ISO 131602021 水质 - 锶90和锶89 - 使用液体闪烁计数或比例计数的测试方法标准立项发展报告

水质-锶90和锶89-使用液体闪烁计数或比例计数的测试方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:WaterQuality—Strontium90andStrontium89—TestMethodsUsingLiquidScintillationCountingorProportionalCounting摘要随着核能事业的快速发展与核技术应用的日趋广泛，放射性核素对水环境的影响日益受到国际社会关注。锶-90（⁹⁰Sr）和锶-89（⁸⁹Sr）作为核裂变的重要产物，具有较高的放射毒性和较长的环境滞留时间，是水质放射性监测的关键指标之一。ISO13160:2021《水质-锶90和锶89-使用液体闪烁计数或比例计数的测试方法》由国际标准化组织（ISO）发布，系统规定了地表水、地下水、海水及废水中⁹⁰Sr和⁸⁹Sr活度浓度的测定方法，涵盖化学分离富集、液体闪烁计数和比例计数两种测量技术，并建立了完整的质量保证与质量控制体系。本报告全面梳理了该标准的立项背景、技术内容、修订历程、应用现状及国际影响，分析了标准实施中的关键技术要点和实验室能力要求，并对标准未来修订方向及我国相关标准体系的完善提出建议。报告认为，ISO13160:2021作为该领域唯一的国际通用方法标准，对于统一全球放射性水质监测技术、保障核环境安全及促进核能可持续发展具有重要的技术支撑作用。关键词：锶-90；锶-89；液体闪烁计数；比例计数；水质监测；放射性核素；ISO标准Keywords:Strontium-90;Strontium-89;LiquidScintillationCounting;ProportionalCounting;WaterQualityMonitoring;Radionuclides;ISOStandard1引言1.1立项背景核能开发利用在为社会提供清洁能源的同时，也带来了放射性废物处理和核环境安全等重大挑战。在各类放射性核素中，锶-90（⁹⁰Sr）和锶-89（⁸⁹Sr）因其特殊的核性质和生物毒性而备受关注。⁹⁰Sr半衰期约28.8年，发射纯β射线（最大能量0.546MeV），其化学性质与钙相似，易于通过食物链进入人体骨骼并长期滞留，是公认的高毒性放射性核素。⁸⁹Sr的半衰期约为50.5天，同样为纯β辐射体（最大能量1.492MeV），在核事故早期监测和环境评估中具有重要指示意义。2011年福岛核事故后，全球对水环境中放射性锶的监测需求急剧上升。事故期间大量放射性废水排入海洋，⁹⁰Sr的准确测定成为环境风险评估和公共健康保护的关键环节。然而，由于⁹⁰Sr和⁸⁹Sr均为纯β发射体，无特征γ射线可供直接测量，且环境样品中天然放射性核素（如⁴⁰K、铀系和钍系核素）及人工放射性核素（如¹³⁷Cs、⁹⁰Y等）会形成显著干扰，其测定在放射化学分析领域一直属于技术难度较高的项目。在此背景下，制定一项具有普遍适用性的国际标准方法，对于规范全球水质放射性锶监测技术、确保监测数据的可比性和可靠性具有十分迫切的需求。1.2标准基本信息ISO13160:2021《水质-锶90和锶89-使用液体闪烁计数或比例计数的测试方法》由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization，简称ISO）发布，归口管理于ISO/TC147（水质技术委员会）及其下属SC3（放射性方法分技术委员会）。该标准现行有效，发布日期为2021年7月14日，替代此前版本ISO13160:2015。标准全文为英文版，分类号为水的物理特性检验。2标准的主要内容2.1标准适用范围ISO13160:2021规定了使用液体闪烁计数（LiquidScintillationCounting,LSC）或比例计数（ProportionalCounting）测定水样中⁹⁰Sr和⁸⁹Sr活度浓度的测试方法。该标准适用于各类水体的放射性锶测定，包括：-地表水（河流、湖泊、水库）-地下水-海水及微咸水-饮用水-工业废水和生活污水-核设施排放监测水样标准规定的测量范围覆盖了从环境本底水平（约0.01Bq/L量级）到高放射性污染水样（10⁶Bq/L以上）的宽动态区间。具体的可测量范围取决于样品体积、化学回收率、测量时间及仪器本底等综合因素。2.2方法原理概述标准中规定的分析方法基于以下核心原理：化学分离与纯化：锶离子经过硝酸沉淀法或离子交换色谱法从水样基质中分离，与干扰性核素（特别是钙、钡、镭等同族元素及⁹⁰Y子体）分离纯化。经典的发烟硝酸沉淀法基于锶与钙在硝酸溶液中的溶解度差异实现分离，而阳离子交换树脂法则利用不同金属离子对树脂亲和力的差异进行选择性分离。⁹⁰Sr与⁸⁹Sr的区分测定：由于⁹⁰Sr和⁸⁹Sr均为纯β放射体且能谱相互重叠，标准采用两种时间分辨策略加以区分：（1）直接测量法——通过化学分离后立即测量总的锶放射性（⁸⁹Sr+⁹⁰Sr），同时利用⁹⁰Sr衰变产生的子体⁹⁰Y（半衰期64小时）的独立测量，采用生长-衰变方程推算⁹⁰Sr和⁸⁹Sr各自的活度。（2）⁹⁰Y萃取测量法——在锶分离后等待一定时间使⁹⁰Y达到放射性平衡，然后通过溶剂萃取或共沉淀法分离⁹⁰Y并测量其β放射性，回溯计算⁹⁰Sr活度，⁸⁹Sr则通过总锶测量与⁹⁰Sr测量之差求得。测量技术路线：-液体闪烁计数法（LSC）：将纯化后的锶或钇样品与闪烁液混合，通过光电倍增管记录β粒子激发产生的闪烁光子。LSC方法灵敏度高、样品制备简单，适用于低活度环境样品的测量。-比例计数法（PC）：将锶以碳酸盐或硫酸盐形式制成薄源，在流气式正比计数器中测量β计数。比例计数法具有较好的能量分辨率和较低的探测下限，尤其适用于⁹⁰Sr/⁹⁰Y达到平衡后的总β测量。2.3关键技术步骤标准对分析流程中的关键环节给出了详细的技术规定：（1）样品采集与预处理标准引用ISO5667-3采样保存导则，要求水样采集后立即用硝酸酸化至pH<2，以抑制微生物活动并防止核素在容器壁上的吸附损失。样品应在采集后尽快进行分析，如需储存，保存时间不宜超过六个月。（2）载体与回收率测定标准规定在样品预处理前加入已知量的稳定锶载体（通常为10-20mgSr²⁺），用于监测化学分离过程中的回收率。最终通过原子吸收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）或重量法测定回收率，要求回收率介于60%-110%之间方可接受。（3）锶的化学分离标准推荐两种分离方案：一是经典的发烟硝酸沉淀法，利用Sr(NO₃)₂在浓硝酸中的低溶解度与钙、镁等干扰离子分离，该方法回收率高但操作复杂，需使用大量发烟硝酸；二是离子交换色谱法，使用强酸性阳离子交换树脂（如Dowex50W-X8），通过选择性淋洗实现锶与干扰元素的分离，该方法相对安全简便，易于标准化操作。（4）⁹⁰Y分离（可选路线）对于需单独测定⁹⁰Sr的样品，标准规定在锶分离纯化后，收集⁹⁰Y生长时间（通常为14天以上达到平衡），然后通过液-液萃取（如磷酸三丁酯/硝酸体系）或氢氧化铁共沉淀法分离⁹⁰Y，制源后测量。（5）测量与计算标准对测量条件给出了明确建议：LSC测量时推荐使用低钾玻璃瓶或聚乙烯瓶，闪烁液选择应根据样品盐度和淬灭水平优化；比例计数时，建议源厚度控制在2mg/cm²以下以减小自吸收效应。活度计算需综合考虑化学回收率、计数效率、本底计数率、衰变校正和子体生长因子等因素，标准给出了完整的计算公式和不确定度评估流程。2.4质量保证与质量控制ISO13160:2021对实验室质量保证体系提出了系统性要求：-方法验证：实验室在使用该方法前，应通过分析标准参考物质或有证标准溶液进行方法验证，确认偏差在±15%以内。-空白控制：每批次分析应至少包含一个全程序空白样品，空白值应低于方法探测限。-平行样分析：每批次样品应随机选取不少于10%的样品进行平行双样分析，相对偏差应控制在20%以内。-加标回收：每批次分析应包含加标样品，加标回收率应在70%-120%范围内（视样品基体复杂度而定）。-实验室间比对：鼓励实验室定期参加国际或区域性的能力验证活动。2.5探测限与测量不确定度标准附录中给出了方法探测限的估算指南。在典型条件下（样品量1L、测量时间1000min、化学回收率80%），采用LSC方法的⁹⁰Sr探测限可达到0.01Bq/L量级，⁸⁹Sr探测限约为0.05Bq/L；采用比例计数法时，⁹⁰Sr探测限约为0.02Bq/L。测量不确定度评估遵循ISO/IECGuide98-3（GUM）框架，应综合考虑计数统计涨落、化学回收率测定误差、校准源活度不确定度、称量和移液误差等因素。3标准修订历程与演进3.1版本沿革ISO13160的发展历程反映了国际社会对放射性锶监测技术认知的不断深入：首次发布（2015年）：ISO13160:2015为首次发布版本，整合了此前分散于各国标准中的技术程序，统一了液体闪烁计数和比例计数两种技术路线的方法学要求，建立了该领域的首个国际通用方法标准。本次修订（2021年）：ISO13160:2021在充分吸收2015版实施以来积累的应用经验和科研成果基础上进行了系统性修订。主要变化包括：（1）更新了化学分离流程的细节参数，提高了离子交换法的可操作性；（2）增加了⁹⁰Y萃取分离方案的详细操作规程；（3）修订了探测限的计算方法，引入更严格的统计学判据；（4）更新了不确定度评定示例，增加了基于蒙特卡洛方法的实例；（5）补充了高盐度样品（海水）前处理的特殊要求。3.2标准技术演进趋势从技术演进角度看，ISO13160的修订体现了以下几个趋势：-从单一技术向多元化技术兼容发展：早期各国家标准通常只规定一种测量技术，而ISO13160将LSC和PC两种主流技术纳入统一框架，提升了标准的普适性。-从经验性操作向规范化流程转变：对化学分离、制源、测量等环节给出了更精细的参数范围和操作指引，减少了人为因素对结果的影响。-从简单结果报告向全面质量体系转变：强调不确定度评估和全流程质量控制，使标准与国际计量学发展保持同步。4标准实施的意义与作用4.1保障核环境安全的重要技术支撑⁹⁰Sr是评估核设施正常运行排放及事故释放对环境影响的核心核素之一。世界卫生组织（WHO）《饮用水水质准则》（第四版）中规定了饮用水中⁹⁰Sr的指导值为10Bq/L。ISO13160:2021提供的标准化方法能够满足该指导值的监测要求，为各国饮用水安全监管提供了可靠的技术手段。4.2促进核能事业可持续发展的基础保障随着全球对清洁能源的重视，核电发展呈加速态势。我国在建核电机组数量居世界首位，核电厂液态流出物中⁹⁰Sr的常规监测和排放控制需要采用与国际接轨的标准方法。ISO13160:2021为我国核设施营运单位和监督管理部门提供了与国际同步的技术依据。4.3完善放射性水质标准体系的关键环节当前，我国现行的放射性水质分析方法标准体系中，涉及⁹⁰Sr测定的标准主要包括GB/T6767（水中⁹⁰Sr的放射化学分析方法）等。这些标准制定的年代较早，部分技术参数和质控要求已难以完全适应当前监测需求。ISO13160:2021的内容更新为我国相关标准的修订提供了参考和借鉴。4.4推动数据国际互认的桥梁作用ISO13160:2021为各国实验室提供了统一的方法学框架。在跨境河流水质监测、国际核安全合作、海洋放射性污染评价等领域，采用统一的国际标准能够有效促进监测数据的国际互认，减少因方法差异导致的数据争议。5参与修订的主要单位国际标准化组织水质技术委员会放射性方法分技术委员会（ISO/TC147/SC3）是负责本标准的制修订工作的技术组织。该分技术委员会秘书处至今由瑞典标准协会（SIS,SwedishInstituteforStandards）承担，主席和召集人来自多个成员国。ISO/TC147/SC3的工作范围涵盖水质放射性核素分析的所有方法标准，目前活跃的标准项目还包括ISO9696（总α活度）、ISO9697（总β活度）、ISO10703（γ能谱法测定放射性核素）、ISO13161（水中氚的测定）等。分委会汇聚了来自各国标准化机构、核研究机构和环境监测实验室的数十名专家，其标准制定严格遵循ISO/IEC导则的程序要求，经过提案、起草、委员会询问、批准等各阶段，确保标准的技术先进性和广泛适用性。我国是ISO/TC147的积极成员（P成员），中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所、中国原子能科学研究院、中国辐射防护研究院等单位的专家长期参与SC3的各项标准制定工作，在ISO13160的修订过程中曾积极反馈意见并参与国际实验室间比对验证工作。6结论与展望ISO13160:2021作为水质放射性锶测定的国际核心方法标准，以其科学严谨的技术内容、系统完备的质量控制体系和广泛的适用性，在核环境监测领域发挥着不可替代的作用。该标准的实施对于统一全球范围内⁹⁰Sr和⁸⁹Sr的测定技术、保障核能安全利用和环境辐射监测数据的可靠性具有重要价值。展望未来，该领域标准的发展可能出现以下方向：第一，质谱技术的引入与融合。随着电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）和热电离质谱（TIMS）技术的快速发展，基于原子计数的⁹⁰Sr测定方法在灵敏度方面展现出显著优势。未来的标准修订可能增加质谱方法的选项，实现放射计数与原子计数的技术互补。第二，自动化与在线监测技术的标准化。自动化样品前处理系统及在线放射性监测装置的日趋成熟，对相关标准提出了新的需求。将自动化和在线测量方法纳入标准体系，将是未来值得关注的方向。第三，与核事故应急监测需求的进一步衔接。福岛核事故的经验表明，应急情境下的快速筛查方法具有特殊重要性。未来标准可能增设快速应急测定程序，在准确性和时效性之间提供分层方案。第四，我国标准体系的协同发展。建议我国相关标准化技术委员会密切跟踪ISO13160的后续修订动态，适时启动我国现行标准的修订工作，加强与国际标准的衔接协调，提升我国在水质放射性监测领域的标准国际化水平。总而言之，ISO13160:2021的发布和持续发展反映了国际社会在放射性水质监测领域的共同技术进步与制度演进。参考文献[1]ISO13160:2021,Waterquality—Strontium90andstrontium89—Testmethodsusingliquidscintillationcountingorproportionalcounting[S].Geneva:InternationalOrg