水体核污染，如何检测？

背景

2021年4月13日，日本政府正式决定，计划从2023年开始，福岛第一核电站核污水经过滤并稀释后将排入大海，国际原子能机构（IAEA）调查团分别于2022年2月和11月两次赴日调查排海问题。

我们感兴趣的放射性物质是什么?

以下列出了一些值得关注的主要物种及其各自的半衰期。半衰期是指一半同位素衰变并趋于稳定所需的时间。

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

氚：氢的一种同位素，是水中最丰富的放射性核素，其浓度至少比其他放射性核素高3-4个数量级。然而，多核素去除设备（ALPS）无法有效地去除氚，因为氚本身就是水分子的一部分。尽管无法有效地从水中去除氚，但是不用担心，因为氚是一种低能的贝塔辐射核素，这个辐射水平的氚被广泛认为是安全的(Buesseler Science 2020)。

铯：除氚外，铯是含量仅次于氚的污染物。铯也特别值得关注，因为它极易溶于水，而且很容易在地表水和地下水中转移。此外，半衰期的长度也是一个问题。铯同时发射贝塔和伽马射线，摄入铯对人体有害。铯的生物分布倾向于肌肉等组织。这些组织随后会受到高能伽马辐射(CDC)的损害。

锶：与铯类似，锶很难从水中去除，而且半衰期同样长。与其他放射性核素不同，锶很难通过ALPS去除。锶是也是一种发射射线的物质。摄入后，锶倾向于在骨骼中沉积，增加骨肿瘤形成的可能性(Uesugi, M.; et. al.; Talanta 2018)。

如何检测？

这些放射性核素的测试方法已被广泛发展和接受。ALPS除去的62种放射性核素的清单中包含了贝塔和伽马辐射的混合物。水样中的伽马辐射浓度可以用伽马射线能谱法测量，而伽马辐射通常用液体闪烁法测量。

样品制备的问题如何解决？

在样品制备方面，氚是一种特殊的情况，它很难从水中分离出来进行测量，但已经存在足够高的浓度，可以直接从水样中测量。其他放射性核素通常需要提取和浓缩步骤 测量的放射性物质。

Empore^TM是一个有30年历史的固相萃取(SPE)耗材品牌，由美国CDS Analytical公司(Oxford, Pennsylvania, USA)生产。其中，Empore^TM RAD系列产品专门用于选择性地提取放射性的铯和锶。Empore^TM RAD 固相萃取膜片使用分子识别技术选择性提取和富集放射性物质，如铯和锶。

实例一：

在这种方法中，首先使用Empore^TMRAD膜片从水样中选择性地提取锶-90，然后采用液体闪烁分析仪法进行检测。Empore^TM萃取盘的使用是此检测方法的关键，此检测方法更快速、精度高和重现性好。此方法的检测过程和结果，如下图所示。(Uesugi, M.; et. al.; Talanta 2018)。

使用Empore辐射SPE盘(左图)提取锶的过程，以及测量的锶的回收率和放射性(右图)。

实例二：

在本方法中，科学家采用Empore^TM RAD锶固相萃取膜片，从水样中选择性地提取 ¹³⁴锶和 ¹³⁷铯，然后使用伽马射线能谱法测量。下图中的结果显示了一个孤立的湖泊在4年的时间里铯放射性的衰败。研究人员认为，铯同位素可以通过湖底转移到福岛核电站周围的其他地区。利用这些方法，科学家们正在证明通过地下水系统跟踪放射化学物质运动的可能性(Hirayama, Y.; et. al.; J. Environ. Radioact. 2020)。