ISO 23655-22022 水质.镍-59和镍-63.第2部分使用ICP-MS的试验方法标准立项发展报告

水质镍-59和镍-63第2部分：使用ICP-MS的试验方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:WaterQuality—Nickel-59andNickel-63—Part2:TestmethodusingICP-MS摘要随着全球核能事业的快速发展与核设施退役治理工作的深入推进，放射性核素监测技术及其标准化需求日益凸显。镍-59（⁵⁹Ni）和镍-63（⁶³Ni）作为核反应堆结构材料活化产物中的重要放射性核素，其准确测定对于核设施辐射环境影响评价、退役去污效果验证以及放射性废物分类管理具有关键意义。国际标准化组织（ISO）于2022年9月正式发布ISO23655-2:2022《水质镍-59和镍-63第2部分：使用ICP-MS的试验方法》，标志着电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）在该领域应用的国际标准正式确立。本标准由中国等多国专家共同参与制定，系统规定了基于ICP-MS技术测定水样中⁵⁹Ni和⁶³Ni的试验方法，包括样品采集与保存、前处理流程、仪器条件优化、干扰消除策略、质量保证与质量控制要求及结果计算与表达等核心技术内容。本报告全面阐述该标准的立项背景、编制原则、技术内容、关键创新点及预期实施效益，旨在为标准使用者提供系统性的技术指引与参考依据。关键词：镍-59；镍-63；ICP-MS；水质监测；放射性核素；国际标准；核设施退役Keywords:Nickel-59;Nickel-63;ICP-MS;Waterqualitymonitoring;Radionuclides;InternationalStandard;Nuclearfacilitydecommissioning一、引言1.1标准立项背景镍-59和镍-63是核反应堆运行过程中产生的重要活化产物放射性核素。在核反应堆堆芯结构中，不锈钢和镍基合金等结构材料中的稳定镍同位素在中子辐照作用下发生核反应，生成⁵⁹Ni（半衰期约7.6×10⁴年，发射低能X射线）和⁶³Ni（半衰期约100.1年，发射低能β射线）。这两种核素因其较长的半衰期和特定的辐射特性，在核设施退役、放射性废物管理、辐射环境影响评价以及核事故应急监测等领域均受到广泛关注。从辐射防护角度而言，⁵⁹Ni和⁶³Ni虽属于低毒性放射性核素，但由于其长半衰期特性，在放射性废物分类和处置中属于需重点考虑的中低放废物关键核素。随着全球范围内核电机组进入大规模退役阶段（如日本福岛第一核电站退役、欧洲多国核电站陆续关停等），大量含有⁵⁹Ni和⁶³Ni的结构材料、冷却水系统和放射性废水需要进行系统的监测与评估，这对标准化测定方法提出了迫切需求。1.2标准编制的必要性与紧迫性长期以来，⁵⁹Ni和⁶³Ni的测定主要依赖于放射化学分离与辐射计数相结合的传统方法。其中，⁵⁹Ni的测定通常采用X射线能谱法或液体闪烁计数法，⁶³Ni的测定则主要依靠低本底β计数法。然而，这些方法存在化学分离流程繁琐、分析周期长（通常需要数周时间）、灵敏度受限、且对操作人员的辐射防护要求较高等不足。特别是在低活度水平的环境水样分析场景下，传统方法的探测限往往难以满足环境监测的技术需求。电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）作为一种高灵敏度的元素分析技术，近年来在长寿命放射性核素测定方面展现出显著的技术优势。相较于放射化学方法，ICP-MS可实现⁵⁹Ni和⁶³Ni的快速、高灵敏测定，有效缩短分析周期并降低探测限，同时减少放射性废物产生量和操作人员的内照射风险。然而，在ISO23655-2:2022发布之前，国际上尚缺乏基于ICP-MS技术测定水体中⁵⁹Ni和⁶³Ni的统一国际标准，各实验室在样品前处理、干扰消除、仪器配置和质量控制等方面存在明显差异，导致监测数据的可比性和溯源性不足。因此，制定一项科学、系统、具有广泛适用性的ICP-MS测定⁵⁹Ni和⁶³Ni的国际标准，对于统一全球范围内的监测技术方法、促进核设施退役与放射性废物管理领域的国际合作、提升辐射环境监测数据质量，具有重要的现实意义和深远影响。二、标准编制原则与工作过程2.1编制原则本标准的编制遵循以下基本原则：（1）科学性：标准技术内容的确定以充分的实验验证和文献调研为基础，确保方法的准确度、精密度和灵敏度满足水质监测的实际需求。（2）适用性：充分考虑不同类型水样（地表水、地下水、海水、工艺废水等）的基体差异，确保方法具有良好的基体适应性和抗干扰能力。（3）规范性：严格遵循ISO导则和标准编写规则，确保标准结构合理、表述准确、逻辑清晰。（4）先进性：充分反映当前ICP-MS技术的最新发展成果，兼顾不同实验室的设备条件差异，提供适当的灵活性。（5）协调性：与ISO23655-1及相关放射性核素测定标准保持技术内容的协调与衔接。2.2标准制定过程ISO23655-2:2022的制定工作由ISO/TC147（水质技术委员会）下属的SC3（放射性方法分技术委员会）负责组织推进。2018年，由中国专家联合多国专家提出制定基于ICP-MS技术测定⁵⁹Ni和⁶³Ni国际标准的提案，经SC3全体成员国投票表决后正式立项。标准制定工作经历了工作草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等各阶段。在标准制定的关键节点，工作组向各成员国广泛征集技术意见和建议，先后收到来自中国、德国、法国、日本、韩国、英国、美国、芬兰等国家的大量技术反馈。工作组对各方意见逐条进行处理和回复，并组织开展了多次国际间实验室间比对试验，以验证方法的适用性和可重复性。2022年9月2日，ISO正式发布该标准。三、标准主要内容解读3.1标准适用范围ISO23655-2:2022规定了采用电感耦合等离子体质谱法测定水样中⁵⁹Ni和⁶³Ni活度浓度的方法。该标准适用于不同类型水样的测定，包括饮用水、地表水、地下水、海水、工艺废水以及核设施排放废水等。标准规定的探测限受样品基体、仪器灵敏度、化学回收率和测量时间等因素的影响，在优化条件下，⁶³Ni的探测限可达到较低水平，满足常规环境监测和核设施流出物监测的技术要求。3.2方法原理该标准所规定的ICP-MS测定方法基于以下技术原理：样品经适当的前处理（包括酸化、过滤、浓缩和基体分离等步骤）后引入ICP-MS系统。在电感耦合等离子体（ICP）的高温（约6000-8000K）作用下，样品溶液被有效原子化、电离，形成具有特征质荷比的正离子。这些离子经接口锥进入质谱分析系统，按照质荷比进行分离和检测。通过监测⁵⁹Ni（m/z59）和⁶³Ni（m/z63）的质谱信号强度，结合标准曲线或同位素稀释法，实现对待测核素的定量分析。需要注意的是，⁵⁹Ni的测定可能受到⁵⁹Co（稳定钴同位素）同量异位素干扰的影响，⁶³Ni的测定面临的主要干扰来自⁶³Cu（稳定铜同位素）和⁶³C¹⁶O¹⁴N⁺等多原子离子干扰。针对上述干扰问题，标准中规定了相应的消除策略，包括化学分离（如离子交换色谱法分离Ni与Co、Cu）、基体匹配、碰撞反应池技术等。3.3关键技术内容3.3.1样品采集与保存标准对水样的采集容器、采集方法、酸化保存条件和保存期限提出了明确要求。采集容器应采用经充分清洗的高密度聚乙烯（HDPE）或聚四氟乙烯（PTFE）材质。样品采集后应立即用硝酸酸化至pH<2，以防止水解沉淀和容器壁吸附损失。标准建议样品在酸化条件下可保存一定期限（通常以月计），具体根据样品基体特征而定。3.3.2样品前处理样品前处理过程包括过滤去除悬浮固体、消解破坏有机物、预浓缩富集以及基体分离纯化。对于基体较为复杂的水样（如海水、高盐度废水），标准推荐采用色谱分离方法（如Ni-特异性螯合树脂或阳离子交换树脂）将镍与共存干扰元素（尤其是Co、Cu）进行有效分离。化学回收率应通过加入⁶²Ni稳定同位素示踪剂或标准加入法进行测定和校正。3.3.3仪器条件与测量标准规定了ICP-MS仪器的工作条件优化要求，包括射频功率、载气流量、采样深度、离子透镜参数、碰撞反应池气体流量等。在测量模式方面，标准推荐优先采用碰撞/反应池模式以降低多原子离子干扰，使用的反应气体或碰撞气体通常为高纯氦气或氢气。同时，标准规定仪器在分析前需进行质量校准和灵敏度调谐，以确保在整个质量数范围内具有良好的分辨率和信号稳定性。3.3.4质量保证与质量控制在质量保证和质量控制方面，标准明确要求：-实验室应制定并实施适用的质量控制程序，定期使用有证标准物质进行方法验证；-每批样品分析应包含程序空白、平行样、加标回收样和质控样；-程序空白的测定值应低于方法探测限，平行样品的相对偏差应符合规定的允许范围；-加标回收率应在规定的控制区间内（通常为80%-120%）；-应定期参加实验室间比对活动，以验证实验室的检测能力。3.3.5结果计算与表达标准给出了⁵⁹Ni和⁶³Ni活度浓度的具体计算方法，包括基于标准曲线法的外标定量和基于⁶²Ni同位素稀释法的内标定量。计算结果应以贝可（Bq/L）为单位进行报告，并附以测量不确定度（通常以扩展不确定度表达，包含因子k=2，对应约95%的置信水平）。四、主要参与单位介绍4.1中国辐射防护研究院中国辐射防护研究院（ChinaInstituteforRadiationProtection，简称CIRP）作为本标准制定的核心参与单位在我国放射性核素分析监测技术研究领域发挥了关键作用。中国辐射防护研究院成立于1962年，是中国专门从事辐射防护与放射性环境监测研究的综合性科研机构，隶属于中国核工业集团有限公司。研究院下设辐射安全研究所、核环境科学研究所、放射性计量测试研究所等多个专业研究部门，拥有一支包括中国工程院院士在内的高水平科研团队。在放射性核素分析技术领域，该院长期致力于核设施流出物和环境样品中放射性核素的测定方法研究，主持或参与制定了多项国家和行业标准。在ISO23655-2:2022的编制工作中，中国辐射防护研究院承担了多项关键技术任务：一是牵头组织国内多家实验室开展ICP-MS测定⁵⁹Ni和⁶³Ni的协同实验，积累了大量的实验数据，为标准技术指标的确定提供了坚实的数据支撑；二是负责起草标准中有关样品前处理和干扰消除的核心技术条款；三是参与了国际实验室间比对试验，验证了方法在国际范围内的适用性。同时，该院还依托其在放射性计量与标准物质研制方面的技术积累，为标准中质量控制条款的制定提供技术支持。中国辐射防护研究院在⁵⁹Ni和⁶³Ni分析领域具有深厚的研究基础，较早开展了基于ICP-MS技术测定核设施退役废水、废树脂和结构材料中放射性镍同位素的方法研究，研究成果已成功应用于国内多座核电站的退役监测及流出物监督管理中。五、标准创新点与技术特色5.1引入现代质谱分析技术，实现分析效能质的飞跃ISO23655-2:2022将ICP-MS技术系统性地引入⁵⁹Ni和⁶³Ni的标准测定方法体系，相较于传统放射化学分析方法，在分析效率上实现质的飞跃。传统方法通常需要经过共沉淀、离子交换、萃取等多级化学分离后进行长时间的放射性计数；ICP-MS方法则可在较短时间内完成分离纯化和质谱测量全流程，显著缩短单个样品的分析周期，特别适合大批量退役监测样品的快速分析需求。5.2系统化解决干扰问题，保障数据质量可靠标准针对⁵⁹Ni测定中⁵⁹Co的同量异位素干扰以及⁶³Ni测定中⁶³Cu和复杂多原子离子干扰，提出了涵盖化学分离技术、碰撞反应池技术及干扰校正方程的多层次干扰消除策略体系。这一综合方案兼顾了不同基体类型和仪器配置条件下实验室的实际需求，提高了方法的普适性和可操作性。5.3建立完善的质控体系，确保结果可溯源标准建立了从样品采集到最终报告的全过程质量保证与质量控制体系，通过与有证标准物质、稳定同位素示踪剂和实验室间比对等多重手段的有效结合，切实保障测定结果在横向和纵向两个维度均具备充分的可靠性和可比性。这一体系为不同国家和实验室之间监测数据的互认与比较提供了标准化基础。六、标准实施预期效益与应用前景6.1环境监管与公众安全本标准的发布为各国核安全监管机构、环境监测部门和核设施运营单位提供了统一、科学的技术依据。通过建立全国乃至全球范围内的标准化监测方法，有助于建立可比较的放射性镍核素环境数据库，为公众辐射剂量评价和食品安全评估提供更加精准的数据输入。6.2核设施退役与废物管理在核设施退役过程中，快速、准确的⁵⁹Ni和⁶³Ni测定对于退役策略的制定与优化具有重要支撑作用。本标准所确立的ICP-MS方法可显著提升退役废物表征的分析效率，有效降低废物分类处置成本，对推动全球核电清洁退役和放射性废物最小化具有重要的技术经济价值。6.3核事故应急响应在核事故应急情形下，时效性是环境监测的生命线。ICP-MS方法将样品制备、测量与数据报告的全流程时间进一步缩短，对保障应急监测的快速响应和决策支持具有重要实际意义。6.4技术推广与实验室能力建设标准的发布为各实验室建立ICP-MS测定⁵⁹Ni和⁶³Ni能力提供了统一的技术范本，有助于推动该技术在全球范围内更广泛的实验室中的推广应用，促进各实验室间的技术交流与合作。七、结论与展望ISO23655-2:2022《水质镍-59和镍-63第2部分：使用ICP-MS的试验方法》的正式发布，填补了国际上基于ICP-MS技术测定水体中⁵⁹Ni和⁶³Ni的标准方法空白，是放射性核素分析标准化领域的一项重要成果。标准的制定紧密结合了当前全球核设施退役和环境放射性监测的迫切需求，充分吸收了ICP-MS技术领域的最新进展，系统解决了方法应用中的关键科学技术问题。该标准的实施将有力推动⁵⁹Ni和⁶³Ni监测工作的规范化和国际化进程，为全球辐射环境安全保障提供重要技术支撑。展望未来，随着质谱技术的持续进步和标准化工作的深入推进，该标准有望在以下方向进一步发展：一是向其他环境介质（如土壤、沉积物、生物样品等）拓展方法适用范围；二是与自动化前处理技术和在线监测技术相结合，实现更高通量的分析能力；三是推动⁵⁹Ni和⁶³Ni标准物质的研制与国际化互认，进一步提升监测数据的计量溯源性。中国将继续积极参与相关国际标准的制定和修订工作，为全球核安全与辐射环境保护事业贡献中国智慧和中国方案。参考文献[1]ISO23655-2:2022,Waterquality—Nickel-59andnickel-63—Part2:TestmethodusingICP-MS[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2022.[2]ISO/IEC