氚是一种低能纯β放射性核素，其最大能量18.6 keV，平均能量5.7 keV，半衰期为12.43a^[1]。氚作为氢的同位素，其化学反应特性、干燥剂吸附等大部分属性与氢相同，不同之处主要在于其放射特性。空气中的氚化水蒸气是环境中氚存在的主要形式^[2]，它能通过呼吸和皮肤渗透进入人体，并以自由水氚和有机氚的形式存在于体内，进而对组织器官产生内照射，危害巨大，因此越来越受到政府监管部门和公众的关注。

空气中氚的采样方法分为主动采样法与被动采样法，通常采样多只采集空气中的氚化水蒸气，其中主动采样法的鼓泡、冷凝、干燥剂吸附和冷冻等方法是氚化水蒸气采样较常用的方法^[3]。国内辐射环境监测机构主要采用冷凝法收集空气中的水蒸气，该方法采样速率快、操作方便，广泛应用于核电厂监督性监测及辐射环境质量监测中。然而，在低温干燥的北方，环境空气中的水分含量很低，冷凝采样难以采集到满足监测要求的氚化水液体样品。因此，建立一种适合北方冬季低温干燥环境的空气中氚化水蒸气的采样方法，对更好的完成核电厂监督性监测及辐射环境质量监测意义重大。

1 材料和方法 1.1 原理

分子筛主成分为SiO₂和Al₂O₃，是一种由四面体框架结构组成的硅铝酸盐微孔晶体，其孔径均一、表面积极高，可吸附分子直径小于孔径的物质。一般对极性分子(如H₂O、CO、NH₃)吸附力较强，从而使极性分子更易留在孔中。3A分子筛孔径为3Å(1A=10^-10 m)，化学组成为：K₂O、N₂O、Al₂O₃、SiO₂，可吸附水，不吸附二氧化碳、氨分子等更大的分子。该方法用空气泵主动抽取一定体积空气，经装有3A分子筛的吸收瓶，收集空气中的水蒸气，实现空气中氚化水蒸气的采集。

1.2 材料

3A分子筛：粒径约3mm; 氚标准溶液：(11.43±0.39)Bq/g，国防科技工业电离辐射一级计量站；高纯氮气：纯度≥99.999%；干燥剂吸附采样装置：吸收瓶内径100 mm，高120 mm；累计流量计：≥100 m³；流量调节阀：流速1.0~5.0 L/min可调。

1.3 方法步骤

用天平称取一定量3A分子筛于坩埚中，在马弗炉内500℃灼烧干燥6 h。然后取出分子筛置于干燥器中冷却至室温，后将其装入两个1.0 L吸收瓶内密封待用。根据空气中氚化水蒸气采样装置示意图 1连接采样装置。

将采样装置安装在距地面1.5 m处，启动空气泵，调节流量调节阀，开始采样。采集一定体积后依次关闭空气泵、流量调节阀，记录累积流量V₀，取下吸收瓶并密封待用。采样过程中出现采样速率明显下降时，需更换空气过滤器中的滤膜。

1.4 方法技术参数测试

该采样方法技术参数的优化与测定使用的标准氚化水蒸气由自制模拟低温氚化水蒸气制备装置制备，如图 2。向图 2中的鼓泡器内加入标准氚化水，组装低温气体制备装置。启动装有冷冻循环液(水与酒精的混合液)的冷冻循环装置制冷，保持冷凝水温度约0 ℃。打开高纯氮气气源，高纯氮气经蛇形冷凝管降温后进入鼓泡器内鼓泡载带标准氚化水，模拟制备低温标准氚化水蒸气，模拟低温空气用于采样方法的验证。①向每个吸收瓶中各装入约750g 3A分子筛，用采样装置采集模拟制备的低温标准氚化水蒸气至第二个吸收瓶质量有明显变化，称量第一个吸收瓶前后重量变化，确认该方法采样装置内的3A分子筛饱和吸水能力。②调节采样装置流量调节阀，调节流速分别为1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 L/min采集样品。测试不同采样速率下的采样效率变化。③依次用氚标准溶液、蒸馏水分别鼓泡采样，用液闪谱仪测试采集溶液比活度，以两次测试结果比值的倒数为该采样方法的氚记忆效应。④在长春、济南等北方城市冬季低温环境下分别测试典型-15℃、-10℃、-5℃、0℃、5℃环境条件下的采样效果，测试方法在低温(-15℃~5℃)环境下的适用性。

2 结果 2.1 吸水能力测试结果

该采样方法中，干燥3A分子筛吸水率测量范围为17.5%~18.8%，平均值为18.3%。因此1.5kg左右干燥3A分子筛足以吸附60 g氚化水蒸气样品，吸附能力满足后处理和测量要求。见表 1。

2.2 不同采样速率的采样效率测试结果

该方法采样速率为1.0、2.0、3.0 L/min时采集效率大于99%，采样速率为4.0、5.0 L/min时采集效率约90%，采集效率明显降低，因此，为保证较高的采集效率，确认该方法应保持采样速率≤3.0 L/min。见表 2。

2.3 记忆效应测试结果

3A分析筛经500℃条件下灼烧6 h再生等步骤处理后，氚残留比例测试结果约3.0%。见表 3。

2.4 低温适用性测试结果

该方法在-15℃~5℃范围内能采集到空气中的水蒸气，且采样效率与实验室效率测试值无显著差异。见表 4。

3 结论

该采样方法1.5 kg 3A分子筛可以吸附足够量的用于测试的液态水，采样速率在1.0~3.0 L/min时采样效率＞99%，0.5 Bq/ml活度浓度量级的氚化水蒸气样品方法记忆效应约3%，可以实现冬季低温环境下空气中氚化水蒸气样品的采集。

该方法样品采集速率较低，采样周期长(一般大于2周)，如何提高采样速率值得进一步研究。