ISO 189902025 尿液中放射性的测量-238Pu、239Pu和240Pu-使用α光谱法或ICP-MS的测试方法标准立项发展报告

尿液中放射性的测量-238Pu、239Pu和240Pu-使用α光谱法或ICP-MS的测试方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:MeasurementofRadioactivityinUrine-238Pu,239Puand240Pu—TestMethodUsingAlphaSpectrometryorICP-MS摘要随着核能利用、核医学诊疗及核事故应急响应等领域的快速发展，人体内放射性核素内污染监测的需求日益迫切。钚同位素（²³⁸Pu、²³⁹Pu和²⁴⁰Pu）作为极毒性的α放射性核素，其摄入后的生物效应与健康风险高度依赖于体内活度的准确量化，而尿液分析作为生物监测的重要手段，亟需统一、规范且具备可操作性的国际测试方法标准。国际标准化组织（ISO）于2025年12月正式发布ISO18990:2025《尿液中放射性的测量——²³⁸Pu、²³⁹Pu和²⁴⁰Pu——使用α光谱法或ICP-MS的测试方法》，该标准填补了尿液基质中钚同位素测量缺乏统一国际规范的技术空白。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制过程、核心技术内容及适用范围，详细阐述了α光谱法和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）两种技术路径的方法学原理、关键技术参数与质量控制要求，分析了标准对辐射防护、核设施职业健康监护、核事故医学应急及环境公共卫生等领域的重要应用价值，并对标准实施后可能产生的技术引领效应与国际影响进行了展望。本报告旨在为相关检测机构、科研院所及监管部门理解和应用该标准提供全面参考。关键词：放射性测量；尿液分析；钚同位素；α光谱法；ICP-MS；国际标准AbstractWiththerapiddevelopmentofnuclearenergyutilization,nuclearmedicinediagnosisandtreatment,andnuclearaccidentemergencyresponse,theneedformonitoringinternalcontaminationofradionuclidesinthehumanbodyhasbecomeincreasinglyurgent.Asextremelytoxicalpha-emittingradionuclides,thebiologicaleffectsandhealthrisksassociatedwiththeintakeofplutoniumisotopes(²³⁸Pu,²³⁹Pu,and²⁴⁰Pu)arehighlydependentonaccuratequantificationofinternalactivity,andurinalysis,asanimportantbioassaymethod,urgentlyrequiresaunified,standardized,andoperableinternationaltestmethodstandard.InDecember2025,theInternationalOrganizationforStandardization(ISO)officiallyreleasedISO18990:2025"Measurementofradioactivityinurine—²³⁸Pu,²³⁹Puand²⁴⁰Pu—TestmethodusingalphaspectrometryorICP-MS,"whichfillsthetechnicalgapoflackingunifiedinternationalspecificationsforplutoniumisotopemeasurementinurinematrix.Thisreportsystematicallyreviewstheprojectbackground,developmentprocess,coretechnicalcontent,andapplicationscopeofthestandard,elaboratesonthemethodologicalprinciples,keytechnicalparameters,andqualitycontrolrequirementsofthetwotechnicalapproaches—alphaspectrometryandinductivelycoupledplasmamassspectrometry(ICP-MS),analyzesthesignificantapplicationvalueofthestandardinradiationprotection,occupationalhealthsurveillanceatnuclearfacilities,nuclearaccidentmedicalemergencyresponse,andenvironmentalpublichealth,andprovidesanoutlookonthetechnicalleadershipeffectsandinternationalimpactaftertheimplementationofthestandard.Thisreportaimstoprovideacomprehensivereferenceforrelevanttestinginstitutions,researchinstitutes,andregulatoryauthoritiesinunderstandingandapplyingthisstandard.Keywords:Radioactivitymeasurement;Urinalysis;Plutoniumisotopes;Alphaspectrometry;ICP-MS;Internationalstandard1引言1.1立项背景钚（Plutonium，Pu）作为锕系元素中最具代表性的超铀核素之一，在核工业领域具有极其重要的战略地位。²³⁹Pu和²⁴⁰Pu是核裂变反应堆运行及核武器研制过程中的关键裂变产物和核燃料组分，²³⁸Pu则广泛用于放射性同位素热电发生器（RTG）、心脏起搏器电源及航天器深空探测任务中。随着全球核能开发利用规模的持续扩大，核燃料循环各环节涉及的从业人员数量不断增长，职业性摄入钚核素的风险相应增加。与此同时，核事故（如福岛核事故、切尔诺贝利核事故）中释放的钚核素可通过吸入、食入及创伤吸收等途径进入人体，构成内照射健康威胁。钚同位素属于极毒性α放射性核素，其摄入后在人体内主要沉积于骨骼和肝脏，生物学半衰期长达数十年乃至上百年。内照射剂量评估的科学性和准确性，直接决定了对涉核人员健康风险判定的可靠性。尿液生物监测（UrinaryBioassay）作为评估体内钚摄入量和内照射剂量的重要技术手段，通过测量尿液中钚同位素的活度浓度，结合生物动力学模型反推摄入量和待积有效剂量，在职业健康监护和核事故应急评估中发挥着不可替代的作用。然而，在国际标准层面，长期缺乏针对尿液中钚同位素测量的专门测试方法标准。各实验室在样品前处理、化学分离、测量手段及结果表达等方面存在显著差异，导致不同实验室间的测量结果可比性不足，给跨机构数据互认和监管评估带来困难。因此，制定统一的国际标准测试方法，已成为辐射防护领域的重要技术需求。1.2目的与意义ISO18990:2025的制定旨在为全球实验室提供一套科学、规范、可操作的尿液基质中²³⁸Pu、²³⁹Pu和²⁴⁰Pu测量方法，包括样品采集与保存、前处理、化学分离纯化、测量仪器条件及结果计算等全流程技术要求，以确保测量结果的准确性、可靠性和可比性。该标准的意义体现在多个维度。在辐射防护层面，统一的测量标准有助于提升内照射剂量评估的准确性，从而为职业人员的健康保护和辐射防护最优化提供更有力的技术支撑。在应急响应层面，标准化的测量方法能够确保核事故后快速、准确的大规模人员尿液样品筛查，为医学干预决策赢得宝贵时间。在国际合作与互认层面，该标准为各成员国实验室间测量结果互认提供了统一技术基准，促进辐射监测数据在全球范围内的可比性和可信度。1.3标准编制过程ISO18990:2025由国际标准化组织下设的核能技术委员会ISO/TC85（Nuclearenergy,nucleartechnologies,andradiologicalprotection）负责制定，具体由SC2（Radiologicalprotection）分技术委员会推进。该标准的编制遵循ISO/IEC导则所规定的技术工作程序，经历了建议阶段（NP）、准备阶段（WD）、委员会阶段（CD）、询问阶段（DIS）和批准阶段（FDIS）等多个阶段。在编制过程中，来自各成员国的辐射测量技术专家、放射化学分析专家及核安全监管人员等围绕standard中涉及的样品前处理方法、放化分离流程、测量条件优化、不确定度评定及质量保证措施等关键技术环节进行了多轮深入讨论和技术论证。标准工作组在广泛收集和比较各成员国现行方法的基础上，兼顾了不同实验条件和技术水平下实验室的可操作性，最终形成了协调一致的技术方案。该标准于2025年12月正式发布，成为ISO在生物放射性测量领域的重要新成果。2标准主要内容2.1范围ISO18990:2025规定了采用α光谱法或电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定尿液样品中²³⁸Pu、²³⁹Pu和²⁴⁰Pu活度浓度的测试方法。该标准适用于职业内污染监测、核事故应急监测以及公众健康评估等场景下的人尿样品分析。标准明确界定了其适用条件和技术边界：（1）在样品类型方面，适用于人体新鲜尿液样品，包括常规体检采集的尿样、核事故后应急筛查尿样及需长期跟踪监测的随访尿样。样品应在采集后按照规定的条件进行保存和运输，以最大限度减少核素损失和基质变化。（2）在检测能力范围方面，标准规定的测量范围涵盖低水平环境暴露和职业摄入水平至事故性高摄入水平。²³⁹Pu和²⁴⁰Pu的最小可探测活度（MDA）在α光谱法下可达到约0.5mBq/L，在ICP-MS法下可达到约0.1mBq/L量级，具体MDA取决于仪器性能、化学回收率、测量时间及样品体积等因素。（3）在技术方法方面，标准提供了两种等效可选的测量技术路径。α光谱法基于核衰变产生的α粒子能量测量，具有优异的分辨能力和极低的天然背景干扰，但受限于较长的计数时间；ICP-MS法基于原子质荷比的分离与检测，具有较高的样品通量和较低的探测限，但需严格控制质谱干扰和基体效应。标准允许实验室根据自身设备条件和分析需求选择适宜的方法，并对两种方法均规定了完整的技术要求。2.2规范性引用文件该标准规范性引用了以下国际标准和文件：-ISO11929:2010电离辐射测量的特征极限（判定阈值、探测极限和置信区间限值的确定）——基本原则及应用-ISO/IEC17025:2017检测和校准实验室能力的通用要求-ISO5725（所有部分）测量方法和结果的准确度（真实度和精密度）-ISO80000-10:2019量和单位——第10部分：原子物理和核物理-ISO18589-1:2019环境辐射测量——土壤——第1部分：一般指南和定义-ISO28218:2010辐射防护——生物测定数据的性能标准-ISO20553:2006辐射防护——职业内污染监测中工作人员体内放射性核素监测的最优方法监测频率安排指南-IEC61563:2019辐射防护仪器——人体放射性污染测量装置2.3术语和定义标准界定了如下核心术语和定义：-生物测定（Bioassay）：通过测量人体生物样品（如尿液、粪便、血液等）中放射性核素的活度或活度浓度，对内照射摄入量和待积有效剂量进行评估的程序和方法。-α光谱法（Alphaspectrometry）：基于不同放射性核素衰变所释放α粒子的特征能量差异，利用半导体探测器进行能量分析和计数测量的核分析方法。-电感耦合等离子体质谱法（Inductivelycoupledplasmamassspectrometry，ICP-MS）：以电感耦合等离子体为离子源，以质谱仪为质量分析器，对样品中元素的同位素含量进行定量分析的方法。-化学回收率（Chemicalrecovery）：在样品前处理和化学分离过程中，目标核素经全程操作后所保留的百分比，用于校正分析过程中的化学损失。-最小可探测活度（Minimumdetectableactivity，MDA）：在给定的测量条件和置信水平下，能够被可靠探测到的最小活度值。-加标样品（Spikedsample）：在空白或天然样品中加入已知量待测核素的模拟样品，用于校准和方法验证。2.4符号和缩略语标准中涉及的主要符号和缩略语包括：-Pu：钚（Plutonium）-²³⁸Pu：钚-238，α衰变核素，半衰期87.7年，主要α粒子能量5.499MeV（72%）和5.456MeV（28%）-²³⁹Pu：钚-239，α衰变核素，半衰期2.41×10⁴年，主要α粒子能量5.157MeV（73%）和5.144MeV（15%）-²⁴⁰Pu：钚-240，α衰变核素，半衰期6.56×10³年，主要α粒子能量5.168MeV（73%）和5.123MeV（27%）-²³⁶Pu：钚-236，示踪核素，半衰期2.858年，用于化学回收率校正-²⁴²Pu：钚-242，示踪核素，半衰期3.75×10⁵年，用于ICP-MS法回收率校正-ICP-MS：电感耦合等离子体质谱法-MDA：最小可探测活度-Bq/L：贝克勒尔每升，活度浓度单位-mBq/L：毫贝克勒尔每升，低水平活度浓度单位-U：测量不确定度（扩展不确定度，k=2）2.5方法学原理2.5.1α光谱法原理α光谱法的基本原理是：经化学分离纯化后的钚同位素样品制备成薄源，置于高分辨率半导体探测器（通常为离子注入硅探测器PIPS）前，通过探测钚同位素α衰变释放的特征能量粒子来实现核素的定性和定量分析。不同钚同位素的α粒子能量差别较小（如²³⁹Pu和²⁴⁰Pu之间的能量差仅约11keV），因此要求探测器具有优异的能量分辨率（通常FWHM≤25keV）。在定量方面，通过已知活度的²³⁶Pu示踪剂进行化学回收率校正，结合样品体积、测量时间及探测效率等参数计算各钚同位素的活度浓度。2.5.2ICP-MS法原理ICP-MS法的基本原理是：尿液样品经化学分离富集后，以溶液形式引入电感耦合等离子体离子源中，在高温（约6000–8000K）条件下被原子化和电离，产生的钚离子经接口锥进入质谱分析器，依据质荷比（m/z）进行分离和检测。²³⁹Pu⁺和²⁴⁰Pu⁺的质荷比分别为239和240，通过高分辨质谱或碰撞反应池技术有效消除分子离子干扰（如²³⁸U¹H⁺对²³⁹Pu⁺的干扰等）。²⁴²Pu或²³⁶Pu作为内标示踪物校正基体效应和仪器漂移。ICP-MS具有较高的分析通量和灵敏度，适用于大批量样品的快速筛查。2.6试剂与材料标准对实验用试剂和材料提出了明确要求。在酸类试剂方面，硝酸、盐酸、氢氟酸等无机酸应使用优级纯（或等效纯度以上），以最大限度降低试剂空白对测量结果的影响。超纯水的电阻率应不低于18MΩ·cm。用于配制标准溶液和示踪剂溶液的标准物质应溯源至国际或国家标准。离子交换树脂（如AG1-X8阴离子交换树脂，100–200目）用于钚的分离纯化，标准对不同型号树脂的预处理方法和使用条件进行了规范。用于α光谱法源制备的电沉积不锈钢盘或抛光铂盘应符合规定的表面光洁度要求。其他辅助材料包括制膜材料（如硫酸铵电解质溶液等）、pH试纸、离心管等均应符合分析纯度要求。2.7仪器设备2.7.1α光谱仪系统用于α光谱法测量的系统应包括：PIPS半导体探测器（或同等级别的金硅面垒探测器），有效探测面积通常为300–600mm²，本底计数率应低于2×10⁻³s⁻¹（在5–6MeV能量区间）；多道分析器（MCA），道数不低于1024道，以保证足够的能量分辨率；真空测量腔体，工作真空度应保持在10⁻³mbar以下以减少α粒子在空气中的能量损失；以及配套的谱分析软件，应具备能量刻度、效率刻度、峰面积计算及不确定度评定等功能。2.7.2ICP-MS系统ICP-MS系统应包括：样品引入系统（配备高盐雾化器或微量进样系统）、等离子体离子源、接口区（采样锥和截取锥）、离子聚焦系统、质量分析器（四极杆、扇形磁场或三重四极杆）以及检测器系统。对于低水平钚测量，推荐使用三重四极杆ICP-MS（ICP-QQQ）或高分辨扇形磁场ICP-MS（SF-ICP-MS），以有效抑制²³⁸U¹H⁺、²³⁸U²⁺等质谱干扰。仪器应具备脉冲计数检测