空气中碳-14的采样方法

丁洪深 王克

丁洪深（1985-），男，汉族，山东寿光人，本科，山东省核与辐射安全监测中心.

摘  要：环境空气中碳-14主要以14CO2、14CO等无机和有机形态存在，以14CO2为主。在辐射环境监测中，空气中碳-14的采样主要有直接导入碱液中捕集14CO2法和催化氧化后碱液中捕集14CO2法。只采集空气中14CO2时，可直接用氢氧化钠等碱性溶液捕集14CO2;采集14CO和有机形态碳-14时，需将空气中CO和有机形态碳在高温条件下，经催化氧化生成14CO2，然后再用氢氧化钠等碱性溶液吸收。常用采样设备有 Model ASC-C14B碳-14采样器、HAGUE7000空气中碳14采样器等，多数是经催化氧化后碱液中捕集14CO2，满足现行《空气中14C的取样与测量方法》（EJ/T 1008-1996）标准要求。

关键词：碳-14;辐射监测;采样

引言：碳-14是低能β发射体，不会造成外照射危害。但碳元素是生物体的主要组成成分之一，当碳-14排放到环境之后，就会进入生物圈的碳循环，碳-14具有很高的同位素交换率、易被活机体吸收同化，因而会最终在人体内聚集，并将引起碳-14在人体内的含量水平升高，对人体产生内照射危害。[1]由于碳-14有相当长的半衰期，且长期在大气中居留，加上地球碳元素的输运过程，使它在全球范围内散布，因此碳-14的放射性影响不限于释放区域，它可能近乎以稳定碳的方式在全球范围内弥散。因此，在对公众造成有效剂量的诸多放射性核素中，碳-14的贡献（主要是吸入或食入内照射）占很大的比例，近年来越来越受到人们的重视。开展空气中碳-14测量质量控制时做好碳-14测量的重要工作，需要引起足够重视。

一、采樣方法原理

1.直接导入碱液中捕集14CO2法

直接导入碱液中捕集14CO2法即用抽气泵抽取一定体积的空气，通过装有氢氧化钠溶液的吸收瓶，使取样空气中的二氧化碳完全被碱液吸收捕集。在二氧化碳浓度范围0.5～0.7 g/m3（约0.2 g碳/m3）时，需要采集2 m3空气，以产生足够的碳酸钙用于测试。也可用氨水作为吸收液采集二氧化碳，但氨水的挥发会造成捕集效率的降低，很难做到定量捕集。

2.催化氧化后碱液中捕集14CO2法

催化氧化后碱液中捕集14CO2法用抽气泵抽取一定体积的空气，通过高温氧化铜或钯催化剂床及其后接的装有氢氧化钠溶液的吸收瓶，使取样空气中原有的二氧化碳和由一氧化碳氧化生成的二氧化碳完全被碱液吸收捕集。所用氢氧化钠溶液为2 mol/L，采样速率不大于1 L/min，采集体积3～4 m3，催化床温度控制在500 ℃。[2]

二、常用采样设备

1. Model ASC-C14B碳-14采样器

Model ASC-C14B 碳-14采样器，美国OVERHOFF公司生产，主要用于收集烟囱道、车厢、房间、户外等地方空气。碳-14被持续收集在小玻璃瓶中，收集量随时间线性增加。Model ASC-C14B 碳-14采样器为鼓泡法采样，体积小，重量轻，便于携带和现场测量，分为独立的有机碳和无机碳采样区域，可实现对空气中全碳的采样每个区域均采用级联的两个玻璃瓶，收集效率接近100 %，具有温度、瞬时流速、体积和报警等显示功能，可进行长时间的连续采样。采样速率0.3～1 L/min，管式炉热氧化器温度范围455～475 ℃。

2.HAGUE7000空气中碳14采样器

HAGUE7000空气中碳14采样器，法国SDEC公司生产。主要用于监测烟道排出物，也可用于户外采样，鼓泡法采样，有循环冷却系统，溶剂蒸发少，可进行长时间的连续监测。可实现二氧化碳气体，一氧化碳气体或有机碳化合物的采集，CO2直接在第一和第二个采样瓶中被捕获;碳的其它化合物在高温氧化炉中被氧化成为CO2，然后在第三和第四个采样瓶中被捕获。体积小，重量轻，便于携带和现场测量，进气效率接近99%，具有温度、瞬时流速、体积和报警等显示功能。C-14捕获效率>85%（空气中的C）和 >90%（甲烷中的C），采样速率10～60升/小时，可配备冷凝装置。

三、采样点位布设原则

环境空气中碳-14的采集点位要选择在周围没有树木、没有建筑物影响的开阔地，或没有高大建筑物影响的建筑物的平台上。下雨时应在采样器上支起雨棚或防雨伞。

核电厂外围监测时，应在厂区边界、厂外地面最高浓度处、主导风向下风向距厂区边界小于10千米的居民区布设点位。

四、采样步骤及注意事项

（1）将采样设备放置在事先选定的采样点处，要求在距地面1米以上较牢固平台上，并安装遮阳伞或固定遮阳防雨装置。

（2）根据采样设备的不同，安装好装有碱性吸收液的吸收瓶，接通电源开始采样，采集到足够样品后，关闭电源，停止采样。取下吸收瓶并密封，粘贴采样标签、填写采样记录。将采集的样品与采样记录送实验室监测。

（3）用于配置氢氧化钠溶液的氢氧化钠应选择分析纯试剂，所用蒸馏水需经加热煮沸脱气，不可用磨口玻璃瓶长期贮存氢氧化钠溶液。

（4）根据任务需要和仪器设备情况，注意显示采样体积与标况体积的换算。

五、结语

目前，我国生态环境部门监测空气中碳-14的浓度，多采用现行的标准《空气中14C的取样与测量方法》（EJ/T 1008-1996）。该标准通过氧化将空气中有机和CO形态存在的14C通过催化氧化后，与空气中的14CO2一起用碱液吸收。取来的样品通过制样转化为Ca14CO3后，加入自制的甲苯基乳化闪烁液，用液闪谱仪测量14C的活度。

[1] 赵新景，刘文娜，徐凯彦，等.海阳市空气中14C放射性水平研究[J].中国辐射卫生，2019，28（3）：296-298.

[2] 核工业标准化研究所.EJ /T 1008-1996 空气中14C的取样与测定方法[S].北京：中国核工业总公司，1996.