自1991年以来, 贫铀(depleted uranium, DU)武器广泛用于战争中, 造成参战军人和平民伤亡。在诊断贫铀损伤时, 常需进行尿液、血液等生物样本的放射化学分析, 以便分析铀含量。同时, 贫铀武器的广泛使用, 造成战区环境大面积污染, 也需要对环境样本如水样、土壤、植物等进行放化分析。此外, 从天然铀的开采到浓缩铀的形成, 核工业很多部门都需要了解生产过程中铀浓度的多少。准确测量铀含量, 在军事和民用部门都应用较广。我国目前应用较多的测铀方法有固体荧光分析法、激光荧光分析法、感应耦合等离子质谱分析法(inductively coupled plasma mass spectrom etry, ICP-MS)等^[1-3]。这些方法在样品的预处理方面有一定相似之处, 但也存在一定的差别。在实际操作中, 对人员和环境的影响也不一样。我们曾进行了两千余例生物样本铀含量的测量, 这些样本既包括液态生物样品, 又包括固态生物样品; 使用的方法既有激光荧光分析法, 也有ICP-MS。根据我们的实际操作经验, 总结出一些样品预处理方面的改进措施1。

1 激光荧光分析法

激光荧光分析法灰化处理样品时, 其大致过程如下:按文献[1]的方法加以改进。

1.1 样品的预处理

尿液样本用湿灰化法处理, 即取5ml尿样, 加入2ml16M HNO₃, 电炉上140℃加热蒸干; 再加入2ml H₂O₂, 加热, 一般约经过10余次循环后, 样品变成白色松散灰状。

血液及固体组织用干、湿灰化相结合的方法处理。取血液样本约3ml, 在电炉上炭化至不冒烟; 将肾等固体组织称重后, 剪成小块, 平铺于烧瓶底, 在电炉上炭化。将炭化后的样品放入马弗炉中, 450~500℃加热6~8h, 至样品成白色或灰白色, 冷却至室温。再加入HNO₃和H₂O₂进行湿灰化, 过程同上。

1.2 分析试液的制备

向预处理过的样品中加入2g过硫酸铵, 5ml蒸馏水, 加热, 直至气泡冒尽。加入蒸馏水溶解, 用NaOH和HNO₃调节pH值至3~4, 10ml容量瓶中定容。

1.3 激光时间分辨发光分析仪测定铀含量

在进行待测样本的检测前, 首先要绘制标准曲线。其结果的计算必须以标准曲线为基础, 计算繁琐^[4]。

2 激光荧光法测定铀的不足之处

我们在对近千例生物样本的检测中发现, 用激光荧光分析法灰化处理样本, 操作程序复杂, 且因大量使用化学试剂加热, 对环境和人员带来一定的危害。

2.1 对血液样品的处理

对血液样品, 可用全血, 也可取血清。若取全血, 直接湿灰化常发生明火外喷现象, 使大量的含铀颗粒被带走, 导致了实验结果不准确。

2.2 固态组织样品的处理 2.2.1 较大的脏器的处理过程复杂, 程序繁琐

肝、肾、肺、肌肉等, 仅按传统要求的450℃, 4~5h灰化, 效果欠佳, 灰化不完全。经摸索, 一般灰化需要500℃, 8h则可灰化完全, 灰化后用水溶解, 过滤, 去掉固体杂质, 使溶液呈无色透明状态, 再加HNO₃、H₂O₂、过硫酸铵等进行加热处理。这样的灰化处理过程复杂, 程序繁琐。

2.2.2 肺脏样品的灰化易发生爆裂

在预处理过程中, 肺脏样品在加H₂O₂脱色时, 易发生爆裂现象, 常使烧杯烧瓶炸裂, 发出响声。

2.2.3 骨骼样品易出现白色沉淀

骨骼等含钙量多, 样品试液加入荧光增强剂后易出现白色沉淀而呈浑浊状态, 上机测量时, 白色沉淀会影响吸光值, 只有对样品试液进行稀释, 直至加入荧光增强剂后不出现白色沉淀。

若用市售普通微波炉直接进行样品的预处理, 操作过程中使用大量的酸和氧化剂会严重腐蚀微波炉壁, 损坏微波炉, 所以不可用普通微波炉直接加热。

3 微波消解处理法

ICP-MS因仪器价格昂贵, 样本测试费用高, 在实验室研究中一般有几百甚至上千例样本需要检测, 这样所付出的经济成本较大。激光荧光分析法、固体荧光分析法等分析铀、钍, 前期对样本的处理程序复杂, 常需反复数次加硝酸、过氧化氢、过硫酸铵, 甚至高氯酸, 对实验室造成设备腐蚀, 工作场所空气酸化, 操作人员皮肤破坏。

现在各实验室常用微波消解仪, 而一台微波消解仪的价格在10~30万元左右。若利用微波消解仪进行样本的灰化处理, 可大大缩短灰化过程。为此, 作者将微波消解仪用于样品的灰化, 做了近千例生物样本的铀含量测定。下面根据我们的实践经验, 阐述一下如何将微波消解仪用于放化分析。

3.1 对肾脏等脏器的预处理 3.1.1 称量

将组织器官剪取大约0.1g左右, 称量M₁。

3.1.2 消解

向微波消解罐中加入浓硝酸3ml, 密闭后开始消解。微波消解仪(Mars, 美国CEM公司)消解生物样本, 消解参数举例, 见表 1和表 2。

降温停机后, 打开消解罐。将消解液转移至四氟乙烯小坩埚中, 放入多用预处理加热仪(XT-9800型, 上海新拓微波溶样测试技术公司)中, 180℃加热, 使之缓慢蒸发浓缩成一小滴。冷却, 加入去离子水, 转入PET瓶内, 使其重量为10g左右, 记录PET瓶内液体质量M₂(M₂/M₁即为稀释倍数)。

3.2 液体样本的处理

对尿液和血液(血清)等液体样本, 可以不经微波消解。取0.5~1ml液体样本, 放入四氟乙烯小坩埚中, 加1ml硝酸, 多用预处理加热仪中180℃加热, 使液体缓慢挥发成一小滴。后续操作程序与固体样本的处理相同。

3.3 铀含量的测定

采用微量测铀仪(北京核工业第三研究院生产)测定铀含量, 取5ml样品试液加入石英皿中。将石英皿放入样品暗室中测量, 测得荧光读数F₀。取出石英皿, 向内加入0.5 ml铀荧光增强剂(北京核工业第三研究院生产), 用玻璃棒搅匀, 测得读数F₁。再取出石英皿, 用微量注射器向内加入微量已知高浓度(10×10⁶g/ml)的标准铀溶液, 搅匀, 测得读数F₂。

式中:U:样品铀含量(×10^-9g/ml)a:所加高浓度标准铀溶液的体积(ml)b:加入的样品体积(ml)K:标准铀溶液的浓度(ng/ml)。

将得到的U值乘以(M₂/M₁), 即得样本中的铀含量。

结果表明, 使用微波消解仪可大大简化对样本的灰化处理程序, 所加化学试剂如硝酸的量也明显减少, 且可不再加入过氧化氢、过硫酸铵等化学试剂, 减少了对人员和环境的危害。

总之, 将微波消解仪用于放化分析, 成本较低, 方法简化, 消耗的化学试剂减少, 既减轻了成本, 又减轻了对环境和人员的危害, 应是较好的预处理样本方法。在实践过程中, 只要用心, 就能逐步改进实验操作方法, 使方法进一步简化完善。