3.4.7 铁-55 及镍-63（55 Fe、63 Ni）
铁、镍同属于ⅧB族，化学性质相近，同时存在于核设施的大量组件中。55Fe和63Ni是核设施腐蚀活化产物的重要组成部分。55Fe可由两个中子活化反应54Fe（n，γ）55Fe和56Fe（n，2n）55Fe生成，半衰期为2.7 a，其通过电子俘获衰变为稳定核素55Mn，并发射俄歇电子和低能X 射线（5.89 ke V，16.9%）。X 射线探测器和气体正比计数器对55Fe的测量效率极低（＜1%），且需大量的样品量才能达到其检测限，液体闪烁计数是目前测量55Fe 最方便而且灵敏的技术[6770]。63Ni通过中子俘获反应62Ni（n，γ）63Ni和63Cu（n，p）63Ni生成。63Ni是较长半衰期（t1/2=100 a）的低能（Emax=66.95 ke V）纯β放射性核素，液体闪烁计数对63Ni的测量效率可达70%。环境中的55Fe和63Ni主要来自核设施放射性废液的排放以及核武器试验和核事故泄露。
样品基质（溶液）中铁的分离通常采用Fe（OH）3和Fe（OH）2沉淀法。由于55Fe的衰变能量极低，干扰核素对其测量的影响很大，因此测量前需对样品进行分离纯化。大多数过渡金属元素可与碱溶液中的Fe（OH）3共沉淀，其中60Co、63Ni、54Mn、152Eu和154Eu是55Fe测量中最主要的干扰核素，需要进行化学分离。
目前环境样品中55Fe的分离纯化技术主要采用溶剂萃取法、萃取色层法及阴离子交换树脂分离法。由于乙酸乙酯、异丁基酮和异丙基乙醚中铁的分配系数较高，因此它们是常用的55Fe萃取溶剂[68，69]。但溶剂萃取对铁的分离特异性不强，对其干扰核素的去污效果并不理想。萃取色层法也已广泛应用于铁的分离，TRU 树脂、螯合树脂和色层硅胶均已用于分离铁以测定55Fe[28，70]。
由于萃取色层分离效率高但吸附容量低，对于含铁量高的样品（如土壤、沉积物和钢样品）的分离效果不佳。阴离子交换树脂对铁的分离效率高、交换容量大，如AGMP-1树脂对铁的交换容量可以达到15 mg/g。高浓度HCl溶液中FeCl4-在阴离子树脂上具有很强的吸附能力，因此可以使用强碱性阴离子交换树脂将55Fe与一些主要的干扰核素（如60Co、63Ni、152/154Eu和65Zn）完全分离。其他的干扰元素（包括碱金属和碱土金属）也不会与氯化物形成阴离子络合物，可以同时去除。氢氧化物沉淀与阴离子交换分离相结合，已经应用于不同环境样品中55Fe的分离测定。
液闪计数测量时，Fe3+自身明显的黄色可以引起强烈的颜色猝灭，并显著降低55Fe的计数效率，在高浓度铁溶液中55Fe的计数效率可能低至＜10%。对此，可以加入H3PO4以获得无色溶液，降低颜色猝灭的影响。对于＜10 mg的Fe载体量，处理后的样品计数效率可提升至40%以上；对于200 mg的Fe载体，计数效率也可达15%[70]。Guerin等[71]使用Hidex 300 SL液闪仪，得到了TDCR 值与55Fe计数效率之间的幂函数经验公式，可用于准确校正颜色猝灭效应。
环境样品中63Ni的分离和纯化方法大多基于以下步骤：（1）利用Fe（OH）3共沉淀干扰核素，镍保留在上清液中；（2）用乙醇-DMG（丁二酮肟）溶液沉淀镍，在碱性溶液中DMG 与镍生成不溶的Ni-DMG 络合物，对镍有很高的选择性；（3）利用阴离子交换树脂柱吸附含氯配合物以除去HCl溶液中大部分的活化产物，此时镍会通过树脂柱，在流出液和淋洗液中被完全收集。通过上述步骤的处理，结合溶剂萃取、离子交换或萃取色层等其他纯化步骤，仔细优化和控制实验条件即可获得满意的回收率和去污效果。Song等[72]建立了环境样品中63Ni和55Fe的联合分析流程（图3-11），并使 用TDCR 液闪仪测量了核电厂废物水泥固化体浸出液中63Ni和55Fe的活度，该流程对铁镍的回收率分别可达75%和90%，检测限可以达到1 Bq/L。
图3-11 环境样品中63Ni和55Fe联合分析流程
除放射性计数测量技术外，还可以使用AMS测定63Ni[73]，其检测限（0.12～45 mBq）显著优于液闪计数测量。无论使用哪种测量技术，样品前期的化学分离和纯化都是必要的。