核污水放射性同位素ICP-MS分析，你必须知道的难点……

2023-09-01 18:46:50, 珀金埃尔默珀金埃尔默企业管理（上海）有限公司

当地时间24日，核污染水排放量为183立方米，2023年度预计排放约3.12万吨核污染水，相当于16个标准泳池。未来日本核污染水排海至少要持续30年。东京电力公司数据显示，福岛第一核电站核污染水中包含63种放射性物质，例如碳-14、碘-129等，其中很多放射性核素尚无有效处理技术，这些核素也可能对人体产生危害。

（内容摘录自《央视新闻》）

PerkinElmer DRC ICP-MS测定环境中放射性同位素Sr-90

PerkinElmer NexION系列电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）

核污水排放对环境影响最大的同位素之一锶-90(⁹⁰Sr)，半衰期为29年，当生物体摄入⁹⁰Sr时，该元素在骨骼中积累并持续产生β辐射，对生物体产生危害。

利用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）进行分析存在巨大的挑战：

⁹⁰Sr与锆（Zr）主要同位素的质量数相同（51.45%高丰度），会造成质谱干扰；

Zr在正常环境样品例如土壤中的含量比⁹⁰Sr高约十二个数量级（Zr含量在ppm级，Sr含量在sub-ppq级）。

上述反应表明，⁹⁰Sr⁺不能与氧气发生反应，而Zr⁺和Y⁺均可与氧气快速反应，这说明氧气可以将干扰物⁹⁰Zr⁺和⁹⁰Y⁺从⁹⁰Sr⁺中有效消除。

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从福岛核电站西北10到20公里处所取三个土壤样品的分析结果，同时采用常规方法和DRC-ICP-MS进行⁹⁰Sr测定。两种方法的结果在95%的置信水平上显示一致。

通过动态反应池技术有效解决了土壤中高含量Zr对Sr的干扰。

与传统分析方法相比，DRC-ICP-MS将分析时间从14天缩短为14分钟。

这对于在核泄漏事故发生后进行大量样品监测工作至关重要，以确保人员健康与环境安全。

PerkinElmer DRC ICP-MS测定核污水中放射性同位素I-129^[1]

碘-129的半衰期是1570万年，低能辐射(β−: 40.03 keV， γ: 39.578 keV)和低比活度使得伽马光谱和液体闪烁计数测定碘-129具有挑战性^[2]。

ICP-MS分析¹²⁹I的难度在于，仪器运行的氩气中的杂质¹²⁹Xe对¹²⁹I的质谱干扰。

通过动态反应池消除¹²⁹Xe对¹²⁹I干扰过程

核污水稀释剂	1%TMAH和6%2-丙醇
DRC模式下O₂气体流速	6mL/min
RPq值	0.6
清洗时间	60s

PerkinElmer NexION系列 ICP-MS测定汉福德基地废液罐中¹²⁹I分析条件

通过PerkinElmer NexION ICP-MS对汉福德基地废液罐进行检测，得到放射性同位素¹²⁹I测定结果。

样品	珀金埃尔默 NexION ICP-MS¹²⁹I测试值
汉福德废液罐241-AP-107	23±1 μg/mL

✔ 通过动态反应池技术有效解决ICP-MS测定时¹²⁹Xe对¹²⁹I的质谱干扰

综上所述：本文所述ICP-MS测试核污水中的放射性同位素的主要困难在于存在质谱干扰，这种同量异位素的质谱干扰无法标准模式和KED模式消除，需用氧气等活性气体在反应池里进行“化学分辨”。

PerkinElmer NexION系列ICP-MS均具备化学分辨能力，通过通用池独有的动态带宽调谐技术（DBT），配合轴向场技术（AFT）可以有效控制反应池内的反应进程，在消除同量异位素干扰的同时，控制副反应对结果的影响。

轴向加速四极杆通用池

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参考文献

[1] Kirsten A. Adams, Samuel S. Morrison, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry[2020]， Direct quantification of iodine in nuclear wastes using DRC‑ICP‑MS

[2] Baum EM, Ernesti MC, Knox HD, Miller TR, Watson Watson AM (2010) Nuclides and isotopes: chart of the nuclides, 17th edn.Knolls Atomic Power Lab, Ballston Spa

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