一種環(huán)境水中碳-14的測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種環(huán)境水中碳-14的測(cè)量方法，包括無(wú)機(jī)碳驅(qū)氣制樣、有機(jī)碳制樣和液閃測(cè)量步驟，所述有機(jī)碳制樣包括有機(jī)碳濕法氧化、高溫催化氧化、二氧化碳捕集與轉(zhuǎn)化；其特征在于：有機(jī)碳濕法氧化采用多元催化氧化劑體系進(jìn)行催化氧化，多元催化氧化劑體系由S2O82-/H2O2和Fe2+/TiO2構(gòu)成；高溫催化氧化采用管式爐催化氧化。本發(fā)明通過(guò)分步、分氣路收集，可分別測(cè)量環(huán)境水體中無(wú)機(jī)碳-14活度濃度、有機(jī)碳-14活度濃度和總碳-14活度濃度；使用多元催化氧化體系，高效、穩(wěn)定地轉(zhuǎn)化、捕集樣品中各種有機(jī)形態(tài)的碳-14，具備大容量樣品處理容量，具有足夠低的探測(cè)下限水平。
【專利說(shuō)明】一種環(huán)境水中碳-14的測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種環(huán)境水體的檢測(cè)方法，具體涉及一種對(duì)環(huán)境水體中的碳-14含量進(jìn)行測(cè)量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳-14是核動(dòng)力廠排放到環(huán)境中最主要的核素之一，通過(guò)氣態(tài)流出物和液態(tài)放射性流出物向環(huán)境釋放。釋入環(huán)境后的碳-14極易參與碳循環(huán)，并進(jìn)入生物體內(nèi)，最終可能被人體吸收，對(duì)人體造成輻射影響。碳-14半衰期很長(zhǎng)，達(dá)到5730年，其衰變時(shí)放出β射線能量最大為156keV。由于其在環(huán)境中具有高遷移率的特性以及其長(zhǎng)的半衰期，碳-14被認(rèn)為是對(duì)人體造成輻射劑量負(fù)擔(dān)的最主要核素之一(人體中碳-14含量?3500Bq)。國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《核動(dòng)力廠環(huán)境輻射防護(hù)規(guī)定》(GB 6249-2011)規(guī)定，所有核動(dòng)力廠必須開展液態(tài)流出物中碳-14的監(jiān)測(cè)。對(duì)于通過(guò)液態(tài)放射性流出物排放到環(huán)境水體以及通過(guò)氣態(tài)流出排放進(jìn)入環(huán)境水體中的碳-14，亦應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，以確認(rèn)廠址周圍環(huán)境水中碳-14的濃度水平，評(píng)估核動(dòng)力廠放射性物質(zhì)排放對(duì)公眾可能造成的輻射影響。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，一般采用驅(qū)氣法捕集無(wú)機(jī)形態(tài)的碳-14進(jìn)行測(cè)量。但是，以壓水堆為堆型的主流核動(dòng)力廠，其液態(tài)流出物排放的碳-14主要以有機(jī)形態(tài)存在，同時(shí)環(huán)境水中有機(jī)形態(tài)的碳-14亦可能占有相當(dāng)?shù)姆蓊~，因此在開展環(huán)境水中和液態(tài)放射性流出物中的碳-14監(jiān)測(cè)時(shí)，不僅要檢測(cè)無(wú)機(jī)形態(tài)的碳-14，還要檢測(cè)有機(jī)形態(tài)的碳-14。
[0004]目前，對(duì)如何檢測(cè)有機(jī)形態(tài)的碳-14未見報(bào)道，對(duì)于常規(guī)的有機(jī)碳的測(cè)定，通常采用高溫燃燒法，樣品在較高的溫度下催化燃燒，產(chǎn)生二氧化碳，由非色散紅外檢測(cè)器測(cè)出二氧化碳的含量。
[0005]由于環(huán)境水體中，碳-14的含量較低，難以采用高溫燃燒法測(cè)量。另一種可考慮的方法是，采用紫外照射/過(guò)硫酸鹽氧化樣品，這種方法需要提供紫外光照射，設(shè)備復(fù)雜，同時(shí)，該測(cè)量方法的設(shè)備通常只能用于少量樣品的測(cè)量(毫升級(jí))，由于環(huán)境水體中碳-14含量低，為提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，需要采用大容量樣品方式測(cè)量，樣品量為數(shù)升至數(shù)十升之間，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法完成上述測(cè)量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種環(huán)境水中碳-14的測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)水中無(wú)機(jī)形態(tài)碳-14和有機(jī)形態(tài)碳-14的分類收集，以準(zhǔn)確、穩(wěn)定、高效地檢測(cè)兩種形態(tài)的碳-14的含量。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種基于濕法氧化的環(huán)境水中碳-14測(cè)量方法，包括無(wú)機(jī)碳驅(qū)氣制樣、有機(jī)碳制樣和液閃測(cè)量步驟，所述有機(jī)碳制樣包括有機(jī)碳濕法氧化、高溫催化氧化、二氧化碳捕集與轉(zhuǎn)化；所述有機(jī)碳濕法氧化采用多元催化氧化劑體系進(jìn)行催化氧化，所述多元催化氧化劑體系由 S2O82YH2O2 和 Fe2+/Ti02 構(gòu)成，S2O82' H2O2, Fe2+、TiO2 的摩爾比為:(15 ?20): (24 ?30): (0.5?2):(I?2)，反應(yīng)溫度為90?98°C，反應(yīng)時(shí)pH值為0.9?1.1 ;所述高溫催化氧化采用管式爐催化氧化驅(qū)氣和濕法氧化過(guò)程中產(chǎn)生的易揮發(fā)性物質(zhì)，使之轉(zhuǎn)化為二氧化碳，催化劑為氧化銅，反應(yīng)溫度為90?98°C。
[0008]上述技術(shù)方案中，所述的環(huán)境水包括雨水、地表水、飲用水和地下水等，所述高溫催化氧化可以采用微型催化氧化管式爐催化氧化驅(qū)氣和濕法氧化過(guò)程中產(chǎn)生的易揮發(fā)性物質(zhì)，使之徹底轉(zhuǎn)化為二氧化碳，進(jìn)一步提高回收效率；所述二氧化碳捕集與轉(zhuǎn)化可通過(guò)調(diào)節(jié)閥分別捕集無(wú)機(jī)形態(tài)的碳-14和有機(jī)形態(tài)的碳-14,并通過(guò)Carb-Sorb吸收裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)化，制成適于液閃測(cè)量的樣品。
[0009]上述技術(shù)方案中，所述無(wú)機(jī)碳驅(qū)氣制樣時(shí)，在酸性、40°C條件下通過(guò)氮?dú)怛?qū)氣，采用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌；反應(yīng)溫度為90?98°C?？梢愿咝А⒎€(wěn)定地將水體中溶解性無(wú)機(jī)碳有效的提取和收集，回收效率達(dá)95%以上。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述液閃測(cè)量時(shí)采用胺類吸收法進(jìn)行碳-14活度的測(cè)量。例如，采用Carb-Sorb吸收法進(jìn)行液閃測(cè)量，易于樣品處理，可以明顯地提高測(cè)量效率。
[0011]進(jìn)一步的技術(shù)方案，采用分步法、分氣路收集，分別測(cè)量環(huán)境水體中無(wú)機(jī)碳-14活度濃度、有機(jī)碳-14活度濃度，最后獲得總碳-14活度濃度。
[0012]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明具備大容量樣品處理能力，具有足夠低的探測(cè)下限水平(0.1mBq/L)，適于各種環(huán)境水中碳-14的監(jiān)測(cè)，同時(shí)也適于核設(shè)施較高碳-14活度濃度水平的液態(tài)放射性流出物監(jiān)測(cè)。
[0013]2、本發(fā)明通過(guò)高純氮?dú)怛?qū)氣，在酸性條件下將無(wú)機(jī)碳排出，采用堿液吸收瓶進(jìn)行二氧化碳的吸收，可以高效、穩(wěn)定地將水體中溶解性無(wú)機(jī)碳有效的提取和收集，回收效率達(dá)95%以上；
3、采用多元催化氧化劑體系(S20827H202-Fe27Ti02)，在高溫酸性條件下將溶解的有機(jī)碳氧化成二氧化碳，通過(guò)高純氮?dú)怛?qū)氣，同時(shí)采用磁力攪拌器攪拌均勻，采用堿液吸收瓶進(jìn)行二氧化碳的收集，回收效率95%以上；
4、采用微型催化氧化管式爐催化氧化驅(qū)氣和濕法氧化過(guò)程中產(chǎn)生的易揮發(fā)性物質(zhì)，使之徹底轉(zhuǎn)化為二氧化碳，進(jìn)一步提高回收效率；
5、采用分步法，可以通過(guò)調(diào)節(jié)閥分別捕集無(wú)機(jī)形態(tài)的碳-14和有機(jī)形態(tài)的碳-14，從而分別獲得兩種形態(tài)的碳-14測(cè)量數(shù)據(jù)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)示意圖；
圖2是實(shí)施例中無(wú)機(jī)碳溶度時(shí)間變化圖；
圖3是實(shí)施例中有機(jī)碳濃度時(shí)間變化圖。
[0015]其中:1、高純氮?dú)馄浚?、氣體流量計(jì)；3、磁力攪拌裝置；4、大容量樣品瓶；5、磁子；6、冷凝管；7、恒壓漏斗；8、洗氣瓶；9、三通閥；10、吸收瓶；11、微型高溫催化氧化爐。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法作進(jìn)一步描述:
實(shí)施例:參見圖1所示，一種基于濕法氧化的環(huán)境水中碳-14測(cè)量裝置，包括高純氮?dú)馄?、氣體流量計(jì)2、磁力攪拌裝置3、大容量樣品瓶4 (25L)、磁子5、冷凝管6、恒壓漏斗7、洗氣瓶8、三通閥9、吸收瓶10、微型高溫催化氧化爐11。
[0017]具體的,所述流量計(jì)2量程為0.15L/min~1.5L/min的氣體流量計(jì),磁力攪拌裝置3為可加熱溫度至200°C、磁子5轉(zhuǎn)速高達(dá)2000r/min、大容量樣品瓶4容量25L、恒壓漏斗7體積為IOOmU洗氣瓶8體積為200ml (75mL 5%的硫酸)、吸收瓶10體積為200ml (75mL2mol/L的氫氧化鈉溶液)、微型高溫催化氧化爐11最高溫度110(TC (配一石英工作管，管內(nèi)裝入催化劑)。
[0018]具體實(shí)施流程為:將20L環(huán)境水樣加入反應(yīng)瓶中，加入硫酸酸化水樣，通入高純氮?dú)怛?qū)氣，加熱提高反應(yīng)速度，磁力攪拌均一化樣品，收集無(wú)機(jī)形態(tài)的碳-14;隨后在樣品中加入多元催化劑，在高溫下將有機(jī)形態(tài)的碳-14氧化成二氧化碳，經(jīng)高純氮?dú)廨d帶出來(lái)，被堿收集阱吸收。取出吸收瓶中堿液，采用Carb-Sorb吸收法捕集堿液中有機(jī)形態(tài)存在的碳-14，與閃爍液充分混合后在超低本底液閃譜儀上測(cè)量，測(cè)試數(shù)據(jù)如下:
一、有機(jī)碳氧化條件確定，詳見表1。
[0019]表1正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理數(shù)據(jù)
【權(quán)利要求】
1.一種環(huán)境水中碳-14的測(cè)量方法，包括無(wú)機(jī)碳驅(qū)氣制樣、有機(jī)碳制樣和液閃測(cè)量步驟，所述有機(jī)碳制樣包括有機(jī)碳濕法氧化、高溫催化氧化、二氧化碳捕集與轉(zhuǎn)化；其特征在于:所述有機(jī)碳濕法氧化采用多元催化氧化劑體系進(jìn)行催化氧化，所述多元催化氧化劑體系由 S2O82VH2O2 和 Fe2VTiO2 構(gòu)成，S2O82'H202、Fe2+、TiO2 的摩爾比為(15 ?20): (24 ?30):(0.5?2): (I?2)，反應(yīng)溫度為90?98°C，反應(yīng)時(shí)pH值為0.95?1.05 ;所述高溫催化氧化采用管式爐催化氧化驅(qū)氣和濕法氧化過(guò)程中產(chǎn)生的易揮發(fā)性物質(zhì)，使之轉(zhuǎn)化為二氧化碳，催化劑為氧化銅，反應(yīng)溫度為90?98°C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境水中碳-14的測(cè)量方法，其特征在于:所述無(wú)機(jī)碳驅(qū)氣制樣時(shí)，在酸性條件下通入氮?dú)怛?qū)氣，加熱至90?98°C并采用磁力攪拌器進(jìn)行攪拌。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)境水中碳-14的測(cè)量方法，其特征在于:通入氮?dú)怛?qū)氣時(shí)的溫度為40°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境水中碳-14的測(cè)量方法，其特征在于:所述液閃測(cè)量時(shí)采用胺類吸收法進(jìn)行碳-14活度的測(cè)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)境水中碳-14的測(cè)量方法，其特征在于:采用分步法、分氣路收集，分別測(cè)量環(huán)境水體中無(wú)機(jī)碳-14活度濃度、有機(jī)碳-14活度濃度，最后獲得總碳-14活度濃度。
【文檔編號(hào)】G01T1/167GK103869353SQ201410097803
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月17日
【發(fā)明者】黃彥君, 郭貴銀, 陳超峰, 吳連生, 張海英, 欽紅娟, 張兵 申請(qǐng)人:蘇州熱工研究院有限公司, 中國(guó)廣東核電集團(tuán)有限公司