环境中有机氚前处理方法研究

环境中有机氚前处理方法研究
作者：夏正海
来源：《科技视界》2015年第15期
【摘要】本文对有机氚测量的前处理方法进行了研究，通过对有机氚氧化燃烧过程中氧气含量及升温过程进行的一系列实验发现，氧气流量在50～100ml/min的范围内，碳化阶段1℃/min的升温速率，青菜和油菜籽样品均能完全氧化。

燃烧回收率达到80%左右，且燃烧水样经过调节pH及蒸馏处理后，pH达到中性（6～8），电导率在20～60μs/cm，测量过程中淬灭指数在670～700。

【关键词】有机氚；氧化；燃烧；升温速率；回收率
0 前言
氚是氢的一种同位素，具有β放射性。

目前环境中有机氚的监测工作仅见于国外报导，国内只有少数单位开始了实验研究，各单位对方法条件的实施也处于调试阶段，在实验的质量控制方面还存在很大的未知因素。

本着研究和实际工作的需要，尝试建立相对完善的试验标准。

1 有机氚的介绍
氚是氢的一种放射性同位素，与氢的化学性质在很多方面都很相似，氚能以气体、氚化水、有机物等各种形式存在于大气、水溶液、动植物体内。

氚能通过饮食及呼吸的途径进入人体，对人体带来危害。

在实际工作中，接触的主要形态是氚化水（HTO，DTO，T2O）和氚化氢气体（HT，DT，T2）。

已知氧化氚的吸入危害是气态氚的2.5倍，它还能透过皮肤吸收进入人体内，因此，必须对氧化氚给予足够的重视。

2 有机氚制备方法的研究
以满足各类环境生物样品有机氚的测量为出发点，研究期望如下：
（1）必须安全、稳定、可靠；
（2）单次制取样品能够满足测量环境生物中有机氚的测量；
（3）能够适用于多种环境生物样品中有机氚样品的制取。

2.1 方法的确立及目标
方法选择：生物有机氚样品的预处理方法有湿法氧化和燃烧氧化法。

湿法氧化普遍存在氧化不完全，氧化效率低的问题；而燃烧氧化法具有氧化彻底和氧化效率高的特点。

选择青菜、油菜籽生物样品作为研究对象，建立相应的有机氚监测方法。

实验条件的选择：主要对控制因素载气和升温条件进行了研究，确定合适预处理条件。

回收率的确定：通过测量样品中氢元素的含量确定回收率，以氢元素的回收率表征氚的回收率。

拟解决的问题：
对监测方法进行试验、评估，明确方法条件的科学可行性；
采用混合载气和控制升温速率相结合的方法，对实验条件参数进行优化；
该方法的试验内容主要包括方法条件实验、方法回收率实验、方法稳定性实验。

下面就本实验过程中出现的部分问题、原因以及解决方法做详细的描述：
（1）产水流失
异常描述：收集端出现漏气。

原因：气路连接出现轻微偏差，在试验过程中，随着压力的增加，导致偏差加大，使产水流失。

解决方法：在气路连接处涂抹真空硅脂，增加气路的气密性。

（2）产水测量异常
异常描述：产水经过处理，制成待测样后，样品呈乳白色浑浊状。

原因：实验过程中的爆燃产生杂质。

解决方法：产水处理后，测量样品pH和电导率，确保参数在液闪测量的正常范围。

通过实验，氧气浓度过高，燃烧速率过快，反应不稳定；氧气浓度太低，样品燃烧不完全。

氧气流量在50～100ml/min的范围内，以1℃/min的升温速率，样品均能完全氧化。

考虑到以后样品的多样性以及实验的安全性，确定选择燃烧区氧气流量为50ml/min，氮气
100ml/min。

在0.5℃/min的条件下进行试验，试验结果如下图：
从图1中可以看到，随着反应的进行，实际升温速率大于设置升温速率，出现了温差，这种趋势逐渐加大，实际升温速率接近1℃/min，说明样品由于燃烧放热，使炉内温度大约以1℃/min的速率升高；再往后温差逐渐减小。

说明要使样品进一步燃烧，需缓慢升高炉内温度。

因此，从试验的效率以及安全性出发，在反应开始阶段选择1℃/min的升温速率。

300℃后，升温速率太快，样品燃烧速率加快，当温度超过4℃/min时，青菜样品会出现轻微爆燃现象；而油菜籽样品，当升温过2℃/min时，反应速率过快，产水中会收集到黑色颗粒。

从试验的效率以及安全性综合考虑，青菜和油菜籽的燃烧条件分别选择：
青菜：以1℃升温至300℃，保温半小时，再以4℃升温至700℃，保温2小时。

载气条件：O2/N2=80：100ml/min。

油菜籽：以1℃升温至300℃，保温半小时，再以1℃升温至700℃，保温2小时。

载气条件：O2/N2=60：100ml/min
2.2 方法的稳健度
在样品预处理过程中，影响因素主要为回收率和测量误差。

引起回收率偏差的主要因素为催化剂老化而降低了催化效率；测量误差主要来源与样品本身，如酸度、杂质等，会引起淬灭现象。

2.3 方法的回收率
在样品量为30g～40g的范围内，选取不同的样品量进行试验，对试验产水量和样品理论产水量建立如下模型：
3 结论
本文通过方法研究，对生物OBT前处理方法的具体参数进行优化实验，在实验温度曲线，载气流配比及燃烧时间等参数上调整，在样品成功获得率的前提下，顺利制取样品。

通过大量的条件试验，验证了方法可行，实验相关的参数调整也符合有机氚水的前处理制取，可以有效制取样品。

对方法的研究，在实验条件上设置了相对可靠可控的参数，有利于该方法标准的确立，为该实验的质量控制工作提供依据，以便更好的开展氚的监测工作。

【参考文献】
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[责任编辑：邓丽丽]。