¹⁴C是广泛存在于环境中的主要放射性核素，通过宇宙射线撞击空气中的氮原子所产生，大气层核试验和核反应堆运行构成了它的另两个来源。当¹⁴C排放到环境之后，会立即进入生物圈的碳循环。

水中的¹⁴C是由大气二氧化碳通过气—海界面交换进入海洋并溶解于海水、地表水(江、河、湖、水库等)，植物及土壤的吸附等构成地下水中碳的来源。¹⁴C不会造成外照射危害，但存在内照射剂量。它具有很高的同位素交换率、易被活机体吸收同化，因而会最终在人体内聚集，并将引起¹⁴C在人体内的含量水平升高。不同的放射性核素会在不同的组织内沉积，如放射性碘主要沉积在甲状腺和乳腺，Am、Ce、Pu的放射性核素主要沉积在骨骼和肝脏。而¹⁴C、³H、³⁵Cl和³⁵S是很特殊的几个核素，因为它们的稳定核素是生物体的基本组成部分^[1]。

测量环境水体中的¹⁴C含量很重要，但直接开展测量有一定困难。环境水中含碳量低，其中¹⁴C含量更少，就需要足够大的样品量和足够准确的测量方法。通过对国内外分析方法进行系统的调研，我们采用目前国际流行的Carbo-sorb直接吸收法，研制、加工实验装置，分析了我国福建、海南地区饮用水中的¹⁴C含量。

1 分析方法 1.1 主要仪器和试剂

主要试剂有：高纯氮气，99.99%；H₃PO₄、CaCO₃，均为分析纯；NaOH溶液，由NaOH分析纯配制，2 mol/L；NH₄Cl溶液，20%；饱和CaCl₂溶液；Carbo-sorb E吸收液、Permafluor E+闪烁液、低钾玻璃瓶，均为美国PE公司产品。

主要仪器与设备有：转子流量计，0~3 L/min；JB-3型定时恒温磁力搅拌器，上海雷磁新泾仪器有限公司；B6分析天平、TG-328A分析天平，瑞士/上海天平仪器厂；真空抽滤泵VP30，北京莱伯泰科仪器有限公司；全自动冷热多用泵HM-122A，韩国韩民(国际)集团有限公司；烘箱，0℃~300℃，Nabertherm(上海)有限公司；Tri-carb 3170TR/SL超低本底液体闪烁分析谱仪，美国PE公司。

1.2 测量方法

南方居民所用的饮用水大部分来自于地表水(淡水湖泊、泉眼等)，北方地区饮用水多来自于地下水。虽然绝大多数居民饮用的是自来水，但存在饮用井水的情况，因此分析的饮用水样品包括自来水和井水，采集地点为福建省和海南省的部分村、镇。自来水从居民家中的水龙头接取，井水采自居民院中的水井。采样量为每个样品50 L，分装于25 L的水桶中。

碳在水中的存在形式包括溶解无机碳、溶解有机碳、颗粒状有机碳等，其中以溶解无机碳为主。文献报道及一些实测的数据表明^[2-3]，地表水或海水中的无机碳含量远高于有机碳，经过处理的饮用水更是如此，因此仅测量饮用水的无机¹⁴C，而不刻意针对有机¹⁴C进行测量。

环境水中的¹⁴C含量很低，直接测量存在困难，有必要采取一定的浓集前处理^[4]，之后使用液体闪烁法进行测量。基本分析步骤如下：①采用鼓泡法进行前处理，向装有50 L水的密闭容器中加入磷酸，通入高纯氮气，将吹出的二氧化碳用NaOH溶液吸收。②将吸收液制成碳酸钙沉淀，烘干后，采用直接吸收法进行样品制备。③称取4 g碳酸钙粉末，加入蒸馏水，通入低流速的氮气，用装有Carbo-sorb E吸收剂的液闪小瓶作吸收瓶，向反应容器中缓慢滴加磷酸直至溶液完全清澈。④向吸收瓶中加入Permafluor E+闪烁液，摇匀避光后，用低水平液闪谱仪Tri-carb 3170 TR/SL进行测量。样品中的¹⁴C活度浓度按式(1)计算：

$A = \frac{{1000 \times \left( {n-{n_b}} \right) \times m}}{{60 \times E \times Y \times {m_1} \times V}} $

1)

式中：A为样品中放射性浓度，mBq/L；E为¹⁴C的计数效率；n为样品的计数率，min^-1；n_b为本底计数率，min^-1；Y为回收率，%；m是合成碳酸盐的质量，g；m₁为测量碳酸盐的质量，g；V为水样的体积，L。

水样中的含碳量计算按(2)计算：

$ w = \frac{{1000 \times 0.12 \times m}}{V} $

2)

式中：w为水中的含碳量，mg/L；其他物理量含义同公式(1)。

直接吸收法是目前国际流行的液闪测¹⁴C时使用的样品制备方法^[5-6]，该方法与核行业标准《空气中¹⁴C的取样与测定方法》EJ/T 1008-96中的碳酸钙粉末悬浮法不同^[7]，虽然表面上将吸收CO₂的方法进行了复杂化，但消除了Ca(OH)₂等杂质对吸收过程的干扰，纯化了CO₂的吸收，制备出的样品为透明溶液，探测效率较高。

2 测量结果

福建和海南的自来水、井水分别采集了两次，给出了样品中的含碳量和无机¹⁴C活度浓度的结果。8个自来水样品的无机碳含量均值为(12.3±6.8)mg/L，无机¹⁴C活度浓度为(2.91±1.74)mBq/L；8个井水样品的无机碳含量均值为(34.9±5.8)mg/L，无机¹⁴C活度浓度为(8.77±1.51)mBq/L。不同采样时间与地点的数据具体如表 1所列，整理后的结果如表 2所列。

从表 1可以看出，福建省前薛村的自来水无机碳含量明显高于福清市的结果，海南省乌烈镇自来水的无机碳含量明显高于海尾镇的，推测这与不同地区对自来水的处理方式有关。

表 2的数据表明自来水与井水中的无机碳含量和¹⁴C活度浓度存在一定差别，井水中的无机碳含量和无机¹⁴C活度浓度明显高于自来水的结果，说明自来水厂对居民饮用水进行处理是有明显效果的。

3 内照射剂量估算

内照射剂量是指被摄入人体内的放射性核素对人体所产生的剂量。作为纯β辐射体，¹⁴C对人体的影响主要是内照射。碳作为人体有机物的基本组成成分，由¹⁴C所致的内照射剂量更值得关注。天然放射性对人体产生的内照射剂量中，¹⁴C的贡献量(约3500 Bq，主要为吸入或食入内照射)仅次于⁴⁰K(约6000 Bq)。¹⁴C的生物半排期为40天(全身)，代谢过程随其化合物成分而显著变化。

放射性核素的摄入可以通过吸入、食入、伤口、无损伤的皮肤途径发生。考虑天然环境尤其是环境水中的¹⁴C对公众造成的内照射，主要考虑长期暴露下的食入途径。根据居民饮用水中¹⁴C的活度浓度和居民的日常饮水量可以算得饮用水中¹⁴C摄入量，再乘以相应的剂量系数，即可求得待积有效剂量。具体计算公式如下：

$ {E_{ing}} = e{\left( g \right)_{ing}}{I_{ing}} = e{\left( g \right)_{ing}}{A_{in}}{V_{in}} $

3)

式中，e(g)_ing为同一期间内g年龄组食入单位摄入量放射性¹⁴C后的待积有效剂量，Sv/Bq；I_ing为同一期间内食入放射性¹⁴C的摄入量，kg或L；A_in为摄入食物中的¹⁴C的活度浓度，Bq/kg或Bq/L；V_in为摄入的食物量，kg或L。

GB 18871中给出的公众成员(成年人)食入单位摄入量所致的待积有效剂量因子e(g)_ing=5.8×10^-10 Sv/Bq，一般认为成年人每天的饮水量应为2000 ml，即年摄入量V_in=365×2=730 L。根据表 2得到的饮用水和地下水样品中的¹⁴C活度浓度，推算得出公众通过自来水和井水摄入¹⁴C所致的待积有效剂量分别为1.23×10^-9 Sv/a和3.71×10^-9 Sv/a。

4 结论

经过自来水厂处理后的自来水含碳量和¹⁴C活度浓度明显低于井水的结果。不同地区采用的不同自来水处理方式也存在明显差别，如村、镇的自来水含碳量和¹⁴C含量结果高于市区的结果。

由于井水与自来水中的¹⁴C含量存在差异，导致居民饮用井水和自来水途径摄入的¹⁴C所致的有效剂量存在差别，前者约为后者的3倍。但整体来看，公众通过饮用水途径摄入的¹⁴C所致的待积有效剂量并不大，基本在10^-9 Sv/a量级，可以认为天然环境下，从饮用水途径造成的¹⁴C内照射剂量很低，不会对人体造成影响。