我国核素铀检测技术及标准现状综述

摘要：随着核科学的发展，核素铀的检测和处理变得至关重要。国家已制定多项标准来规范核素铀检测行业，但是早期的标准已难以满足当前的需求，亟须制定符合行业发展需求的核素铀检测标准，同时还要建立灵敏度更高、检出限更低、精确度更好的检测技术。本文深入分析了当前铀核素检测技术的发展现状，以及国内相关标准的适用情况，旨在为铀核素检测标准的更新和完善提供科学的依据和参考。

关键词：核素铀；检测；标准

中图分类号：X771文献标志码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1674-4977.2025.01.016

基金项目：国家级大学生创新创业训练计划资助项目（220217）。

1研究背景

近年来，核污染问题持续成为全球关注的焦点[1-2]。核素铀作为核物质中的一种，具有广泛应用性，但核素铀的半衰期长，因而其被视为一种持久的污染物。放射性核素铀可通过食物链进入人体，导致基因突变和遗传损伤，从而对个体和种群的遗传健康产生长期影响[3-4]。因此，我国于2017年出台《核安全与放射性污染防治“十三五”规划及2025年远景目标》，将核安全纳入国家总体安全体系，上升为国家安全战略。实时监测环境中的残留核素铀并进行有效处理，已成为学术研究的重点。随着前处理技术和仪器分析方法的不断创新，核素铀的检测技术也迅速发展。同时，我国对核素铀这种放射性元素的性质和应用进行了深入研究，并在已有的认知基础上制定了大量标准来确保核素铀的安全应用和监测。本研究将总结核素铀检测技术的发展现状，对比各国核素铀相关检测标准的技术指标，为我国核素铀检测技术的发展提供参考和借鉴。

2核素铀检测技术

2.1前处理技术

目前，核素铀的前处理方法主要有离子交换法、化学沉淀法、吸附分离法。

离子交换法主要利用离子交换树脂对核素铀的吸附特性来实现对核素铀的分离和富集。目前，多种离子交换树脂已被应用于处理含有不同混合金属离子及无机、有机污染物的废水。合成树脂是离子交换技术中使用最广泛的一种材料。这种树脂可以从溶液中去除几乎所有的重金属，包括铀酰离子，但温度、pH值、初始浓度和保留时间都会影响离子交换树脂对铀酰离子的去除效率。另外，许多天然材料（如黏土、钙钛矿、沸石等）也表现出对各种放射性核素铀的离子交换能力，但这些材料的吸附或离子交换能力相对不足。因此，合成用于放射性废水净化的新型高效吸附剂已成为该领域研究的热点。

化学沉淀法是通过材料与金属离子反应生成不溶性颗粒，再经过滤分离实现水相中重金属离子的去除。化学沉淀法也可以和生物还原技术联用，提高金属离子的去除效率，实现多组分基质中金属离子的有效分离。但是由于基质中核素铀的浓度较低，较难形成不溶性沉淀物，限制了其在核素铀分离中的应用范围。

吸附分离法是利用吸附剂表面的孔隙和官能团等特性，对物质中各个组分进行分离。根据吸附的性质，主要分为化学吸附和物理吸附。物理吸附主要是通过分子间的相互作用，而化学吸附主要是通过分子间化学键实现。研究表明，在吸附剂表面修饰官能团或调控吸附剂孔径可提高材料对核素铀的吸附容量。

于静等[5]利用交联、复合等修饰技术，将含氧/氮官能团修饰在了吸附剂的表面，通过表面络合和离子交换提高吸附剂对核素铀的选择性和吸附性能。吸附法具有操作简单、成本低、回收率高等优点，是目前最常用的一种核素铀前处理方法。

2.2仪器分析技术

目前，有许多分析技术可用于检测铀，如α能谱法、电位滴定法、原子吸收光谱法、发射光谱法、X射线荧光光谱法、质谱法和耦合等离子体质谱法等，这些技术因其高灵敏度而被应用于实验室中铀的分析检测。

2.2.1α能谱法

α能谱法基于铀元素的α衰变原理，通过检测α粒子从原子核中释放并与其他物质碰撞后能量损失的情况，来计算铀样品中各同位素的比例和浓度。

Hassan J等[6]采用基于薄膜固相萃取技术，在改良滤纸上预浓缩铀的方法，对水中的234U和238U进行测定。

2.2.2电位滴定法

电位滴定法是利用硫酸亚铁将U（Ⅵ）还原为U（Ⅳ），采用重铬酸钾滴定法将U（Ⅳ）氧化至U（Ⅵ），通过重铬酸钾标准滴定溶液的消耗量确定铀含量。

黎金标等[7]建立了微波消解全自动电位滴定快速测定岩矿石中铀的方法，该方法检出限更低，测定范围更宽。冯宇等[8]用ICP-OES、紫外分光光度法、钒酸铵（亚铁）氧化还原滴定法进行实验，发现钒酸铵（亚铁）氧化还原滴定法适用于大多数浸出环境，抗干扰能力较强，可对现场样品进行快速准确分析，具有较高的可信度，但这种方法对实验人员的操作水平有一定要求。

2.2.3电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）

电感耦合等离子体质谱法是一种用于分析无机元素的技术，该技术通过高温离子源与氩气反应生产温度为10，000 K的等离子焰炬电离铀样品，然后通过质量分析器进行质荷比分析，测定铀元素的浓度。

杨振宇等[9]先用微波密闭消解样品，然后利用ICP-MS测定，检测结果均达到要求。与国家标准规定的方法相比，该方法更为快速方便，定量定性更加准确，灵敏度更高，更适合口岸日常检验。陈曦[10]对七类食物中的铀进行测定，且前处理方法同样用密闭微波消解法。实验表明，该方法检出限低、动态范围宽、基体效应小、准确度和精密度高，能够对多元素同时分析。汪伟等[11]优化LA-ICP-MS的运行参数，校正质量分馏和检测效率，测定铀标准物质中铀的浓度。该方法灵敏度高、成本较低且制样简单，有广阔的发展前景。

3国内外核素铀检测标准现状

我国铀矿开采起步于1958年，从那时开始，我国就已开始制定有关核素铀的检测标准。虽然早期的标准在当前已经不再适用，但它们为后面新标准的制定打下了坚实的基础。

目前，我国针对核素铀的现行国家标准共有59项，其中有14项等效或非等效采用了国际标准。以α能谱法为例，笔者比较了GB/T 13071—2010《地质水样234U/238U、230Th/232Th放射性活度比值的测定萃淋树脂萃取色层分离α能谱法》和ISO 21847-3：2007《核燃料技术α光谱测定法第3部分：铀及其化合物中铀232的测定》在核素铀样品、前处理方面的异同，具体如表1所示。

1）GB/T 13071—2010是专门针对地质水样中234U/238U、230Th/232Th放射性活度比值的测定，而ISO 21847-3：2007是系列标准中的第3部分，涵盖了用于测量天然铀和相关核素在地质材料中含量的方法。它不仅包括水样，还可能包含其他类型的地质样品。

2）GB/T 13071—2010中对于反应时的要求比较苛刻，明确要求了溶解样品时的pH值和制备α源时所需的环境温度，而在ISO 21847-3：2007中并没有明确要求，且所需试剂的量也没有明确规定。

综上所述，GB/T 13071—2010较ISO 21847-3：2007具有更高的参考价值，为利用α能谱法测定核素铀含量提供了更加详细的方法指导。但是，这两个标准在仪器分析方面的规定都较少，只有公式计算。因此，这两个标准有待进一步更新。

4结束语

虽然在核素铀检测领域我国有不少标准是等效采用或非等效采用了国外的标准，但是仍有一大部分标准是我国自己制定的，这说明我国在核素铀检测方面已积累了丰富的经验。我国标准和国外标准都没有涉及核素铀检测的所有方面，不同国家所侧重的样品处理和分析方法不同，对于核素铀检测方面的标准的更新速度也有所不同，这导致了标准内容有所差异。除此之外，有些国家和地区在制定本国标准时，会充分考虑并采纳国际标准的规定；而有些国家和地区则可能更多地考虑本国的实际情况，对国际标准的采纳程度较低。

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作者简介

郑黄荣，男，2001年出生，本科，研究方向为工业标准化。

通信作者：李巍霞，女，1991年出生，讲师，博士，研究方向为国际标准化，weixia@cjlu.edu.cn。

（编辑：侯睿琪，收稿日期：2024-06-19）