ISO 13164-42023 水质.氡-222.第4部分使用两相液体闪烁计数的试验方法标准立项发展报告

水质氡-222第4部分：使用两相液体闪烁计数的试验方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Waterquality—Radon-222—Part4:Testmethodusingtwo-phaseliquidscintillationcounting摘要氡-222作为一种天然放射性惰性气体，是公众所受天然辐射照射的最重要来源之一，被世界卫生组织列为19种主要致癌物质之一。水体中氡-222的准确测定对于饮用水安全评价、辐射环境监测以及水文地质研究具有重要的科学意义和实用价值。本报告针对国际标准化组织（ISO）于2023年7月20日发布的ISO13164-4:2023《水质氡-222第4部分：使用两相液体闪烁计数的试验方法》标准开展立项发展研究。该标准由ISO/TC147（水质技术委员会）归口管理，规定了采用两相液体闪烁计数法测定水体中氡-222活度浓度的系统化试验方法。报告系统梳理了该标准的编制背景、技术原理、方法适用范围及其与ISO13164系列其他部分（第1部分：总则；第2部分：γ能谱法；第3部分：emanometry法）的内在逻辑关系，深入分析了该标准所采用的两相液体闪烁计数法的技术优势——简化样品前处理流程、提高探测效率，同时提出了建立配套国家标准、开发快速筛查技术和构建质量控制体系等发展建议。本报告旨在为该标准的推广应用及我国相关标准化工作的深入开展提供参考依据和技术支撑。关键词：氡-222；液体闪烁计数；水质检测；放射性核素分析；国际标准；标准化发展Keywords:Radon-222;Liquidscintillationcounting;Waterqualitytesting;Radionuclideanalysis;Internationalstandard;Standardizationdevelopment1引言1.1研究背景氡（Radon）是一种天然存在的放射性惰性气体，其最稳定的同位素氡-222（²²²Rn）是铀-238衰变链中的重要中间产物，半衰期为3.82天。氡-222广泛存在于岩石、土壤、地下水和地表水环境中。根据联合国原子辐射效应科学委员会（UNSCEAR）的统计报告，公众所受天然辐射年有效剂量的约52%来自于氡及其子体的照射，其中通过饮水途径摄入的氡-222对公众健康的影响不容忽视。世界卫生组织（WHO）在《饮用水水质准则》（第四版）中建议，饮用水中氡-222的筛查水平为100Bq/L，并指出当水中氡浓度超过该水平时，应采取相应的风险管理措施。我国《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2022）亦对饮用水中的放射性指标提出了总α、总β活度浓度的限值要求，而氡-222作为主要天然放射性核素之一，其准确测定对于水质安全评价至关重要。然而，氡-222具有极易挥发的物理特性，加之其半衰期较短，使得水样从采集、运输到实验室分析的整个过程对操作条件和时间窗口均有严格要求。不同测定方法的检出限、抗干扰能力和适用场景差异显著，这在客观上需要建立系统化、规范化的国际标准方法体系。1.2标准化需求分析国际标准化组织（ISO）于2015年首次发布了ISO13164系列标准，为水质中氡-222的测定提供了系统化方法框架。该系列标准分为四个部分：ISO13164-1规定了氡-222测定的通用要求和总则；ISO13164-2规定了使用γ能谱法的试验方法；ISO13164-3规定了使用emanometry（射气法）的试验方法；ISO13164-4则规定了使用两相液体闪烁计数的试验方法。2023年，ISO对13164-4进行了修订更新，发布了ISO13164-4:2023版本，体现了该领域技术方法的最新进展和标准化工作的持续完善。在水质放射性检测领域，液体闪烁计数技术凭借其高探测效率、相对简单的样品制备流程以及可同时处理批量样品的优势，已成为测定水中氡-222最常用的方法之一。两相液体闪烁计数法通过在闪烁液中直接引入水样形成两相体系，有效减少了样品处理过程中氡的逸散损失，显著提高了测量准确度和精密度。2标准概述2.1标准基本信息ISO13164-4:2023《水质氡-222第4部分：使用两相液体闪烁计数的试验方法》是由国际标准化组织水质技术委员会（ISO/TC147）归口管理的一项国际标准。该标准的发布机构为国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization），分类号为水的物理特性检验，发布于2023年7月20日，标准状态为现行有效。该标准适用于各类地表水、地下水、饮用水及矿泉水等水体样品中氡-222活度浓度的测定，为水质放射性监测提供了标准化的技术方法。2.2标准适用范围ISO13164-4:2023规定了使用两相液体闪烁计数法测定水样中氡-222活度浓度的试验方法，该方法在以下场景中具有广泛适用性：-饮用水水源监测：适用于自来水、井水、泉水等饮用水源的常规氡浓度监测；-地下水环境调查：适用于地下水氡浓度本底调查和污染溯源研究；-辐射环境影响评价：适用于核设施周边及铀矿冶区域水环境中氡的监测与评价；-水文地质研究：可用于地下水补给来源判别、水岩相互作用研究及地震前兆异常跟踪等科研工作。2.3方法原理与技术要点两相液体闪烁计数法的基本原理是：将一定体积的水样直接加入含有特定闪烁体的有机闪烁液中，利用水相与有机相的不互溶性形成两相体系。氡-222作为亲脂性惰性气体，在振荡平衡后绝大部分分配进入有机闪烁液相，通过测量闪烁体发射的光子数来确定氡-222及其衰变子体的活度浓度。该方法的核心技术优势体现在以下方面：第一，简化样品处理流程。与ISO13164-3规定的emanometry法相比，两相液体闪烁计数法无需复杂的射气转移装置和干燥净化系统；与ISO13164-2规定的γ能谱法相比，该方法无需大体积水样和长时间的平衡等待，显著提高了分析效率。第二，降低氡逸散风险。水样直接注入含闪烁液的测量瓶中并加盖密封，水样与闪烁液形成的两相体系有效减少了氡向气相空间的逸散，从根本上降低了测量过程中的示踪物损失。第三，较高的探测效率。液体闪烁计数对β粒子具有接近4π的几何探测条件，加之氡-222衰变产生的α粒子和子体核素衰变发射的β粒子均能在闪烁液中被有效探测，使得该方法具有较高的计数效率和较低的检出限。3技术内容分析3.1样品采集与保存ISO13164-4:2023对水样采集和保存提出了明确的技术要求。采样容器应选用可密封的玻璃瓶，采样时应尽量减少水样与空气的接触，确保采样瓶完全充满且无气泡残留。样品采集后应在尽可能短的时间内完成分析测定，推荐在采样后24小时内完成样品制备和测量准备工作。如不可避免需要短期保存，应在低温（约4°C）条件下冷藏，且保存时间不应超过3天。3.2仪器设备与试剂3.3测量程序与校准标准的测量程序主要包括以下步骤：（1）制备本底样品和校准样品；（2）将水样加入含有闪烁液的测量瓶中，密封后充分振摇使两相达到分配平衡；（3）将测量瓶置于液体闪烁计数器中，等待一定时间使氡-222与其短寿命子体达到衰变平衡；（4）按设定时间进行计数测量；（5）根据校准曲线或标准源效率计算水样中氡-222的活度浓度。校准是保证测量结果可溯源性的关键环节。标准推荐使用经过国家计量部门认证的标准氡溶液或氡标准源进行仪器效率校准，并在每次批量样品测量前后进行本底测量和质量控制样品测量。3.4方法性能指标ISO13164-4:2023对方法的检出限、定量限、精密度和正确度等技术指标进行了规定。在典型测量条件下（使用商用液体闪烁计数器，水样体积10mL，闪烁液体积10mL，计数时间60min），该方法的检出限可低至约0.5Bq/L，完全满足WHO饮用水准则中100Bq/L筛查水平以及各国监管限值的测定要求。方法的重复性（以相对标准偏差RSD表示）通常可控制在5%~10%之间，再现性（实验室间精密度）一般在10%~15%范围内，具体取决于样品基质和氡浓度水平。4标准相关单位4.1归口管理机构ISO/TC147（水质技术委员会）是负责水质领域国际标准制定的技术机构，其秘书处由德国标准化协会（DIN）承担。TC147下设多个分技术委员会和工作组，其中SC3（放射性方法分技术委员会）专门负责水质放射性核素测定方法标准的制修订工作。ISO13164-4:2023即由ISO/TC147/SC3归口管理。4.2标准起草工作组ISO13164-4:2023的修订工作由ISO/TC147/SC3下设的工作组WG12（放射性核素测定工作组）具体承担。来自法国、德国、英国、美国、奥地利、捷克等多个国家的辐射计量专家参与了标准的修订工作，经过多轮工作组会议讨论、委员会阶段投票（CD、DIS、FDIS）等严格程序，最终于2023年正式发布。4.3主要参与起草单位——法国辐射防护与核安全研究院（IRSN）法国辐射防护与核安全研究院（InstitutdeRadioprotectionetdeSûretéNucléaire，简称IRSN）是ISO13164-4标准制定的核心参与单位之一。IRSN是法国政府设立的公共机构，成立于2001年，由原法国原子能委员会（CEA）辐射防护部门和法国核安全局（DGSNR）技术部门合并而成，是法国在辐射防护与核安全领域最重要的技术支撑机构。IRSN现有员工约1800人，其中工程师和技术专家约1200人，年度预算约3亿欧元。IRSN在水环境放射性监测领域具有深厚的技术积累和丰富的实践经验。其下设的环境放射性监测实验室（LRDE）负责法国全国范围内地表水、地下水、饮用水和海水等各类水体的放射性水平常规监测与应急监测任务，拥有ISO/IEC17025认可的实验室质量体系。在氡-222测定技术方面，IRSN的科学家团队先后开发并验证了多种基于液体闪烁计数原理的分析方法，积累了大量的实际样品测定数据和质控经验，为标准中技术参数的确定和方法性能指标的设定提供了重要的实验依据。IRSN参与了ISO13164-4标准从WD（工作组草案）到FDIS（最终国际标准草案）各阶段的全部技术讨论和文本起草工作，特别是在方法检出限的验证实验设计、两相体系分配系数的确定、以及基质效应评价等关键技术环节发挥了主导作用。此外，IRSN还积极参与了国际原子能机构（IAEA）组织的全球实验室间比对活动，为标准方法的国际适用性和实验室间可比性提供了数据支持。4.4我国相关标准化情况我国在氡-222测定领域已有一定的标准基础。目前，生态环境部发布的《水质氡-222的测定液体闪烁计数法》（HJ1186-2021）为我国现行有效的行业标准，该标准在制定过程中参考了ISO13164-4:2015版本的技术框架，但采用闪烁液直接萃取-均相测量的技术路线。此外，在水质放射性监测领域，我国还发布了《水中放射性核素的测定》系列国家标准（GB/T40890系列）以及《生活饮用水标准检验方法放射性指标》（GB/T5750.13）等配套标准。随着ISO13164-4:2023的发布更新，我国相关标准的技术内容也有必要进行相应的比对研究和必要的修订完善。5发展建议与展望5.1推进标准转化与应用建议我国相关标准化技术委员会（如全国核仪器仪表标准化技术委员会或全国环境监测方法标准化技术委员会）密切关注ISO13164-4:2023的技术变化，适时启动该标准的采标转化工作，将其纳入我国水质放射性监测方法标准体系。在采标过程中，应结合我国水质特点和实验室技术装备现状，对方法适用性进行必要的验证实验，确保转化后的国家标准或行业标准具有可操作性和实用性。5.2加强技术培训和能力建设两相液体闪烁计数法虽然具有操作相对简便的优势，但样品制备细节（如振摇时间、温度控制、相分离效果判断）对测量结果的准确性仍有显著影响。建议依托国家级水质监测中心和省级辐射环境监测站，组织开展针对ISO13164-4:2023方法的专项技术培训，建立标准操作程序（SOP）和演示视频等配套技术资料，提升各级实验室对该方法的理解和操作水平。5.3推动实验室间比对和质量控制建议由中国计量科学研究院或生态环境部辐射环境监测技术中心牵头，组织全国范围内相关实验室开展基于ISO13164-4:2023方法的水中氡-222测定实验室间比对活动，通过比对数据分析评估该方法在我国实验室体系中的适用性和结果一致性，建立水中氡-222测定的有证参考物质体系，为实验室质量控制和测量结果溯源提供物质基础。5.4探索智能化与在线监测技术融合近年来，自动化液体闪烁计数系统和在线式水质放射性监测装置得到了快速发展。建议在ISO13164-4:2023方法框架基础上，探索将该标准方法原理与自动化样品前处理技术、远程数据采集与传输技术相结合，研发水中氡-222在线监测设备和移动实验室快速筛查系统。同时，关注新型闪烁材料（如塑料闪烁体微球）和数字延迟符合技术等前沿进展，为未来标准方法的持续改进和升级提供技术储备。6结论ISO13164-4:2023《水质氡-222第4部分：使用两相液体闪烁计数的试验方法》是国际标准化组织水质技术委员会（ISO/TC147）在放射性核素水质检测领域的一项重要标准成果。该标准基于两相分配平衡原理，充分发挥了液体闪烁计数技术的高探测效率和简化样品前处理的优势，为世界范围内各类水体中氡-222活度浓度的准确测定提供了统一、规范的技术依据。通过对该标准的系统分析可以认识到：第一，该标准的发布填补和更新了水中氡-222测定的国际标准方法体系，与ISO13164系列其他部分形成了功能互补、应用场景各有侧重的有机整体；第二，两相液体闪烁计数法在检出限、分析效率、成本控制和操作便捷性等方面均表现出显著优势，具有良好的推广应用前景；第三，法国辐射防护与核安全研究院等专业机构在标准制定过程中发挥了重要的技术引领作用，体现了科研机构在水环境放射性标准研制中的核心支撑功能。面对日益增长的饮用水安全保障需求和辐射环境监测能力建设需要，建议我国加快该国际标准的跟踪研究和转化应用步伐，同步推进相关技术培训、实验室能力验证和质量控制体系建设，全面提升我国水质氡-222检测的整体技术能力和标准化水平。同时，应积极参与ISO/TC147/SC3国际标准制修订工作，在水环境放射性监测标准化领域贡献中国方案和中国智慧。参考文献[1]ISO13164-4:2023,Waterquality—Radon-222—Part4:Testmethodusingtwo-phaseliquidscintillationcounting[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2023.[2]ISO13164-1:2013,Waterquality—Radon-222—Part1:Generalprinciples[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2013.[3]ISO13164-2:2013,Waterquality—Radon-222—Part2:Testmethodusinggamma-rayspectrometry[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2013.[4]ISO13164-3:2013,Waterquality—Radon-222—Part3:Testmethodusingemanometry[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2013.[5]WorldHealthOrganization.Guidelinesfordrinking-waterquality:fourtheditionincorporatingthefirstandsecondaddenda[R].Geneva:WHO,2022.[6]UNSCEAR.Sourcesandeffectsofionizingradiation:UNSCEAR2008R