当核与辐射事件突发时，若放射性核素对环境造成污染[1-2]，进而可能对人们的健康产生不利影响，这时首先应该考虑到其对食品和饮用水的污染。这是因为食品和饮用水与我们生活息息相关，而这些放射性核素不仅本身可能具有毒性，其放射性也会对机体造成损伤且能够在体内的蓄积造成潜在的危害，例如远期的致癌效应[3-7]。为了将食品和饮用水的放射性风险控制在可接受的范围内，核与辐射事件的应急样品检测必须具有较强的时效性，需要在最短的时间内得到相对准确的结果，需要在一定样品量的情况下，进行时间和探测灵敏度的代价利益分析。
本实验旨在比较采用2 L马林杯样品盒在同一γ能谱仪上进行测量时，不同测量时间食品和水中放射性核素的探测限，并探究之间的关系，与IAEA推荐的操作干预水平(OIL)以及WHO推荐的饮用水水质标准中放射性核素指导水平相比较[7-9]，以便为应对核与辐射突发事件提供参考。
1 材料与方法 1.1 样品及其制备实验所用样品均为当地市场采集，以饮用水、牛奶和菠菜作为代表探究了放射性测量时测量时间与探测限的关系。饮用水为生活必需品，饮用量大; 牛奶在中国消费量不断增长[10]，已经成为膳食重要组成部分且对一些放射性核素具有指示剂作用; 菠菜对大气中沉降的放射性物质有着很强的吸附能力和浓集能力[11]。故选取上述三种物质作为测量样品。
1.1.1 牛奶和水的样品制备采用普通市售瓶装饮用水和袋装纯牛奶，分别装入样品盒中，装满，称重，密封，计算净重并贴上相应标签。
1.1.2 菠菜的样品制备采用市售普通新鲜菠菜，去除其不可食用部分，将余下的菠菜粉碎，装入样品盒，均匀填满，密封，计算净重并贴上标签。
1.2 样品盒本实验所用样品盒为无色透明圆柱型马林杯，容积为2 L，材料为聚丙烯(Polypropylene)塑料。其规格如图 1所示[12]。
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图 1 2 L马林杯规格尺寸 注:直径101. 4 mm ×直径76. 8 mm，加盖高度: 162. 3 mm |
将样品装满样品盒，所需样品质量分别为:饮用水1.9595kg，鲜牛奶2.0130kg和新鲜菠菜1.6652kg。
1.4 测量方法本实验室现有的GC3018型(CANBERRA®公司)低本底HPGeγ谱仪(相对效率为30%，能量分辨率为1.8 keV)，测量前已进行过能量刻度和效率刻度，其中效率刻度采用LabSOCS®(Laboratory Sourceless Calibration Software)无源效率刻度软件进行无源效率刻度，得出马林杯样品中待分析核素的探测效率。使用该高纯锗γ谱仪分别对装有纯净水、鲜牛奶和新鲜菠菜粉末的2 L容积马林杯样品进行测量，测量活时间分别为7200 s(2 h)、144 00 s (4 h)、28 800 s(8 h)、43 200 s (12 h)、86 400 s (24 h)和259 200 s(72 h)各一次。将得到的样品谱应用谱分析软件Genie 2000(Version 3.0)进行分析，算出探测限。测量方法均来源于相关国家标准和规范[13-16]。
1.5 质量控制本实验室为辐射防护与核应急中国疾病预防控制中心重点实验室，所用γ谱仪曾多次参加过国际、国内放射性测量比对[17]，结果良好，且定期由中国计量科学研究院检定，GC3018型低本底HPGeγ谱仪鉴定证书编号为Dyhd 2013-1137，检定结果表明，仪器对检定源活度的测量值与标准值的偏差为2.6%，相应分辨率等指标均合格。
2 结果使用GC 3018低本底HPGe γ能谱仪分别对上述三个样品进行检测，算出探测限(置信度95%)，所得不同时间探测限值均小于相关标准的限值，具体结果见表 1、表 2和表 3。
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表 1 马林杯(2 L)水的探测限 |
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表 2 马林杯(2 L)鲜牛奶的探测限 |
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表 3 马林杯(2 L)菠菜的探测限 |
当核与辐射事件突发时，应急样品的检测结果需要在保证准确性的基础上尽快得出，以保证较高的时效性。而使用传统的方法测量单个样品所需时间较长，其中预处理时间需要7天左右[12]，不能很好的满足时效性需求。为了节省测量所需时间，本实验测量的牛奶和菠菜均为新鲜样品，所需预处理时间较短，同时采用马林杯作为样本盒以增加样本质量，提高测量的准确性。测量结果表明三种核素的探测限值均随测量时间的增加而下降，但其降低的速度随测量时间的增长而逐渐减小，具体变化趋势如图 2所示。
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图 2 水、牛奶和菠菜介质中131I、137Cs和134Cs时间-探测限变化趋势图 |
根据图 2中所示变化趋势，应用相关软件进行回归分析，得到饮用水、牛奶和菠菜三种马林杯样品中131I、137Cs和134Cs三种核素的探测限与测量时间的关系，可参照拟合公式(1)进行计算:
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(1) |
公式(1)中LLD为马林杯样品的探测下限(Bq/kg); T为样品测量活时间(h); a、b均为拟合参数，具体数值见表 4。
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表 4 水、牛奶和菠菜介质中131I、137Cs和134Cs时间-探测限曲线拟合参数 |
对于131I、137Cs和134Cs这三种核素，IAEA推荐的OIL6水平与WHO饮用水水质放射性核素指导水平相比，IAEA推荐的OIL6水平中的核素规定值来说相对较高。而我们测量的探测限值应该小于上述两个推荐水平，因此我们可以依据WHO饮用水水质放射性核素指导水平，采用公式(1)推算出要达到WHO规定标准值的十分之一(1 Bq/kg)到百分之一(0.1 Bq/kg)范围内的探测限所需的测量时间，如表 5所示。
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表 5 达到目标探测限所需测量时间估算值 |
从表 5中不难发现，测量饮用水、牛奶和菠菜这三种样品时同一种核素要达到同一探测限值所需的测量时间是不同的，其中，新鲜菠菜样品所需的测量时间明显高于饮用水和牛奶样品。因此，在测量菠菜样品时，可以适当延长测量活时间，以得到更低的探测限值。
4 结论所得到的探测限均可满足WHO水质指导水平和IAEA应急情况下OIL6的相关要求。当使用同一γ能谱仪对相同马林杯环境样品进行检测时，在一定范围内延长测量活时间，可以有效降低其探测限，故在时间许可的条件下，尽量采用较长的探测时间可以增强检测能力，提高样品的检出率。但由于探测限值降低的速度随测量时间的增长而逐渐减小，对于本实验中三种样品中的131I、137Cs和134Cs三种核素，测量结果若要达到IAEA推荐的OIL6水平和WHO饮用水水质放射性核素指导水平的十分之一只需要大约0.5小时，而要想达到上述两个标准的百分之一水平则需要1 ~ 2天。因此，在应急情况下，可结合本实验的结果进行代价利益分析，选择与可探测到的最低活度匹配的最佳测量活时间，从而满足应急需求，保护公众健康，为政府应急决策提供强有力的技术支持。
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