水體核汙染，如何檢測？

背景

2021年4月13日，日本政府正式決定，計劃從2023年開始，福島第一核電站核汙水經過濾並稀釋後將（jiāng）排入大海，國際原子能機（jī）構（gòu）（IAEA）調查團分別於2022年2月和11月兩次（cì）赴日調查（chá）排海問題。

我們感（gǎn）興趣的放射性物質（zhì）是什麽?

以下列出（chū）了一些（xiē）值得關注的主要物種及其各自的半衰期。半衰期是指一半同位素衰變並趨於穩定所需的時間。

部分放射性核素及其半衰期，改編自(Buesseler Science 2020)。

氚：氫的一種同位素，是水中豐富的放射性核素，其濃度至少比其他放射性核素（sù）高3-4個數量級。然而，多核素去除設備（ALPS）無（wú）法有效地去除氚，因為氚本身就是水分子的一部分。盡管無法有效地從水（shuǐ）中去除氚，但是不用擔心，因（yīn）為氚是一種低能的貝塔輻射核素，這（zhè）個輻射水平的氚被廣泛認為是安全的(Buesseler Science 2020)。

銫：除氚外（wài），銫是含量僅次於氚的汙染物。銫也特別值得關注，因為它極易溶（róng）於水，而且很容易在地表水和地下水中轉移。此外，半衰期的（de）長度（dù）也是一個問題。銫同時發射貝塔和伽馬射線，攝入銫對人體有害。銫（sè）的生物分布傾向（xiàng）於肌（jī）肉等組織。這（zhè）些（xiē）組織隨（suí）後會受到高能伽馬輻射(CDC)的損害。

鍶：與銫類似，鍶很難從水中去除（chú），而（ér）且（qiě）半衰期同樣長（zhǎng）。與其他放射性核素不同，鍶很難通過ALPS去除。鍶是也是一種發（fā）射射線的物（wù）質。攝入後，鍶傾向於（yú）在骨骼中沉積，增加骨腫瘤形成的可能性(Uesugi, M.; et. al.; Talanta 2018)。

如何檢測？

這些放射性核素的測試方法已被（bèi）廣泛發展和接受（shòu）。ALPS除去的62種放射性核素的清單中（zhōng）包（bāo）含了貝塔和伽馬輻射的混合物。水樣中的伽馬輻（fú）射濃度可（kě）以用伽馬射線能譜法測量，而伽馬輻（fú）射通常用液體閃爍法測量。

樣品製備的問題如何解決？

在（zài）樣品製備方麵，氚是一種（zhǒng）特殊的情況，它很難從水中（zhōng）分離（lí）出來進行測量，但（dàn）已經存在足（zú）夠高的濃度，可以直接從水（shuǐ）樣中（zhōng）測量。其他放射（shè）性核素通常需要提取和濃縮步驟 測量的放射性物質（zhì）。

Empore^TM是一（yī）個有30年曆史的固相萃取(SPE)耗材品牌（pái），由美國CDS Analytical公司(Oxford, Pennsylvania, USA)生產。其中，Empore^TM RAD係列產品專門用於選擇性地提（tí）取放射性的銫和鍶。Empore^TM RAD 固相萃取膜片使用（yòng）分子識（shí）別技術選擇（zé）性提取和富集（jí）放射性（xìng）物質（zhì），如銫和鍶。

實例一：

在這種方（fāng）法（fǎ）中，首（shǒu）先使用Empore^TMRAD膜片從水樣中選擇性地提取鍶-90，然後采用液體閃爍分析儀法進行檢測。Empore^TM萃（cuì）取盤的使用是此檢測方法的關鍵，此檢測方法更快速、精度高和重現性好。此方法的檢（jiǎn）測過程和結果，如下圖所示（shì）。(Uesugi, M.; et. al.; Talanta 2018)。

使用Empore輻射（shè）SPE盤(左圖)提取鍶的過（guò）程，以（yǐ）及測（cè）量的鍶的回收率和放射性(右圖)。

實例二：

在本方法中，科學家采用Empore^TM RAD鍶固相（xiàng）萃取膜片，從水樣中選擇性地提取 ¹³⁴鍶和（hé） ¹³⁷銫，然後使用伽馬（mǎ）射線能譜法測量。下圖中的結果顯示了一個孤立的湖泊在4年的時間裏銫放射（shè）性（xìng）的衰敗。研究人員認為，銫同位（wèi）素可以通過湖底轉移到福島核電站周圍的其他地區。利用這些方法，科學家們正在證明通（tōng）過（guò）地下水係統跟蹤放射化學物質運動的可能性(Hirayama, Y.; et. al.; J. Environ. Radioact. 2020)。