碳-14既是天然放射性核素，又是人工放射性核素^[1-2]，其半衰期为5730 a，纯β射线辐射体，最大能量为156 keV。由于碳元素是人体、动植物体的重要组成部分，碳-14通过自然界循环很容易进入人体，整合在蛋白质、核酸等生物分子和细胞组成成分中，尤其是整合到细胞的DNA中，引起DNA损伤，进而可能引起细胞死亡或突变^[3-4]。世界卫生组织（WHO）、国际劳工组织（ILO）和联合国环境规划署（UNEP）将碳-14列为影响人体健康的8个主要放射性核素之一^[5]。在核电站运行过程中，由于中子活化反应产生大量碳-14，全世界核电站碳-14的排放量约1.0 × 10² TBq/a^[6]。碳-14作为环境影响评价中的重要核素之一^[7]，越来越受到公众关注。

目前，碳-14常用的测量方法有液体闪烁计数法（LSC）和加速器质谱法（AMS）^[8-9]。AMS测量技术灵敏度更高，但质谱仪价格昂贵，维护成本高；液闪谱仪价格较低，抗干扰性强，维护方便，在监测机构中得到广泛应用。基于液体闪烁计数法测量的样品制备方法主要有悬浮法、吸收法和苯合成法^[10-11]，其中悬浮法操作最为简单；吸收法具有更高的测量效率、更好的重现性；苯合成法具有更高的灵敏度，但制备样品过程复杂和所需真空条件苛刻。样品前处理方法主要有氧弹燃烧法和管式燃烧法^[12-13]。现行标准《生物样品中¹⁴C的分析方法氧弹燃烧法》（GB/T 37865—2019）采用氧弹燃烧法预处理样品，样品在高压富氧条件下瞬间氧化燃烧，对装置的安全性能要求非常高。新发布的标准《生物中氚和碳-14的分析方法管式燃烧法》（HJ 1324—2023）利用管式燃烧法同时分析生物样品中氚和碳-14，燃烧样品量大（20～100 g），需要大量的碱液对CO₂进行吸收，不利于进一步转化测量，且燃烧耗时较长（约14 h）。实际上，利用管式燃烧法处理鱼、虾、蟹、贝、藻类等海产品时，样品量仅需3～5 g即可满足碳-14的测量要求。本研究基于管式燃烧—液体闪烁计数法测定海产品中碳-14活度浓度的方法，确定适合海产品的氧化燃烧程序，测定碳的回收率，并对方法的正确度和精密度进行验证，为海产品中碳-14的监测提供技术支撑。

1 材料与方法 1.1 主要仪器及试剂

Tricarb3170 TR/SL低本底液闪谱仪（美国PerkinElmer公司）；OTCS11/3型管式氧化燃烧装置（上海怡星机电设备有限公司）；LGJ-100F真空冷冻干燥机（北京松源华兴科技发展有限公司）；Vario EL cube元素分析仪（德国elementar公司）；TGA 2 + 热重分析仪（美国Mettler Toledo公司）；碳-14标准溶液（德国Eckert&Ziegler公司），活度浓度为100 Bq/g；中国糖碳标准物质（上海试剂一厂），碳-14放射性比活度对国际现代碳标准的比值为1.362 ± 0.002^[14]；Insta-Gel Plus闪烁液（美国PerkinElmer公司）；氯化铵、氯化钙、无水碳酸钠、氢氧化钠（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；无水葡萄糖（优级纯，天津市科密欧化学试剂有限公司）。

1.2 实验方法 1.2.1 样品采集与预处理

采集黄花鱼、海白虾、梭子蟹、蛏子、海藻5种海产品鲜样，用净水迅速洗净，擦干或控干表面水分，取可食部分（黄花鱼去鳞、去内脏后取鱼肉，海白虾取整只，梭子蟹一部分取整只、一部分取蟹肉，蛏子取软体部分，海藻去除杂物）称鲜重后放入真空冷冻干燥机进行冻干，得到的干样称重后粉碎过筛备用。

1.2.2 样品制备

取5 g冻干后的海产品样品放入管式氧化燃烧装置（见图1）内，通入氮气、氧气混合气体，当冷阱温度降至2～3℃时启动氧化燃烧程序，用250 mL 3 mol/L NaOH溶液吸收生成的二氧化碳气体。称量吸收二氧化碳气体前后的碱液吸收瓶和硅胶干燥管的质量，吸收前后的质量差即为燃烧生成二氧化碳的质量。

将吸收液转入1000 mL 烧杯中，加入氯化铵调节pH值到10～11，然后用饱和氯化钙溶液滴定，直至无白色沉淀产生为止。静置30 min后，将碳酸钙沉淀进行抽滤，分别用20 mL 去离子水和无水乙醇洗涤1次，在105℃烘箱中烘干至恒重，冷却后研磨备用。

碳-14本底样品的制备是将一定量的无水碳酸钠置于烧杯中，加入去离子水溶解后，按上述步骤进行滴定、抽滤、洗涤、烘干和研磨。碳-14标准样品的制备是将一定量的无水碳酸钠置于烧杯中，加入去离子水溶解后，加入一定量的碳-14标准溶液，再按上述步骤进行滴定、抽滤、洗涤、烘干和研磨。

1.2.3 样品测量

准确称取2 g碳酸钙粉末于20 mL液闪计数瓶中，加入4 mL去离子水和14 mL闪烁液混匀，暗化24 h后用低本底液闪谱仪测量300 min。

1.2.4 燃烧程序的设定

采用热重分析仪研究5种海产品干样在空气气氛中以2℃/min从室温升至600℃的失重情况，在失重速率较快的温度区间设计较慢的升温速率和适当的保温时间使样品充分燃烧，再根据对多个样品的测试情况给出适合海产品氧化燃烧的程序。在推荐的燃烧程序下考察5种海产品的燃烧效果，利用元素分析仪分析样品燃烧前后碳元素的质量分数，按式1）计算燃烧效率：

$ \varepsilon = \frac{{{m_1}{p_1} - {m_2}{p_2}}}{{{m_1}{p_1}}} $

(1)

式中，ε为燃烧效率，%；m₁为氧化燃烧前样品质量，g；p₁为氧化燃烧前样品中碳含量，%；m₂为氧化燃烧后样品灰质量，g；p₂为氧化燃烧后样品灰中碳含量，%。

1.2.5 回收率的测定

将10 g无水葡萄糖、3 g糖碳标准物质和5 g用元素分析仪测定碳含量的海产品干样按照推荐程序分别进行氧化燃烧，称量、计算装有氢氧化钠碱性溶液的吸收瓶和硅胶干燥管前后质量差，获得收集的二氧化碳质量，与理论生成的二氧化碳质量比较，计算装置对碳的回收率。同时，称量、计算冷阱中2个吸收瓶在燃烧无水葡萄糖前后的质量差，获得收集的水质量，与理论生成的水质量比较，计算装置对氢的回收率。

1.3 计　算

$ E = \frac{{{N_{\text{s}}} - {N_b}}}{{60D}} $

(2)

$ {A}_{C}=\frac{（{N}_{x}-{N}_{b}）\cdot {m}_{C{O}_{2}}\cdot {\omega }_{1}\cdot {M}_{干}}{60\cdot {\omega }_{2}\cdot E\cdot {m}_{CaC{O}_{3}}\cdot {Y}_{C}\cdot {m}_{1}\cdot {M}_{鲜}}\cdot 1000 $

(3)

式中，E为液闪对碳-14的探测效率；N_s为标准样品的计数率，min⁻¹；N_b为本底样品的计数率，min⁻¹；60为时间转换系数；D为标准样品中碳-14的放射性活度，Bq；A_C为海产品中碳-14的活度浓度，Bq/（kg·鲜）；N_x为待测样品的计数率，min⁻¹；$ {m}_{{\mathrm{C}\mathrm{O}}_{2}} $为燃烧后生成二氧化碳的质量，即碱液吸收瓶和硅胶干燥管在吸收二氧化碳前后的质量差，g；ω₁为二氧化碳中碳的质量分数；M_干为冻干后海产品干样的质量，g；1000为质量转换系数；ω₂为碳酸钙中碳的质量分数；$ {m_{CaC{O_3}}} $为制备碳-14待测样品时称量的碳酸钙粉末质量，g；Y_C为管式氧化燃烧装置对海产品中碳的回收率；M_鲜为冻干前海产品鲜样的质量，g。

2 结　果 2.1 氧化燃烧程序的设定

图2给出了黄花鱼、海白虾、梭子蟹、蛏子、海藻5种海产品干样的TG-DTG曲线，其中TG为测量样品的质量随温度的变化，DTG为样品的失重速率随温度的变化。推荐海产品中碳-14氧化燃烧程序见表1，在推荐程序下，不同海产品的燃烧效率见表2。图3所示为黄花鱼干样燃烧前后的对比，燃烧后灰样呈灰白色，燃烧效率为99.9%，达到了较理想的燃烧效果。

2.2 回收率的测定

在推荐的燃烧程序下，管式氧化燃烧装置对海产品干样和糖碳标准物质中碳回收率的测定结果见表3，对葡萄糖中碳和氢回收率的测定结果见表4。

2.3 方法正确度和精密度验证

实验室内和实验室间的方法正确度分别通过4家实验室对中国糖碳标准物质进行测定的相对误差和相对误差均值来表示，结果见表5。实验室内和实验室间的方法精密度分别通过4家实验室对黄花鱼样品进行测定的实验室内相对标准偏差和实验室间相对标准偏差来表示，结果见表6。

3 讨　论

从TG-DTG曲线可以看出，海产品在160～500℃热解较快，需要对其缓慢升温并在热解速率较快的160、260、460℃保温一段时间，因催化区和回收区一开始就达到很高的温度会对样品区温度产生影响，保温温度的选择应略低于热解速率最大点。同时在460℃前控制较低的氧气流速，防止样品爆燃造成燃烧不充分。在推荐燃烧程序下，管式氧化燃烧装置对大部分海产品的燃烧效率在98%以上，带壳梭子蟹的燃烧效率稍低一些，约为92.5%。文献[15]表明，脂肪、蛋白质等有机质在升温至600℃时可完全分解，而虾壳、蟹壳中的碳酸钙等无机盐在670℃以上才分解，虾壳中的有机质含量更多一些，碳酸钙对燃烧效率的影响不如蟹壳明显。碳酸钙的热解速率很慢，即使升温至900℃仍有部分未分解，因此蟹类样品氧化燃烧前建议尽量去壳。综合考虑样品处理时间和燃烧效率，推荐样品的燃烧温度最高为600℃，可使大部分海产品燃烧完全。

本研究通过称量装有氢氧化钠碱性溶液的吸收瓶和硅胶干燥管前后质量差，获得收集的二氧化碳质量，通过计算二氧化碳中碳的含量得到样品中碳含量的实验值。GB/T 37865—2019和文献[10, 16]是通过称量氧化燃烧产物收集后产生的碳酸钙质量，再通过计算碳酸钙中碳的含量得到样品中碳含量的实验值。本研究发现称量碳酸钙质量的平行性不如二氧化碳，原因是碳酸钙粉末的获得需要溶液转移、调pH、抽滤、烘干等多项操作，容易带来人为误差，导致回收率平行性不理想。HJ 1324—2023推荐的方法仅采用称量碱液吸收瓶前后的质量差计算生成二氧化碳的质量，没有考虑碱液吸收瓶水分挥发带来的质量损失，可能导致二氧化碳的计算结果偏小。除此之外，如果冷阱除水效果不好，碱液吸收瓶会吸收多余的水分而导致二氧化碳的计算结果偏大，为了排除这个影响，本研究一方面考察了燃烧葡萄糖的氢回收率，结果约95%，说明冷阱除水效果较好，另一方面燃烧葡萄糖和糖碳得到的碳回收率结果相近，糖碳是一种纯碳的标准物质，可以排除燃烧生成的水分对碳回收率的影响。因此，本研究将碱液吸收瓶和硅胶干燥管作为整体考虑吸收前后的质量差，以此来计算二氧化碳的生成量是合理的。

本研究采用元素分析仪测定几种海产品中碳元素的含量，计算管式氧化燃烧装置对二氧化碳的回收率，与燃烧葡萄糖计算得到的回收率结果相近，均在95%以上。葡萄糖价格低廉，操作简单，在实验室没有元素分析仪的情况下，推荐使用葡萄糖测定管式氧化燃烧装置的回收率。

本研究采用管式燃烧-液闪测量法测定海产品中碳-14活度浓度，推荐的氧化燃烧程序对海产品更有针对性，耗时约5.3 h，与HJ 1324—2023推荐的程序相比大大缩短了燃烧时间。4家实验室采用此方法对中国糖碳标准物质中碳-14活度浓度进行了测定，相对误差为1.03%～3.41%，相对误差均值为2.36%；对黄花鱼样品中碳-14活度浓度进行了测定，实验室内相对标准偏差为5.11%～9.35%，实验室间相对标准偏差为4.04%，表明方法的正确度和精密度满足标准要求，适用于海产品中碳-14的测定。

志谢　 核工业北京地质研究院、福建省职业病与化学中毒预防控制中心和浙江省疾病预防控制中心，在方法验证工作中给予了大力支持和帮助，特此致谢