HJ 1324-2023 生物中氚和碳-14 的分析方法 管式燃烧法.pdf

中华人民共和国国家生态环境标准HJ 13242023生物中氚和碳-14 的分析方法管式燃烧法Determination of tritium and carbon-14 in biological samplesTube furnace oxidation combustion method本电子版为正式标准文本，由生态环境部环境标准研究所审校排版。2023-12-05 发布2024-01-01 实施生态环境部发 布HJ 13242023i目次前言.ii1适用范围.12规范性引用文件.13术语和定义.14方法原理.25试剂和材料.26仪器和设备.37样品.38分析步骤.39结果计算与表示.710准确度.911质量控制.1012废物处理.11附录 A（资料性附录）探测下限、测量时间和不确定度.12附录 B（资料性附录）生物样品氧化燃烧的温度设定.14HJ 13242023ii前言为贯彻中华人民共和国环境保护法中华人民共和国放射性污染防治法和中华人民共和国核安全法，规范生物中氚和碳-14 的分析工作，制定本标准。本标准规定了生物中组织自由水氚、有机结合氚和碳-14 的分析和测量。本标准的附录 A 和附录 B 为资料性附录。本标准为首次发布。本标准由生态环境部核设施安全监管司、法规与标准司组织制订。本标准起草单位：江苏省核与辐射安全监督管理中心。本标准验证单位：山东省核与辐射安全监测中心、四川省辐射环境管理监测中心站、连云港辐射环境监测管理站、江苏核电有限公司、辽宁省核与辐射监测中心、国家海洋局北海环境监测中心、山东核电有限公司、江苏省疾病预防控制中心、苏州热工研究院有限公司。本标准生态环境部 2023 年 12 月 5 日批准。本标准自 2024 年 1 月 1 日起实施。本标准由生态环境部解释。HJ 132420231生物中氚和碳-14 的分析方法管式燃烧法警告：本标准应用到甲苯、含有机成分的闪烁液，具有一定的毒性，建议做好个人防护，在通风橱内操作。1适用范围本标准规定了管式燃烧法测定生物中组织自由水氚、有机结合氚和碳-14 的分析方法。本标准适用于动物、植物中组织自由水氚、有机结合氚和碳-14 的测定。探测下限取决于生物样品类别、测量仪器的探测效率、本底计数率、测量时间等。典型条件下，组织自由水氚探测下限可达 2.0 Bq/L 或 1.0 Bq/（kg鲜），有机结合氚探测下限可达 2.0 Bq/L 或0.5 Bq/（kg鲜），碳-14 探测下限可达 0.1 Bq/（g碳）。具体内容参见附录 A.1。2规范性引用文件本标准引用了下列文件或其中的条款。凡是注明日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。凡是未注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。GB 8999电离辐射监测质量保证通用要求GB 14883.2食品中放射性物质氢-3 的测定GB/T 10259液体闪烁计数器GB/T 37865生物样品中14C 的分析方法 氧弹燃烧法HJ 61辐射环境监测技术规范HJ 1126水中氚的分析方法3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3.1管式燃烧法tube furnace oxidation combustion method生物样品置于管式氧化燃烧装置内，通入氧气或氧-氩、氧-氮混合气体，在催化剂作用下，样品被加热催化燃烧，氢和碳被完全氧化成水和二氧化碳，用冷凝法收集水蒸气，用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳气体。3.2组织自由水氚tissue free water tritium（TFWT）生物体内不与其他组织分子相结合的游离态水中的氚通常称为组织自由水氚。3.3有机结合氚organically bound tritium（OBT）生物体内蛋白质、多糖、磷脂等大分子中以氢键形式存在的氚通常称为有机结合氚。HJ 1324202324方法原理组织自由水氚（TFWT）的分析：新鲜生物样品经真空冷冻后，存在于组织、细胞和细胞间隙中的游离态水升华后结冰，成为自由水。水经纯化后，与闪烁液混匀，用液体闪烁计数器测定样品中氚的放射性活度浓度。有机结合氚（OBT）和碳-14 的分析：冻干或烘干后的生物样品，置于管式氧化燃烧装置内通氧燃烧，氢和碳被氧化成水和二氧化碳。水经冷凝收集，纯化后与闪烁液混匀，用液体闪烁计数器测定有机结合氚的放射性活度浓度；二氧化碳经氢氧化钠溶液吸收，制成碳酸钙沉淀，采用悬浮法或吸收法，与闪烁液混匀，用液体闪烁计数器测定碳-14 的活度浓度。5试剂和材料除非另有说明，分析时均使用符合国家标准的分析纯化学试剂，实验用水为新制备的去离子水或蒸馏水。5.1高锰酸钾（KMnO4），纯度99.0%。5.2氧化铜粉（CuO），纯度99.0%。5.3无水碳酸钠（Na2CO3），纯度99.0%。5.4过硫酸钾（K2S2O8），纯度99.0%。5.5氢氧化钠（NaOH），纯度99.5%。5.6氢氧化钠溶液，2 mol/L4 mol/L。注：氢氧化钠溶液随配随用，或由放置 1 个月以上的饱和氢氧化钠溶液稀释。5.7过氧化钠（Na2O2），纯度99.0%。5.8氯化铵（NH4Cl），纯度99.5%。5.9氯化钙（CaCl2），纯度99.5%。5.10饱和氯化钙溶液。称量 74 g 氯化钙（5.9），溶于 100 g 去离子水中。5.11葡萄糖（C6H12O6），纯度99.9%。5.12无水乙醇（C2H5OH），纯度98.0%。5.13闪烁液，光谱纯，市售。5.14甲苯-TritonX-100 乳化闪烁液。0.4%2，5-二苯基恶唑（PPO）和 0.03%1，4-双-5-苯基恶唑基-2-苯（POPOP），溶于甲苯溶液，与乳化剂乙二醇聚氧乙稀异辛基酚醚（Triton X-100）的体积比为 2.5:1。配置后，常温避光保存，有效期两年。注：亦可购买市售的具有相同效果的闪烁液。5.15氚标准溶液，活度浓度推荐 0.5 Bq/g10.0 Bq/g，须经国内外权威机构认定或计量检定机构检定/校准，并持有相应的活度浓度证明。5.16碳-14 标准溶液，含14C 的碳酸钠溶液，活度浓度推荐 1.0 Bq/g10.0 Bq/g，须经国内外权威机构认定或计量检定机构检定/校准，并持有相应的活度浓度证明。注：亦可直接使用 Ca14CO3标准物质。5.17氚本底水，氚计数率尽量低的水，如活度浓度小于 0.1 Bq/L，或与外界交换较少的深层地下水。5.18氧化燃烧用气体，氧气或氧-氩、氧-氮混合气体（配比为 1:1），纯度不小于 99.9%。HJ 1324202336仪器和设备6.1液体闪烁计数器，仪器的性能指标应满足 GB/T 10259 中级的要求。6.2生物样品真空冷冻装置，冷阱温度不高于-50-30。6.3生物样品水分仪，可读性水分含量为 0.01%，重复性为 0.10%（2.0 g 样品）。6.4生物样品电动粉碎机，粉碎细度 70 目300 目。6.5氧化燃烧装置，温度可达 1000。6.6分析天平，分度值分别不超过 0.1 mg 和 1.0 mg。6.7蒸馏烧瓶（含冷凝管），100 ml、500 ml。6.8电导率仪，测量范围 0.01 S/cm20 S/cm，基本误差1%。6.9棕色磨口玻璃瓶。6.10计数瓶，聚乙烯、聚四氟乙烯或低钾玻璃，20 ml。6.11烘箱，控温范围 5 300，波动度1。6.12其它一般实验室常用仪器和设备。7样品7.1生物样品的采集按 HJ 61 的相关规定执行。7.2用清洁干布擦去表面水分及杂物，立即称量。7.3若生物样品不能及时处理，应注意保鲜。8分析步骤8.1样品处理8.1.1组织自由水氚样品处理8.1.1.1真空冷冻取适量鲜样，切碎混匀，装入生物样品真空冷冻装置（6.2）内，真空冷冻至样品恒重。分别收集冻干的生物样品干样和冻出的液态水。8.1.1.2组织自由水样品的纯化量取 50 ml300 ml 液态水样品（8.1.1.1）装入蒸馏烧瓶（6.7）中，按每升样品 1.0 g 的比例加入高锰酸钾（5.1），接入蛇形冷凝管，常压蒸馏。弃去前 10 ml 馏出液，用电导率仪（6.8）测量馏出液电导率，用棕色磨口玻璃瓶（6.9）收集电导率低于 10 S/cm 的中间部分馏出液。密封保存，备用。8.1.1.3生物样品含水率的测定取 5.00 g15.00 g 混匀的生物样品鲜样，放入生物样品水分仪（6.3）样品盘内，均匀摊开，测量自由水占生物样品鲜样的质量分数，即为生物样品的含水率。也可以将生物样品鲜样（记为 mF）置于烘箱内，于 105 5 下烘干至恒重（记为 mD），计算生物样品的含水率。HJ 1324202348.1.2有机结合氚样品和碳-14 样品处理8.1.2.1样品预处理经烘箱 105 5 下烘干或真空冷冻后的生物样品干样（8.1.1.1），用生物样品电动粉碎机（6.4）磨粉后备用。8.1.2.2氧化燃烧装置的准备将铜丝装入氧化燃烧装置（6.5）的高温催化区（图 1-c）。取两个已干燥过的水分吸收瓶，称重，记为 m1，置冷阱中于 2 3 冷却。分别量取 500 ml 氢氧化钠溶液（5.6）置于两个碱液吸收瓶内，称重，记为 m2，按图 1 将氧化燃烧装置各部件连接起来。8.1.2.3氧化燃烧根据不同氧化燃烧装置的实际装载样品量，称取 20.0 g100.0 g 粉末状生物样品干样（8.1.2.1），装入样品燃烧舟内，表面平铺一层氧化铜粉（5.2），置于氧化燃烧装置的高温氧化区（图 1-b）内。关闭高温氧化区阀门，打开气路阀门，通入氧化燃烧用气体（5.18），气体流速控制在 0.5 L/min0.7 L/min。通气一段时间，赶净燃烧管内空气，同时检查设备气密性；打开高温催化区（图 1-c）开关，温度设定在 700，启动升温。当高温催化区温度达到 700 时，铜丝被氧化成具有催化作用的氧化铜。打开高温氧化区开关，温度设定在 105 200（具体温度宜通过实验确定）。当有水分流入水分吸收瓶内时，保持这个温度，直到水分流出速度变慢时再缓慢升温，并仔细观察通气情况，避免碱液吸收瓶内的气泡大量溢出；当高温氧化区温度达到 700 时，继续保持 1 h 左右，停止通气前及时断开连接吸收瓶的气路或等温度下降后再停止通气。典型生物样品氧化燃烧温度设定可参考附录 B。注 1：除了选用氧化铜做催化剂外，还可以选择钯、铂等贵金属催化剂。注 2：如果单独测量生物中碳-14 的活度浓度，可根据样品实际含碳量，称取少量（如 2.0 g5.0 g）生物样品，按照氧化燃烧升温程序收集二氧化碳气体，提高样品分析速度。8.1.2.4氧化燃烧产物的收集水分通过冷阱收集于水分吸收瓶内，供有机结合氚分析测定，二氧化碳气体通过氢氧化钠溶液吸收，供碳-14 分析测定。氢氧化钠碱液吸收瓶与冷阱之间连接缓冲瓶，防止氢氧化钠溶液产生倒吸。图 1生物中有机结合氚和碳-14 氧化燃烧装置示意图HJ 1324202358.1.2.5有机结合水样品的纯化称量冷凝吸收后的水分吸收瓶质量，记为 m3。冷凝水中加入少量的过氧化钠（5.7），调节溶液的pH 值至 67 左右，转入蒸馏烧瓶内（6.7），加入 0.1 g 高锰酸钾（5.1），常压蒸馏，收集馏出液。若冷凝水不澄清，先加入 1.0 g3.0 g 过硫酸钾（5.4），加热氧化回流 2 h，再加入 0.1 g 高锰酸钾（5.1）。若加入高锰酸钾后，溶液褪色，则再加 2 g 左右过硫酸钾（5.4）重复氧化回流，直至加入高锰酸钾后溶液不褪色。常压蒸馏，收集馏出液，备用。8.1.2.6氧化燃烧装置回收率的测定准确称取 20.0 g100.0 g 分析纯葡萄糖粉末（5.11），按照 8.1.2.38.1.2.4 步骤，收集氧化燃烧产物，通过称量水分吸收瓶以及氢氧化钠碱液吸收瓶前后质量差，获得收集的水分和二氧化碳质量，与理论生成量比较，计算装置对水分和二氧化碳的回收率。注：采用元素分析仪测定生物样品中氢和碳元素的含量，计算装置对水和二氧化碳的化学回收率，可进一步提高方法的准确度。8.2制备试样8.2.1制备氚测量