环境生物中氚以组织自由水氚和有机结合氚的形式存在，极易通过饮食等方式进入人体，通过氧化和同位素交换反应，在细胞内产生电离、引起细胞单链断裂，导致基因突变，对人体组织器官产生持续的较大的内照射危害^[1-4]。因此，开展环境生物中氚的分析测量方法研究，准确测试环境生物中氚的活度浓度具有重要意义。

组织自由水氚制备方法有共沸蒸馏法、加热真空解析法、真空冷冻干燥法等^[5]，其中，真空冷冻干燥法，具有设备简单、可实现样品成批处理等优点^[6]。有机结合氚的制备方法有湿法氧化法和氧化燃烧法等，湿法氧化存在分析样品量少、危险、不准确等缺点^[5]，而氧化燃烧法具有回收率较高、分析结果可靠等优点^[7]。液体闪烁计数是最常用的测量低能β射线技术手段^[8]，低本底液体闪烁计数器也是现今测量β射线最为准确的方法之一^[9]。在本研究中选用真空冷冻干燥法和氧化燃烧法制备氚样品，用低本底液体闪烁计数器测量氚的放射性。

1 材料与方法 1.1 方法原理

生物鲜样经真空冷冻分离为液态水和生物干样，液态水经纯化为组织自由水氚试样；生物干样经氧化铜的催化与氧气反应生成的水蒸汽经冷凝、纯化为有机结合氚试样。用水分测定仪、元素分析仪、低本底液体闪烁计数器，依次测量组织自由水占生物鲜样的质量分数、氢元素占生物干样的质量分数、氚活度浓度，经计算可得生物鲜样中组织自由水氚、有机结合氚的活度浓度。

1.2 仪器和材料

PerkinElmer Quantulus 1220超低本底液体闪烁能谱仪，Sartorius MA150水分测定仪，SJQTY-5000元素分析仪，SK2-4-10氧化炉，LGJ-10冷冻干燥机，本底水：氚活度≤0.2 Bq/L等。

1.3 方法步骤 1.3.1 组织自由水氚样品的制备

取5~15 g混匀的生物鲜样，置于水分测定仪样品盘内，均匀摊开并使样品高度为2~5 mm，设定水分测定仪加热温度为105 ℃，测量组织自由水占生物鲜样的质量分数ω₁。

将约1.0 kg混匀的生物鲜样，用冷冻干燥机真空冷冻至干样恒重(约48 h)，收集冷阱中融化后的液态水，即为组织自由水氚样品。

1.3.2 有机结合氚样品的制备

用电动磨粉机将生物干样磨成粉状，准确称取50.0 mg，置于元素分析仪测试氢元素占生物干样的质量分数ω₂。

氧化炉样品舟盛放30~100 g的粉状生物干样后，置于炉腔氧化燃烧区。在进气端连接高纯氧气和高纯氮气，调节流量调节阀，以0.5~0.7 L/min的流速通入1 :1的氧、氮混合气赶净炉腔内空气，然后在出气端连接冷凝器，检查系统气密性。开启冷凝器、氧化炉，保持催化氧化区温度为600 ℃。设定氧化燃烧区温度依次为150 ℃、200 ℃、250 ℃、300 ℃、600 ℃，且当氧化燃烧区温度升高至设定温度后均需保持2 h。收集冷凝器内的液态水样，即为有机结合氚样品。

1.3.3 氚样品的处理和测量

将制备的组织自由水氚样品、有机结合氚样品，取50~300 ml置于圆底烧瓶，按照每50 ml样品0.05 g高锰酸钾、0.1 g无水碳酸钠的比例加入上述试剂，加入少量沸石，蒸馏并收集中段且电导率≤5 μS/cm的馏出液。

准确称取8.00 g馏出液于聚乙烯计数瓶中，加入12.0 ml闪烁液；将聚乙烯计数瓶密封后震荡使馏出液样品和闪烁液充分混匀。计数瓶外壁用酒精棉球擦拭清洁，放入液体闪烁计数器的样品室中，避光12 h后测量1 000 min。用本底水和氚标准溶液制备本底试样和标准试样，按上述步骤测量1 000 min。

1.4 结果计算

仪器探测效率计算见公式1)。

$ E=\frac{N_{B}-N_{0}}{60 \times A_{0} \times 8.00} \times 100 \% $

(1)

式中：E-仪器探测效率，%；N_B-标准试样计数率，min^-1；N₀-本底试样计数率，min^-1；60-秒分转换系数，s/min；A₀-氚标准溶液活度浓度，Bq/g；8.00-氚标准溶液(或测量试样)质量，g。

组织自由水氚活度浓度计算见公式2)。

$ A_{1}=\frac{N_{1}-N_{0}}{60 \times 8.00 \times E \times 10^{-3}} \times \omega_{1} $

(2)

式中：A₁-组织自由水氚活度浓度，Bq/kg·鲜；N₁-组织自由水氚试样计数率，min^-1；ω₁-组织自由水占生物鲜样的质量分数，%。

有机结合氚活度浓度计算见公式3)。

$ A_{2}=\frac{\left(N_{2}-N_{0}\right) \times \omega_{2} \times\left(1-\omega_{1}\right)}{60 \times 8.00 \times 11.1 \% \times E \times 10^{-3}} $

(3)

式中：A₂-有机结合氚活度浓度，Bq/ kg·鲜；N₂-有机结合氚试样计数率，min^-1；11.1 %-氢元素占水的质量分数；ω₂-氢元素占生物干样的质量分数，%。

1.5 探测下限

组织自由水氚探测下限计算见公式4)。

$ L L D_{1}=\frac{4.65 \times \sqrt{N_{0} / t}}{60 \times 8.00 \times E \times 10^{-3}} \times \omega_{1} $

(4)

式中：LLD₁-组织自由水氚探测下限，Bq/ kg·鲜；t-本底试样测量时间，min。

有机结合氚探测下限计算见公式5)。

$ L L D_{2}=\frac{4.65 \times \sqrt{N_{0} / t} \times \omega_{2} \times\left(1-\omega_{1}\right)}{60 \times 8.00 \times 11.1 \% \times E \times 10^{-3}} $

(5)

式中：LLD₂-有机结合氚探测下限，Bq/ kg·鲜。

2 结果 2.1 方法验证内容

方法验证内容主要为方法精密度、准确度、探测下限等。验证过程根据《辐射环境监测技术规范》^[10]中相关规定实施质量控制。验证结果根据《测量方法与结果的准确度(正确度与精密度)》^[11]要求对本方法验证结果进行检验。

2.2 精密度

方法精密度用相对标准偏差评定。组织自由水氚、有机结合氚分别平行测试6次，组织自由水氚测试结果的相对标准偏差为8.50 %，有机结合氚测试结果的相对标准偏差为16.3 %。精密度测试结果见表 1。

2.3 准确度

组织自由水氚准确度用加标回收率评定。加标活度浓度为15.7 Bq/kg·鲜，平行测试6次，加标回收率均值为96.7 %。组织自由水氚准确度测试结果见表 2。

有机结合氚准确度用相对误差评定。已知有机结合氚活度浓度为0.883 Bq/kg·鲜的样品平行测试6次，相对误差为-2.38 %。有机结合氚准确度测试结果见表 3。

2.4 探测下限

取本底水为空白样品，重复测试7次，以测定结果的最大值为本底试样计数率N₀，用于探测效率、氚活度浓度、氚探测下限的计算。组织自由水占生物鲜样的质量分数为92.0 %、氢元素占生物干样的质量分数为6.44 %时，组织自由水氚的探测下限为1.07 Bq/kg·鲜，有机结合氚的探测下限为0.053 9 Bq/kg·鲜。探测下限测试结果见表 4。

3 讨论

采用本研究方法分析测量环境生物中氚具有以下优势：使用元素分析仪可准确测量样品中氢元素含量，避免了氧化炉中样品氧化燃烧不完全、爆燃、氢元素不能完全转化成水等对测量结果的影响，分析测量结果更多地依靠仪器设备从而降低了实验操作人为差异性的影响。

验证结果表明，本方法精密度、准确度、探测下限理想，可用于环境生物样品中氚的分析测量。受时间、成本等客观因素限制，验证样品选取较为单一，可进一步增加验证样品种类，丰富研究成果。