准的分析试剂和蒸馏水或同等纯度的水。试剂本底不超过仪器本底计数的统计误差。6.3.1高锰酸钾，KMnO4；6.3.2本底水，取氚活度浓度尽可能低的水，如深层地下水等；6.3.3闪烁液；6.3.4氚标准溶液：已知准确3H活度，不确定度3 %，稀释后备用。6.4 仪器和设备6.4.1 低本底液闪谱仪，计数效率大于15%，本底小于2 cpm；6.4.2 真空冷冻干燥机，冷阱温度-70，真空度10 Pa；6.4.3 元素分析仪:可测定生物干样中氢元素的质量分数，误差3%；6.4.4 电动粉碎机；6.4.5 氧化燃烧装置；6.4.6 分析天平，感量0.1 mg，量程大于10 g；6.4.7 烘箱；6.4.8 聚乙烯样品瓶，20 mL；6.4.9 一般实验室常用仪器和设备。6.5 样品的采集、预处理和保存不同的生物样品，采用不同的采样方法，表1列出了一些常见类型的生物样品的采样方法。表1 生物样采样及预处理样品种类采样方法样品预处理
