²¹⁰Po半衰期138.4 d，纯α放射性核素，α射线能量5.3MeV，为极毒性放射性核素^[1-2]。²¹⁰Po核素备受人们关注的原因之一是其可能对人体造成的放射性危害。联合国原子辐射效应科学委员会(United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, UN-SCEAR)报告指出，天然放射性核素所致的内照射剂量约7%是核素 ²¹⁰Po贡献的^[3]。烟草植株通过根部吸收以及烟叶直接沉积的方式对 ²¹⁰Po核素具有选择性富集，其中烟叶直接沉积是烟草富集该核素的主要方式^[4-5]。烟草产地、制备工艺以及使用磷肥情况等是导致不同烟草中 ²¹⁰Po的含量差异的主要原因^[6]。有文献报道，只用300 ℃的温度处理生物样品，就会有超过90%的 ²¹⁰Po由于挥发而损失掉^[2]。烟草燃烧过程中，中心温度可以达到600-800 ℃，烟草中大部分的 ²¹⁰Po会因为挥发转移到主流烟雾中，当烟雾进入人体的呼吸系统后，²¹⁰Po会在支气管以及肺部沉积对人体造成持续的内照射^[7-8]。²¹⁰Po所致的内照射剂量被认为是引起肺癌的原因之一^[9-10]。在吸烟过程中，²¹⁰Po会分布在烟灰、滤嘴以及可吸入烟雾中。其中烟灰以及滤嘴中的 ²¹⁰Po不会被人体摄入，可吸入烟雾中部分 ²¹⁰Po会沉积在人体内。研究吸烟过程中，²¹⁰Po在烟灰、滤嘴以及可吸入烟雾中的分布情况对估算吸烟人群摄入核素 ²¹⁰Po的量具有重要的现实意义。

国内外很少有关于吸烟过程中 ²¹⁰Po在香烟不同部分的分布情况的文献。本文基于吸烟过程中 ²¹⁰Po总量恒定的这一原理，运用α能谱法分别测量烟丝、滤嘴以及烟灰中 ²¹⁰Po的含量。滤嘴以及烟灰中 ²¹⁰Po滞留量与烟丝中 ²¹⁰Po含量的比值即可得到 ²¹⁰Po在滤嘴以及烟灰中的分布情况，其余的 ²¹⁰Po则转移到了燃烧烟雾中。

根据从市场上购买的香烟价格高低将香烟分为低档、中档以及高档三种类型。选择7种受大众喜爱的香烟品牌，每种品牌的香烟购买完全相同的两包，一包用于测量烟丝以及空白滤嘴中 ²¹⁰Po的含量，每种品牌每支香烟中烟丝的质量约0.55g。另一包香烟抽完之后，测量烟灰以及用后滤嘴中 ²¹⁰Po的浓度。

钝化离子注入平面硅探测器(Passivated Implanted Planar Silicon, PIPS)使用美国堪培拉公司(Canberra) 8路PIPS-7200型α谱仪测量系统，探测效率13%-25%，能量分辨率优于18 keV。赛多利斯公司生产的感量为0.1mg的BT224S型电子天平，白塔金昌实验仪器厂生产的SY-2型沙浴锅，ZNCL-S-5D多点智能磁力搅拌器。

使用的试剂有浓硝酸(14mol·L^-1)、浓盐酸(12mol·L^-1)、盐酸(0.5 mol·L^-1)、高氯酸、过氧化氢溶液(30%)、抗坏血酸、盐酸羟胺溶液(25%)、乙醇(≥95%)等。除特殊说明外所使用的试剂均为分析纯，水为去离子水。²⁰⁹Po标准源溶液，其量值可以追溯到美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology, NIST)。

本次需要测量的样品包括烟丝、烟灰、空白滤嘴以及用后的滤嘴。其中烟丝在烘箱中(80 ℃)放置24h，烘干后研磨均匀、用天平称取1g左右（约两支）的烟丝进行湿法消解。正常吸烟过程中，收集4支烟草所产生的烟灰进行湿法消解。每种品牌的香烟取4只空白滤嘴以及4支用后滤嘴进行湿法消解。采用两次消解的方式，提高了湿法消解效果，减小了用酸量。湿法消解程序及制源步骤如下：

1) 将样品放入烧杯中，先后加入0.2mL ²⁰⁹Po标液、10mL浓硝酸并放置过夜。

2) 第二天将烧杯放在140 ℃的电热板上加热30min，冷却10min，待样品稍冷后加入3mL过氧化氢溶液并放在100 ℃的电热板上加热10min。

3) 待样品冷却30min后，过滤，保留滤液。将滤渣转移到原来装样品的烧杯中，加入10mL的浓硝酸静置3h。

4) 重复步骤2)，待样品冷却30min后，过滤，合并两次得到的滤液。将装有滤液的烧杯放在110℃的沙浴锅中蒸发至近干，加入1mL的高氯酸，在110 ℃的沙浴锅中蒸发至没有白烟冒出。

5) 加入2mL的浓盐酸，在110 ℃的沙浴锅中蒸发至近干，并重复一次。

6) 加入50mL 0.5 mol·L^-1的盐酸、3滴盐酸羟胺溶液、2g抗坏血酸，轻轻振荡3min。

7) 将银片一面喷上红色油漆，另一面在砂纸上磨光，去离子水冲洗干净。光面朝上放在烧杯中的支架上，放入一个搅拌磁子并将烧杯放在磁力搅拌器上，温度控制在95 ℃自沉积2.5h。

8) 取出银片，用去离子水冲洗，无水乙醇中浸泡30 min，去离子水冲洗，银片放入培养皿中，自沉积表面朝下，贴上标签后，在120 ℃烘箱中干燥2 h，冷却后将银片放在α谱仪上测量48h。

样品中 ²¹⁰Po的计算公式为：

式中：C_Po-210表示样品中 ²¹⁰Po的比活度，Bq·g^-1；A_Po-209表示示踪剂²⁰⁹Po的添加量，Bq；N_Po-210、N_Po-209分别表示测量得到的 ²¹⁰Po、²⁰⁹Po的峰面积；m表示样品的质量，g。

如表 1所示，其中品牌A、B为低档香烟；C、D、E为中档香烟；F、G为高档香烟。表 1给出了7种品牌香烟的焦油含量、烟碱量、CO量以及本实验测定的烟丝中 ²¹⁰Po的含量。

表 1

表 1 烟丝中 210Po的含量 Table 1 Activity concentration of 210Po in cigarette tobacco. 样品名称 Brand 焦油 Nicotine / mg 烟碱 Tar / mg Co / mg 210Po / mBq·g -1 每支香烟 210Po含量 210Po in each cigarette / mBq A 10 0.8 12 28.82 (5.03%) 18.97 (5.03%) B 8 0.8 10 28.13 (6.22%) 14.39 (6.22%) C 5 0.4 6 36.77 (5.57%) 20.33 (5.57%) D 10 1.0 11 37.29 (6.86%) 20.86 (6.86%) E 8 0.8 9 41.49 (6.31%) 21.38 (6.31%) F 11 1.2 11 47.78 (5.92%) 27.91 (5.92%) G 11 1.0 11 35.92 (6.62%) 21.53 (6.62%) 注：括号内为测量结果的不确定度，k=2 Note: The uncertainty of measurement results in brackets, k=2.

表 1 烟丝中 210Po的含量 Table 1 Activity concentration of 210Po in cigarette tobacco.

结果表明，香烟烟丝中 ²¹⁰Po的比活度范围是(28.13±1.75)-(47.78±2.83) mBq·g^-1，均值为36.60mBq·g^-1；根据记录的7种品牌每支香烟烟丝的质量(g)，7种品牌香烟每支香烟中 ²¹⁰Po的比活度范围是每支(14.39±0.90)-(27.91±1.65) mBq，均值为每支20.77mBq。值得关注的是：低档品牌香烟烟丝中 ²¹⁰Po的含量要比中档品牌、高档品牌香烟烟丝中 ²¹⁰Po的含量略低。这可能是由于低档香烟中含有较多的烟叶梗，而烟草梗部位的 ²¹⁰Po含量相对较低^[11]。

吸烟过程中，烟草燃烧中心的温度可以达到600-800 ℃，大部分 ²¹⁰Po会挥发进入主流烟气中，但由于部分烟丝燃烧不完全，会有部分 ²¹⁰Po滞留在烟灰中。为评估滞留在烟灰中 ²¹⁰Po的份额，正常抽烟收集烟灰并通过湿法消解方式测量了7种品牌香烟烟灰中 ²¹⁰Po的含量。结果如表 2所示，给出了7种品牌香烟烟灰中 ²¹⁰Po的含量、每支香烟烟灰 ²¹⁰Po含量与每支香烟烟丝中 ²¹⁰Po含量的比值。滞留在烟灰中 ²¹⁰Po比例是9.80%—15.90%，均值为13.24%。

表 2

表 2 烟灰中 210Po的含量 Table 2 Activity concentration of 210Po in cigarette ash. 样品名称 Brand 每支香烟烟灰中 210Po的含量 210Po in each cigarette ash / mBq 每支香烟烟灰 210Po含量/烟丝 210Po含量 210Po in each cigarette ash/ 210Po in tobacco / % A 3.00 (8.67%) 15.90 B 1.41 (9.92%) 9.80 C 2.57 (9.73%) 12.64 D 2.72 (13.24%) 13.04 E 2.62 (7.63%) 12.25 F 3.89 (7.46%) 13.94 G 3.26 (9.20%) 15.14 注：括号内为测量结果的不确定度，k=2 Note: The uncertainty of measurement results in brackets, k=2.

表 2 烟灰中 210Po的含量 Table 2 Activity concentration of 210Po in cigarette ash.

现在卷烟技术中滤嘴的使用可以有效截留主流烟气中的焦油、烟碱及其他多种有害成分^[12]。为了评估滤嘴对放射性核素的截留效率，通过湿法消解程序测量了7种品牌香烟的空白滤嘴以及用后滤嘴中的 ²¹⁰Po含量，两者的差值即为滤嘴中 ²¹⁰Po的滞留量。结果如表 3所示，给出了空白滤嘴、用后滤嘴中 ²¹⁰Po的含量。滤嘴滞留量的范围是每支2.17-3.43mBq。每支滤嘴中 ²¹⁰Po的滞留量与每支烟丝中 ²¹⁰Po的含量的比值即为 ²¹⁰Po滞留在滤嘴中的比例，范围为10.50%-21.74%，均值为14.39%。

表 3

表 3 滤嘴中 210Po的含量 Table 3 Activity concentration of 210Po in cigarette filter. 样品名称 Brand 每支空白滤嘴 Each cigarette filter / mBq 每支用后滤嘴 Each cigarette post-smoking filter / mBq 每支滤嘴滞留量 Each cigarette filter / mBq 每支滤嘴 210Po滞留量/烟丝 210Po含量 Each cigarette filter/ 210Po in tobacco / % A 0.18 (33.3%) 2.82 (12.1%) 2.64 13.91 B 0.11 (45.5%) 2.28 (9.6%) 2.17 15.08 C 0.23 (30.4%) 4.65 (10.5%) 4.42 21.74 D 0.48 (31.3%) 2.67 (8.6%) 2.19 10.50 E 0.18 (32.2%) 3.16 (8.5%) 2.98 13.94 F 0.27 (23.0%） 3.70 (7.6%) 3.43 12.29 G 0.20 (31.0%) 3.05 (8.2%) 2.85 13.24 注：括号内为测量结果的不确定度，k=2 Note: The uncertainty of measurement results in brackets, k=2.

表 3 滤嘴中 210Po的含量 Table 3 Activity concentration of 210Po in cigarette filter.

直接测量燃烧烟雾中 ²¹⁰Po的含量很困难。可基于 ²¹⁰Po总量恒定这一原理，间接测量燃烧烟雾中 ²¹⁰Po的含量。每支香烟烟丝中 ²¹⁰Po的含量减去烟灰以及滞留在滤嘴中的份额，即为燃烧烟雾中 ²¹⁰Po的含量。结果如表 4所示，转移到燃烧烟雾中 ²¹⁰Po的份额范围是65.62%-76.46%，平均72.37%的 ²¹⁰Po会转移到燃烧烟雾中。

表 4

表 4 燃烧烟雾中 210Po的含量 Table 4 Activity concentration of 210Po in smoke. 样品名称 Brand 每支烟雾中 210Po含量 210Po in each cigarette smoke / mBq 每支烟雾 210Po含量/烟丝 210Po含量 210Po in each cigarette smoke/ 210Po in tobacco / % A 13.33 70.19 B 10.81 75.12 C 13.34 65.62 D 15.95 76.46 E 15.78 73.81 F 20.59 73.77 G 15.42 71.62

表 4 燃烧烟雾中 210Po的含量 Table 4 Activity concentration of 210Po in smoke.

通过湿法消解方式测量了7种品牌香烟烟丝、烟灰、滤嘴 ²¹⁰Po的含量。7种香烟品牌烟丝中Po含量的范围为每支14.4-27.9mBq。通过测量对比7种品牌香烟烟丝的 ²¹⁰Po含量，结果表明，低档品牌香烟烟丝中 ²¹⁰Po的含量要比中、高档品牌香烟烟丝中 ²¹⁰Po的含量略低。7种香烟品牌烟灰中 ²¹⁰Po的含量范围为每支1.41-3.89mBq，7种香烟品牌滤嘴中 ²¹⁰Po滞留量的范围为每支2.17-4.42mBq。

基于 ²¹⁰Po总量恒定这一原理，可得到吸烟过程中 ²¹⁰Po的分布情况。结果表明，在吸烟过程中，烟丝中高达72.37%的 ²¹⁰Po将转移到燃烧烟雾中。本文为精确估算吸烟者由于摄入 ²¹⁰Po所致的有效剂量提供了可靠的数据。