生物中氚和碳-14的測定 液體閃爍計數(shù)法

1生物中氚和碳-14的測定液體閃爍計數(shù)法本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測定生物中氚和碳-14的液體閃爍計數(shù)法原理、試劑、儀器、操作流程、質(zhì)量控制等本標(biāo)準(zhǔn)適用于動物、植物中自由水氚、有機結(jié)合氚和碳-14的測定。典型條件下，自由水氚探測下限可達0.90Bq/L或0.72Bq/kg·鮮，有機結(jié)合氚探測下限可達0.90Bq/L或0.20Bq/kg·鮮，碳-14探測下限可達4.17Bq/kg·鮮或0.091Bq/g·碳。具體參見附錄A.1。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)；凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。GB/T10259液體閃爍計數(shù)器GB12379環(huán)境核輻射監(jiān)測規(guī)定HJ/T61輻射環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范3方法原理自由水氚（TFWT）：新鮮的生物樣品經(jīng)真空冷凍后，存在于組織、細胞和細胞間隙中游離態(tài)的水結(jié)冰，再次解凍后，成為自由水，水經(jīng)純化后與閃爍液混勻，用低本底液閃計數(shù)器測定樣品中氚的放射性活度濃度。有機結(jié)合氚（OBT）和碳-14：凍干或烘干后的生物樣品放入氧化燃燒裝置中，通氧氣，加熱氧化燃燒，生物樣品中有機結(jié)合氫及碳轉(zhuǎn)化成水蒸汽和二氧化碳氣體，分別通過冷凝收集和氫氧化鈉堿性溶液吸收，形成冷凝水和CO32-；冷凝水進一步純化后與閃爍液混勻，用低本底液閃計數(shù)器測定有機結(jié)合氚的放射性活度濃度；CO32-進一步轉(zhuǎn)化成碳酸鈣沉淀，與閃爍液混勻形成懸浮物，用低本底液閃計數(shù)器測定碳-14的放射性活度濃度。4試劑和材料除非另有說明，分析時均使用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的分析純化學(xué)試劑，實驗用水為新制備的去離子水或蒸餾水。4.1高錳酸鉀（KMnO4純度≥99.0%。4.2銅粉（Cu純度≥99.0%。24.3無水碳酸鈉（Na2CO3純度≥99.0%。4.4過硫酸鉀（K2S2O8純度≥99.0%。4.5氫氧化鈉（NaOH純度≥99.5%。4.6氫氧化鈉溶液，4mol/L。稱量160g氫氧化鈉（4.5去離子水定容至1L。4.7過氧化鈉（Na2O2）,純度≥99.0%。4.8氯化銨（NH4Cl純度≥99.5%。4.9氯化鈣（CaCl2純度≥99.5%。4.10飽和氯化鈣溶液。4.11葡萄糖（C6H12O6純度≥99.9%。4.12閃爍液，光譜純。4.13甲苯-TritonX-100乳化閃爍液：0.4%2，5-二苯基惡唑PPO和0.03%1，4-雙-[5-苯基惡唑基-2]-苯POPOP甲苯溶液與乳化劑乙二醇聚氧乙烯異辛基酚醚TritonX-100體積比2.5：1。4.14氚標(biāo)準(zhǔn)溶液：濃度和待測試樣盡量相當(dāng)，需經(jīng)國內(nèi)外權(quán)威機構(gòu)認(rèn)定或計量檢定機構(gòu)檢定，并持有相應(yīng)的活度濃度證明。4.15碳-14標(biāo)準(zhǔn)溶液：濃度和待測試樣盡量相當(dāng)，需經(jīng)國內(nèi)外權(quán)威機構(gòu)認(rèn)定或計量檢定機構(gòu)檢定，并持有相應(yīng)的活度濃度證明。4.16本底氚水：深地下水、低水平礦泉水或冰川水。5儀器和設(shè)備5.1低本底液閃計數(shù)器：儀器的性能指標(biāo)應(yīng)滿足GB/T10259的要求。5.2生物真空冷凍裝置，冷阱溫度-70℃±10℃。5.3生物水分儀，可讀性水分含量為0.01%；重復(fù)性為0.10%（2g樣品）。5.4生物樣品電動粉碎機，功率3kW，粉碎細度70-300目。5.5氧化燃燒裝置，溫度可達1000℃±10℃。5.6分析天平，感量0.1mg。5.7蒸餾燒瓶（含蛇形冷凝管100mL。5.8樣品瓶，聚乙烯、聚四氟乙烯或低鉀玻璃，20mL。5.9一般實驗室常用儀器和設(shè)備。6樣品6.1樣品的采集與保存生物樣品和可食部分的采集及預(yù)處理按HJ/T61的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。生物樣品可食部分的采集：按HJ/T61的要求采取樣品可食部分作為分析樣品，需洗滌的樣品，洗后用清潔干布擦去表面水分，或晾至表面水分剛除盡，立即稱量，為鮮樣質(zhì)量。3若生物樣不能及時處理，應(yīng)置于0℃~4℃保鮮，長期保存的生物樣品應(yīng)于-18℃冷凍保存。6.2樣品的制備6.2.1自由水氚樣品6.2.1.1真空冷凍取1.0kg鮮樣，切碎混勻，裝入生物真空冷凍裝置（5.2）的快速凍干瓶或平鋪在鋁制隔板上，真空冷凍至樣品恒重，分別收集凍干的生物干樣和凍出的液態(tài)水。6.2.1.2自由水氚樣品制備量取50mL~300mL液態(tài)水樣品裝入蒸餾燒瓶（5.7）中，按每升樣品1.0g的比例加入高錳酸鉀（4.1蒸餾，收集中間部分餾出液。6.2.1.3生物樣品含水率的測定取5g~15g混勻的生物鮮樣，放入生物水分儀（5.3）樣品盤內(nèi)，均勻攤開，測量自由水占生物鮮樣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω1；也可以將生物鮮樣置于105℃烘箱內(nèi)，烘至恒重后，稱量生物樣品前后質(zhì)量差，計算自由水占生物鮮樣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω1，即為生物樣品的含水率。6.2.2有機結(jié)合氚和碳-14樣品6.2.2.1樣品預(yù)處理經(jīng)烘箱105℃下恒重的生物干樣，用生物樣品電動粉碎機（5.4）磨粉后備用。6.2.2.2氧化燃燒裝置的準(zhǔn)備將氧化劑銅絲裝入氧化燃燒裝置（5.5）的高溫催化區(qū)（圖1-1c）。取兩個干凈的水蒸汽冷凝管，稱重，記為m1，置冷阱中于-4℃冷卻。量取250ml氫氧化鈉溶液（4.6）分別置于兩個堿液吸收瓶內(nèi)，按圖1將氧化燃燒裝置各吸收部件連接起來。6.2.2.3氧化燃燒稱取50.0g～100g粉狀生物干樣，裝入樣品燃燒舟內(nèi)，表面平鋪一層銅粉（4.2置于氧化燃燒裝置的高溫氧化區(qū)（圖1b）內(nèi)，關(guān)閉高溫氧化區(qū)閥門，打開氣路閥門，通入氧氣或氧氣、氮氣混合氣體，氣體流速控制在0.5L/min～0.7L/min，通氣1min，趕凈氧化燃燒管內(nèi)空氣；打開高溫催化區(qū)（圖1c）開關(guān)，溫度設(shè)定在700℃,啟動升溫，當(dāng)高溫催化區(qū)的溫度達到700℃時，打開高溫氧化區(qū)開關(guān)，溫度設(shè)定在100℃,有氚化水分流入冷阱接收瓶，保持這個溫度，直到水分流出速度變慢時再緩慢升溫，并仔細觀察通氧情況，避免堿液吸收瓶內(nèi)的氣泡大量溢出；當(dāng)高溫氧化區(qū)溫度達到600℃時，繼續(xù)保持1h左右，確保樣品完全氧化，然后切斷電源，停止通氣。6.2.2.4氧化燃燒產(chǎn)物的收集氚化水分通過冷阱收集于接收瓶，供有機結(jié)合氚分析測定；二氧化碳氣體通過氫氧化鈉堿液吸收，4供碳-14分析測定。6.2.2.5有機結(jié)合氚樣品的制備稱量冷凝吸收后的水蒸汽吸收瓶重量，記為m2。在所收集的冷凝水中加入少量的過氧化鈉（4.7調(diào)節(jié)溶液的pH值至7左右，轉(zhuǎn)入100mL蒸餾瓶，加入1g～3g高錳酸鉀（4.1氧化回流約2h，若溶液仍帶色，可再加2g左右高錳酸鉀回流2h，重復(fù)氧化回流，直至溶液完全褪色，收集中間部分的餾出液。6.2.2.6碳-14樣品制備將已吸收了二氧化碳的氫氧化鈉吸收液轉(zhuǎn)入到1000mL的燒杯中，加入氯化銨（4.8調(diào)節(jié)pH值到10左右，然后用飽和氯化鈣溶液（4.10）滴定，直至無白色沉淀產(chǎn)生為止。過濾白色沉淀，分別用20mL去離子水和無水乙醇洗滌1次，在105℃烘箱中烘至恒重，置于干燥器內(nèi)冷卻后研磨備用。6.2.2.7氧化燃燒裝置回收率的測定準(zhǔn)確稱取50g分析純葡萄糖粉末（4.11）按照6.2.2.1~6.2.2.6方法操作，收集氧化燃燒產(chǎn)物，通過稱量水蒸汽吸收瓶以及裝有氫氧化鈉堿性溶液的吸收瓶前后重量差，獲得收集的水分和二氧化碳重量，與理論上應(yīng)該生成的水分和二氧化碳的重量比較，計算裝置對水分和二氧化碳的回收率。5YH2O根100%....................................................................(1)式中：YH—氧化燃燒裝置對生物中組織水的回收率，%；mH2O—葡萄糖氧化燃燒后收集的水樣總量，g；mCHO—1.67—轉(zhuǎn)換系數(shù)。YO3 式中：YC—氧化燃燒裝置對生物中碳的回收率，%；3mCaCO3—葡萄糖氧化燃燒后實際得到的碳酸鈣總量，g；mC6H12O6—實際加入的葡萄糖的重量，g；0.68—轉(zhuǎn)換系數(shù)。注：采用元素分析儀進行生物樣品氫和碳元素的分析，可進6.3本底樣品6.3.1氚本底樣品的制備用氚本底水（4.16）進行本底樣的制備。取400ml的本底水加入0.25g的高錳酸鉀（4.1）、0.125g的銅粉（4.2）和0.125g的無水碳酸鈉（4.3蒸餾，收集中間部分餾出液。6.3.2碳-14本底樣品的制備稱取一定量的無水碳酸鈉（4.3）于燒杯中，加入去除二氧化碳氣體的去離子水溶解，然后用飽和氯化鈣溶液（4.10）滴定，直至無白色沉淀產(chǎn)生為止，過濾白色沉淀，分別用20mL去離子水和無水乙醇各洗滌1次，在105℃烘箱中烘至恒重，置于干燥器內(nèi)冷卻后研磨、備用。6.4標(biāo)準(zhǔn)樣品6.4.1氚標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備量取8.00mL氚標(biāo)準(zhǔn)溶液（4.14）于20mL樣品瓶（5.8）中，與12mL閃爍液（4.12）混勻，加蓋密封，放入低本底液閃計數(shù)器（5.1）內(nèi)暗適應(yīng)12h，選擇氚水平測量模式進行測量，測量時間不少于1000min，也可參見附錄A.2。66.4.2碳-14標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備準(zhǔn)確稱取一定量的無水碳酸鈉（4.3）于燒杯中，加入去除二氧化碳氣體的去離子水溶解，再加入一定量的碳-14標(biāo)準(zhǔn)溶液（4.15調(diào)節(jié)pH值到10左右，用飽和氯化鈣溶液（4.10）滴定，直至無白色沉淀產(chǎn)生為止，過濾白色沉淀，分別用20mL去離子水和無水乙醇各洗滌1次，在105℃烘箱中烘至恒重，以碳酸鈣（CaCO3）形式計算碳-14標(biāo)準(zhǔn)樣品的活度濃度。標(biāo)準(zhǔn)樣品置于干燥器內(nèi)冷卻研磨、備6.5測量6.5.1氚的測量稱取8.000g自由水氚（6.2.1.2）或有機結(jié)合氚（6.2.2.5）樣品于20mL樣品瓶（5.8）中，與12mL閃爍液（4.12）混勻，加蓋密封，放入低本底液閃計數(shù)器（5.1）內(nèi)暗適應(yīng)12h，選擇氚水平測量模式進行測量，氚測量時間不少于1000min，也可參見附錄A.2。測量時選擇用外標(biāo)源或者淬滅源測量樣品的淬滅參數(shù)，并與標(biāo)樣和本底樣進行比較，若差別較大，則應(yīng)考慮樣品前處理引入的測量誤差。6.5.2碳-14的測量稱取2.000g碳酸鈣粉末于20mL樣品瓶（5.8）中，與14mL閃爍液（4.13）和4mL去離子水混勻，加蓋密封，放入低本底液閃計數(shù)器（5.1）內(nèi)暗適應(yīng)2h以上，選擇碳-14測量模式進行測量，碳-14測量時間不少于300min，也可參見附錄A.2。測量時選擇用外標(biāo)源或者淬滅源測量樣品的淬滅參數(shù)，并與標(biāo)樣和本底樣進行比較，若差別較大，則應(yīng)考慮樣品前處理引入的測量誤差。7結(jié)果計算與表示7.1結(jié)果計算7.1.1生物樣中自由水氚活度濃度計算公式ATFWT=(xb1000................................................................(3)式中：ATFWT—生物樣中自由水氚活度濃度，Bq/(kg?鮮)；Nx—自由水氚樣品的計數(shù)率，min-1；Nb—氚本底樣品的計數(shù)率，min-1；—生物樣品的含水率，%mH—氚測量所量取的水樣質(zhì)量，g；7EH—儀器對氚的探測效率，%。7.1.2生物樣中有機結(jié)合氚活度濃度計算公式AOBT=()BH()1000..........................................式中：AOBT—生物樣中有機結(jié)合氚活度濃度，Bq/(kg?鮮)；Nx—有機結(jié)合氚樣品的計數(shù)率，min-1；Nb—氚本底樣品的計數(shù)率，min-1；mOBT—生物樣品氧化燃燒后產(chǎn)生的水樣量，g；—生物樣品的含水率，%；mH—氚測量所量取的水樣質(zhì)量，g；EH—儀器對氚的探測效率，%；YH—氧化燃燒裝置對生物中組織水的回收率，%；M—加入的生物樣干樣質(zhì)量，g。7.1.3生物中碳-14活度濃度計算公式C1式中：(NxNb)60mCEC0.121AC—生物樣中碳-14的放射性濃度，Bq/（g·碳）；1xN—碳-14樣品的計數(shù)率，min-1；xNb—碳-14本底樣品的計數(shù)率，min-1；mC—碳-14測量所量取的碳酸鈣的重量，g；EC—儀器對碳-14的探測效率，%;0.12—碳酸鈣中碳的百分比。8AC2)1000....................................................(6)式中：2AC—生物樣中碳-14的放射性濃度Bq/（kg·鮮）；2xN—碳-14樣品的計數(shù)率，min-1；xNb—碳-14本底樣品的計數(shù)率，min-1；3mCaCO—生物樣轉(zhuǎn)化后所得到的碳酸鈣總重量，g；3—生物樣品的含水率，%；mC—碳-14測量所量取的碳酸鈣的重量，g；EC—儀器對碳-14的探測效率，%；YC—氧化燃燒裝置對生物中碳的回收率，%；M—加入的生物樣干樣質(zhì)量，g。7.1.4探測效率計算公式選用一定計數(shù)時間間隔，對標(biāo)準(zhǔn)試樣進行計數(shù)，求出標(biāo)準(zhǔn)試樣的計數(shù)率，然后用下式計算儀器的探測效率：b..............................................................................(7)式中：E—儀器的探測效率，%；sN—標(biāo)準(zhǔn)樣品的計數(shù)率，min-1；sNb—本底樣品的計數(shù)率，min-1；D—加入到標(biāo)準(zhǔn)樣品中氚或碳-14的放射性活度，Bq。7.1.5碳酸鈣標(biāo)準(zhǔn)粉末比活度的計算公式97.2結(jié)果表示當(dāng)測定結(jié)果小于0.1Bq/kg時，結(jié)果保留到小數(shù)點后三位，測定結(jié)果不小于0.1Bq/kg時，結(jié)果保留三位有效數(shù)字。不確定度計算參見附錄A.3。8精密度和準(zhǔn)確度8.1精密度6家實驗室對統(tǒng)一的蔬菜和肉類樣品中自由水氚、有機結(jié)合氚和碳-14的活度濃度進行測定，方法精密度見表1。表1方法精密度測量結(jié)果8.2準(zhǔn)確度6家實驗室對蔬菜的自由水氚進行加標(biāo)測試，對已知活度濃度的標(biāo)準(zhǔn)生物樣中有機結(jié)合氚和碳-14的活度濃度進行測定，方法準(zhǔn)確度見表2。表2方法準(zhǔn)確度測量結(jié)果///2.4%～22.5%//2.9%～18.9%/9質(zhì)量保證和質(zhì)量控制9.1儀器穩(wěn)定性9.1.1儀器本底泊松分布檢驗儀器本底計數(shù)應(yīng)滿足泊松分布。每年至少進行一次本底計數(shù)的泊松分布檢驗，如果本底很低，可用一定活度的標(biāo)準(zhǔn)源代替。選擇一個工作日或一個工作單元（如完成一個或一組樣品測量所需的時間）為檢驗的時間區(qū)間，在該時間區(qū)間內(nèi)，測量10～20次相同時間間隔的本底計數(shù)，按照公式（8）計算χ2的值，并與χ2分布表中與選定顯著水平的分位數(shù)進行比較，檢驗儀器本底計數(shù)的泊松分布。X2=............................................................................(8)式中：X2—統(tǒng)計量值；n—所測本底的次數(shù)；S—n次本底計數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差；N—n次本底計數(shù)的平均值，也是按泊松分布計算的本底計數(shù)的方差。9.1.2儀器本底、效率質(zhì)量控制使用質(zhì)量控制圖檢驗儀器的穩(wěn)定性，保證日常工作的一致性。在儀器工作電壓以及其他可調(diào)參數(shù)均固定不變的情況下，以固定的測量時間定期測量儀器的本底和參考源的探測效率，繪制儀器本底和效率質(zhì)控圖。參考源推薦使用氚標(biāo)準(zhǔn)溶液和碳-14標(biāo)準(zhǔn)溶液。本底測量頻次：1次/月，測量時間取60～240min，每次測量3次以上，取算術(shù)平均值；效率測量頻次：1次/1月，測量時間取5～10min，每次測量3次以上，取算術(shù)平均值。當(dāng)積累20個以上數(shù)據(jù)后，以計數(shù)率為縱坐標(biāo)，日期（或測量次序）為橫坐標(biāo)，繪制質(zhì)量控制圖，在平均值n的上下各標(biāo)出控制線（n±3σ)和警告信線（n±2σ)。若定期測量的本底計數(shù)率或效率在警告線內(nèi)，則表示儀器性能正常；若本底計數(shù)率或效率超過控制線或兩次連續(xù)同側(cè)超過警告線，則表示儀器可能不正常，應(yīng)及時尋找故障原因；若測量結(jié)果長期（連續(xù)7次）偏于平均值一側(cè)，說明儀器性能發(fā)生系統(tǒng)偏差，須繪制新的質(zhì)量控制圖。9.1.3平行雙樣的測定每批次(≤20）樣品，隨機抽取10%～20%的樣品進行平行雙樣測定，樣品數(shù)量少于10個時，應(yīng)至少測定1組平行雙樣。平行雙樣測定結(jié)果的相對偏差≤35%，也可按照公式（9）進行判斷。y1-y2< 式中：y1—樣品測量結(jié)果，Bq/L；y2—平行樣測量結(jié)果，Bq/L；U(y)—樣品測量不確定度（置信水平95%），Bq/L。9.1.4實驗室全過程空白試劑測定每更新一批試劑均需進行全過程空白試劑測定。若測量的全過程空白試劑計數(shù)率在本底計數(shù)率三倍標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍內(nèi)則可以忽略。如果空白值不能忽略，則應(yīng)選用更低放射性的試劑或選用空白值代替本底值。10廢物處理實驗中產(chǎn)生的廢液或廢渣應(yīng)按有關(guān)要求安全處理。（資料性附錄）正確使用本標(biāo)準(zhǔn)的說明A.1探測下限計數(shù)器測量探測下限Ld（Bq/L）可近似表示為式（A.1Ld=(ka+kβ).............................................................(A.1)式中：Ld—儀器測量探測下限，min-1；ka—與預(yù)選的錯誤判斷放射性存在的風(fēng)險幾率(α)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變涼的上限百分?jǐn)?shù)值；kβ—與探測放射性存在的預(yù)選置信度（1-β)相應(yīng)的值；Nb—本底樣品中氚或碳-14計數(shù)率，min-1；tx—樣品的測量時間，min；tb—本底的測量時間，min。如果風(fēng)險幾率(α)和預(yù)選置信度（1-β)在同一個水平上，則kα=kβ=K。若樣品的計數(shù)率與本底計數(shù)率接近，則探測下限Ld可近似表示為式（A.2Ld式中：Ld—儀器測量探測下限，min-1； .......................................................................Nb—本底樣品中氚或碳-14計數(shù)率，min-1；tb—本底的測量時間，min。對不同的α,K值見表