HJ 1126-2020 水中氚的分析方法.pdf
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1、 中华人民共和国国家环境保护标准 HJ 1126-2020 水中氚的分析方法 Analysis method for tritium in water ( 发布 稿) 本电子版为发布稿。请以中国环境出版集团出版的正式标准文本为准。 2020-04-09 发布 2020-04-30 实施 生态环境 部 发布 I 目 次 前 言 . II 1 适用范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 方法原理 . 1 4 术语和定义 . 1 5 试剂和材料 . 2 6 仪器和设备 . 2 7 样品 . 3 8 分析步骤 . 3 9 结果计算与表示 . 7 10 精密度和准确度 . 9 11 质量保证和质量
2、控制 . 9 12 废物处理 . 10 附录 A 正确使用标准的说明(资料性附录) . 11 附录 B 碱式电解浓集装置 示意图 (资料性附录) . 12 附录 C SPE 电解浓集装置示意图(资料性附录) . 14 附录 D 淬灭校正曲线的制作 、 使用 及内标法概述 (资料性附录) . 15 II 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,规范水中氚的分析工作,制定本标准。 本标准规定了 水中氚的测定步骤以及应遵守的技术规定。包括试剂和材料、仪器和设备、 样品、分析步骤、结果计算与表示、精密度和准确度、质量保证和质量控制、废物处理
3、等技 术要求。 本标准对水中氚的分析方法( GB/T 12375-1990)作了修订,修订过程中主要参考 了 ASTM D4107-2008 Standard Test Method for Tritium in Drinking Water、 ISO 9698-2010 Water quality Determination of tritium activity concentration Liquid scintillation counting method、 以及日本文部科学省放射性 能 测 定 法系列 9 氚分析法等 国际标准。 水中氚的分析方法( GB/T 12375-1990)
4、首次发布于 1990年, 原 标准起草单位为中 国原子能科学研究院。本次为第一次 修订,修订的主要内容: 增加了 规范性引用文件、方法原理、 术语和定义、样品、废物处理等章节; 补充了 水样与闪烁液配比确定 , 电解浓集 装置 的标定 , 淬灭校正曲线 的制作 、 使用 与 内标法等关键技术细节 , 引入 了 固体聚合物 电解质 电解 浓 集 法 ; 补充了探测下限的计算公式; 对部分内容表述进行了 修订 。 本标准实施之日起,水中氚的分析方法( GB/T 12375-1990) 在相应的国家放射性 污染防治标准实施中停止执行 。 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 修订 。
5、 本标准 起草 单位:浙江省辐射环境监测 站( 生态环境部 辐射环境监测技术中心)。 本标准 由 生态环境 部 2020年 4月 9日批准。 本标准自 2020年 4月 30日起实施。 本标准由生态环境部负责解释。 1 水中氚的分析方法 1 适用范围 本标准规定了水中氚的分析方法。 本标准适用于地表水、地下水、饮用水和海水等环境水体中氚的分析,对于核设施液态 流出物中氚的分析,也可参照使用。 2 规范性引用文件 以下标准和规范所含条文,在本标准中被引用即构成本标准的条文,与本标准同效。凡 是不注明日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。 HJ/T 61 辐射环境监测技术 规范 3 方法原理 水
6、样中加入高锰酸钾,经常压蒸馏后,馏出液与闪烁液按一定比例混合,待测试样中氚 发射的射线能量被闪烁液中的溶剂吸收并传递给闪烁体分子,闪烁体分子退激发射的可见 光光子被液体闪烁计 数器内的光电倍增管探测,从而测得样品中氚的计数率,经本底、探测 效率校正后,得出水样中氚的活度浓度。对于部分环境水样,可采用碱式电解浓集或固体聚 合物电解质电解浓集的方法,利用 1H同位素比 3H同位素更快被电解成气体的现象,将样品 中氚浓集后进行分析和测量。 4 术语和定义 4.1 液体闪烁计数器 liquid scintillation counter 通过对辐射能量传递至液态闪烁体所产生的荧光进行计数,来检测和测量
7、被分析样品中 电离辐射强度的仪器。 4.2 电解浓集因子 electrolyte enrichment factor 本标准中所称的浓集因子,是指在电解浓集装置标定时,所使用的工作标准溶液电解浓 集后的活度浓度( Cf),除以工作标准溶液初始活度浓度( Ci)所得的商,记作 e。 4.3 优值 figure of merit 2 表征液体闪烁计数器对特定样品体系测量性能的一个定量指标,简称 FOM,由百分计 数效率 ( E100) 的平方除以以 min-1为单位 的本底 计数率( Nb)得到,即 FOM=( E100) 2 /Nb。 4.4 淬灭 quench 所有对射线能量转换为计数瓶中释放
8、出的荧光这一过程产生干扰的现象。分为化学淬灭 和颜色(光学)淬灭两种。 4.5 淬灭指示参数 quench indication parameter 指示样品淬灭水平的值,因液体闪烁计数器型号的不同,在测量结果中表示为 SQP(E) (外标谱淬灭参数) 、 tSIE(外标转换谱指数) 、 ESCR(外标道比) 、 TDCR(三双符合比) 和 SIS(样品谱指数) 等的数值。 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 纯试剂和蒸馏水。 5.1 高锰酸钾, KMnO4。 5.2 闪烁液,由闪烁体和溶剂按一定比例配制,或选用合适的商用闪烁液。 5.3 氢氧化钠, NaOH。 5
9、.4 3H标准溶液,采用有证标准物质,不确定度 3%。 5.5 本底水,氚计数率尽量低的水,通常采用与外界交换较少的深井水或冰川水。 5.6 二氧化碳,纯度 99.9%。 5.7 液氮,纯度 99.9%。 5.8 沸石或玻璃珠。 6 仪器和设备 6.1 低本底液体闪烁计数器(以下简称“液闪”),典型计数条件下,对水中氚的探测下限 2.0 Bq/L。 6.2 分析天平,感量 0.0001 g,量程大于 100 g。 6.3 玻璃圆 底烧瓶 , 500 mL。 6.4 玻璃圆底烧瓶, 1 L。 6.5 蛇形冷凝管, 250 cm。 6.6 磨口塞玻璃瓶, 250 mL。 6.7 磨口塞玻璃瓶, 5
10、00 mL。 3 6.8 容量瓶, 1 L。 6.9 计数瓶,聚乙烯、聚四氟乙烯或低钾玻 璃材质, 20 mL。 6.10 碱式电解浓集装置,参考附录 B(资料性附录)。 6.11 固体 聚合物电解质 ( Solid Polymer Electrolyte, 以下简称 SPE)电解 装置 ,参考附录 C (资料性附录)。 6.12 电导率仪, 测量范围 0 2105 S/cm,基 本误差 1%。 6.13 加液器,量取范围 010 mL, 误差 1%。 6.14 量筒, 1 L。 7 样品 7.1 水样的采集参照 HJ/T 61辐射环境监测技术规范。 7.2 使用可避免同位素交换的容器贮存水样
11、,样品采集时,水样应充满贮存容器,对于需 要电解的样品,样品量一般要求为 1 L以上;对于不需电 解的样品,样品量应大于 500 mL。 7.3 为防止化学淬灭 干扰 ,用于氚分析的样品不能酸化,样品取回实验室后,应尽快分析。 8 分析步骤 8.1 样品处理 8.1.1 取 300 mL水样,放入圆底烧瓶( 6.3)中,加入约 0.5 g高锰酸钾( 5.1),放入几粒 沸石或玻璃珠( 5.8)以防爆沸,盖好磨口玻璃塞,装好蛇形冷凝管( 6.5),开始常压蒸馏, 收集电导率 低于 10 S/cm的馏出液约 150200 mL于磨口塞玻璃瓶( 6.6)中,记作“常压蒸 馏样品”,密封保存,待用。一
12、般情况下,弃去的是前 50 mL馏出液,收集的馏出液处于中 间段。 8.1.2 对用于碱式 电解浓集的样品,放入圆底烧瓶( 6.4)中的初始水样体积为 600 mL, 弃去约 50毫升初始馏出液,将中间的 500 mL馏出液收集于磨口塞玻璃瓶( 6.7)中,弃去最 后的 50mL馏出液,密封保存,待用。 8.1.3 对用于 SPE电解浓集的样品,放入圆底烧瓶( 6.4)的初始水样体积为 600 mL,用 电导率仪( 6.12)测量馏出液电导率,收 集电导率低于 5 S/cm的馏出液约 500 mL于磨口塞 玻璃瓶( 6.7)中,密封保存,待用。 8.2 电解浓集 8.2.1 碱式电解浓集 4
13、8.2.1.1 调节碱式电解浓集装置( 图 B.1)阳极位置,使电解后剩下的浓集液体积为 1020 mL。 8.2.1.2 用量筒( 6.14)量取一定体积的馏出液( 8.1.2),倒入电解槽( 图 B.1)中,并加入 一定量的氢氧化钠( 5.3)。 8.2.1.3 将电解槽( 图 B.1)放入水槽( 图 B.1)内,开启冷却水循环装置( 图 B.1),连接 线路,接通电源,设置电解电流和冷却温度,开始电解。 8.2.1.4 电解结束后,以 1020 mL/min 的流速,向电解槽( 图 B.1)内缓慢地通入二氧化 碳( 5.6), 至 浓集液 被中和 。 8.2.1.5 真空冷凝蒸馏 对被中
14、和后的浓集液,开展真空冷凝蒸馏,步骤如下: a)把称重过的收集瓶(图 B.2)放入液氮( 5.7)中冷却 5 min 后取 出,与放在井形电 炉(图 B.3)中的电解槽(图 B.1)连接。打开收集瓶上(图 B.2)的阀门,抽真空,在 100 以内加热电解槽,冷凝蒸馏 30 min。 b)再次称重收集瓶,确定浓集液被蒸馏后的净重,待用。 8.2.2 SPE电解浓集 8.2.2.1 设置 SPE 电解浓集装置( 图 C.1)停止液位的位置,使电解后剩下的浓集液体积为 1020 mL。 8.2.2.2 用量 筒( 6.14)量取一定体积的本底水 ( 5.5) ,倒入储样瓶( 图 C.1)中,打开电
15、解开关,对 SPE 电解浓集装置( 图 C.1)进行 10 min 左右的清洗,打开浓集液出口( 图 C.1) 阀门,排出本底水 。重复以上 步骤 3 次左右,直至电解单元中残留的氚被清洗完毕。 8.2.2.3 将一定体积的馏出液( 8.1.3),倒入储样瓶( 图 C.1)内。 8.2.2.4 设置冷却单元( 图 C.1)温度为 1 2,开启冷却单元。 8.2.2.5 设置好电解电流,启动电解,电解浓集液到达停止液位后,电解自动停止,一般需 2 3 天。 8.2.2.6 关闭电解电源( 图 C.1)和冷却单元( 图 C.1)电源,打开浓集液 出口( 图 C.1)阀 门,将浓集液放入磨口塞玻璃瓶
16、( 6.6)中,待用。 8.2.2.7 重复 8.2.2.2 的清洗步骤,以备下次电解。 8.3 制备试样 8.3.1 水样与闪烁液配比确定 制备用于测量的试样之前,需要确定水样与闪烁液( 5.2)的质量体积配比( g:mL),以 20 mL 计数瓶为例,说明如下: a) 对于已知最高含水率的闪烁液( 5.2),如标签上注明“最多可以在 10 mL 闪烁液中 5 合并 10 mL 水”的商用闪烁液,可以在水样和闪烁液( 5.2)质量体积配比 10:10 以下,按 照 1:19, 2:18, 3:17, , 10:10 的配比,分别配制 10 个本底试 样和 10 个标准试样。 b) 对于未知最
17、高含水率的其它闪烁液( 5.2),则可以按照 1:19, 2:18, 3:17, , 19:1 的配比,分别配制 19 个本底试样和 19 个标准试样。 c) 按 8.5 节流程,分别测量 以上本底试样和标准试样,按 9.1.1 节公式( 1)算出探测 效率 E,并计算出相应的优值,取优值最大的质量体积配比,用作水样与相应类型闪烁液( 5.2) 的最佳配比。 d) 以下分析流程均基于上述 3 步所确定的最佳配比开展,为便于描述,将试样质量和 闪烁液( 5.2)体积分别记作 m 和 V。 8.3.2 制备本底试样 8.3.2.1 按 8.1 节 所述流程对本底水 ( 5.5) 进行常压蒸馏处理,
18、 收集与 8.1.18.1.3 节 所述流 程处于同段的本底水馏出液,作为相应的刻度用本底水样,待用。 8.3.2.2 用分析天平( 6.2)称取质量为 m 的本底水样 ( 8.3.2.1) 于计数瓶( 6.9)中,使用 加液器( 6.13) 加入体积为 V 的闪烁液( 5.2),充分振荡以使本底水样和闪烁液混合成均相, 密封保存,备用。 8.3.3 制备待测试样 8.3.3.1 对于常压蒸馏样品,用分析天平( 6.2)称取 质量为 m 的 馏出液( 8.1.1)于计数瓶 ( 6.9) 中 ;对于碱式电解浓集样品,称取 质量为 m 的经 中和 处理后的浓集液( 8.2.1.5)于 计数瓶( 6
19、.9)中;对于 SPE 电解浓集样品,称取 质量为 m 的 浓集液( 8.2.2.6)于计数瓶( 6.9) 中。 8.3.3.2 在以上计数瓶( 6.9)中, 使用加液器( 6.13) 分别加入 体积为 V 的 闪烁液( 5.2), 充分振荡以使待测水样和闪烁液混合成均相,密封保存 ,备用。 8.3.4 制备标准试样 8.3.4.1 工作标准溶液的配制 称取一定量的 3H 标准溶液( 5.4)于容量瓶( 6.8)中,用本底水样( 8.3.2.1)稀释至 1 L,作为工作标准溶液,保存待用 。 控制工作标准溶液活度浓度与待测试样尽量相当,其活 度浓度记作 Cs。 8.3.4.2 试样制备 用分析
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