3.4.3　氚（3　H）

氚（3H）是纯低能β放射性核素，半衰期为12.32年，最大β能量为18.6 ke V。环境中的3H 主要有3 个来源：^[1]大气上层宇宙射线生成的中子轰击氮原子，发生14N（n，3H）12C核反应生成；②20世纪大气核武器试验（特别是热核试验）释放；③核燃料循环过程中3H 的排放。自1963年《部分禁止核试验条约》①实施以来，全球环境中的3H的活度水平已经大幅下降[43]。总体来说，核燃料循环中3H 的排放量与环境已有水平相比贡献十分有限，仅对核设施周边可能产生局部的影响。环境放射性监测和水文示踪研究是环境样品中3H 测量的主要需求。

在环境放射性监测中，特别是在核电站周边的环境监测中，需要监测3H 活度浓度的环境介质包括水、空气和生物样品，在某些场合有时也需要监测土壤样品。在环境放射性监测中，3H 的（活度浓度）监测一般仅考虑氚化水（HTO）形态的3H。

由于水样中的HTO 很容易与大气中的H2O 发生交换，氚分析样品应在采样后立即密封于密闭容器（优选玻璃或高密度塑料）中。对于无法立即处理的生物样品和一些含水且具有生物活性的样品（如污泥和淤泥），可采用冷冻保存。为了尽可能避免样品与空气中的冷凝水及水蒸气发生交换，冷冻样品在使用前应完全解冻，并确保容器外部干燥。样品暴露于大气时有可能造成污染，需要采取措施予以避免。

环境水样中的3H 测量通常有三种样品制备方法（包括直接加入法、电解富集法和苯合成法），制样后与闪烁液混合，进行液体闪烁计数测量。制样方法的选择取决于所分析样品的类型和样品中的氚活度。

无论采用何种制样方法，生物和土壤样品都需要氚提取及分离步骤。在电解富集和苯合成法分析之前，水样需要纯化（蒸馏是常规方法）。如果水样相对较纯（无色且含盐量低），则可以采用直接加入法制样。生物样品中的3H 可能以游离氚水（FWT）和结合氚（BT）形态存在。样品中的游离氚水可通过冷冻干燥并收集蒸发的水分与样品分离。对于结合氚的分析，可将样品干燥（冷冻干燥或在60～80℃下低温烘箱干燥），然后燃烧并收集水分，并根据需要进行纯化，进而添加闪烁液进行液闪计数测量。

电解富集法利用电解的选择性来富集3H[44]。由于HTO 分子键能稍高，不像H2O或HDO 那样易于分解形成H2（HD）和O2。水样蒸馏后加入Na2O 使其呈微碱性，并置于电解槽中。在恒定电流下（如10 A）电解水样，将样品减少至初始体积的1%～5%，同位素分馏后的剩余水样中可浓缩超过90%的氚；然后通过蒸馏或减压蒸馏纯化浓缩样品，以去除其中的NaOH，再加入闪烁液进行液闪计数测量。测量时间取决于电解池大小及处理水样的体积，该过程通常需要5～10天才能完成。因此，包含20～40个电解槽的多电解池设计方案非常普遍。在电解过程中，电解池中水样的温度需要冷却至低温（2～4℃），以减少由于蒸发而造成的水样丢失。现代电解浓缩系统通常包括样品的温度控制（2～4℃）系统和电解过程的电子调节装置。

苯合成制样方法是从水样中合成高纯度苯，然后加入闪烁液进行液闪计数测量[45]。在抽真空的反应器中，将水样加入碳化钙中以生成乙炔（C2H2），然后在铬或钒催化剂的催化作用下，使乙炔环聚合成高纯苯，之后进行液闪计数测量。每个真空反应器设备每天可以处理一个样品，生成8～15 m L高纯苯。尽管苯合成制样方法可用于测量更大体积的样品而且能够避免水样的猝灭影响，但由于苯中的氢/氚含量（＜8%）与水相比（11%）没有改善的途径，这一方法只比直接加入法的检测灵敏度略有提升。由于氚的检测限并没有显著改善，苯合成法并不常用。

低活度水平环境样品中的氚测量往往需要对样品进行提取及纯化。所采用的提取、纯化技术包括：①过滤，以去除水样中的悬浮颗粒；②蒸馏（普通或减压蒸馏），以纯化不易挥发的物质（如高盐量）；③离子交换，利用专门用于氚分析的混床离子交换柱，可去除某些特定水样（如雨水、湖水）中高含量的着色有机物等；④活性炭吸附，常用于去除可溶性有机物质；⑤冷冻干燥，以提取用于氚分析的纯水；⑥共沸蒸馏，通过收集水与特定有机液体（如甲苯、苯和环己烷）的共沸馏出物，从各种环境生物样品介质（如蜂蜜、牛奶、植物、土壤、鱼等）中提取氚进行液闪计数测量[46]；⑦燃烧，通过在氧气流中的高温燃烧，将生物样品中的有机结合氚（OBT）和土壤及沉积物颗粒晶体中的强结合氚转化为水蒸气，再冷凝收集后进行液闪计数测量[47]。