水的放射性水平是水质放射性污染监测的重要指标，饮用水与人们的生活息息相关，因此饮用水是否受到放射性污染是人们普遍关心的一个问题^[1]。通常居民体内内照射是通过饮水和摄食引起的，而水是人类摄入天然放射性核素和人工放射性核素的主要途径之一，估算饮水所致居民内照射年均有效剂量可以了解饮用水对公众健康的影响^[2]。水中总α和总β放射性水平可作为水质放射性监测的重要指标，WHO的出版物“饮用水质量指导准则”中推荐，当水中总α和总β活度超过筛查水平任一项(分别是0.5和1 Bq/L)，则应鉴定产生这一活度值的某些特定的放射性核素，并测量它们每一种放射性核素的活度浓度^[3]。目前，关于呼和浩特市出厂水总放射性监测，申娜等^[4]进行过报道，而水中放射性核素的详细监测分析还没有相关报道。本研究通过采集呼和浩特市城区全部9个水厂的出厂水并测量分析水中的总放射性活度和特定核素的放射性活度，估算通过饮水所致居民内照射的年均有效剂量。

一、 材料与方法

1.样品采集：采集呼和浩特市城区全部9个水厂的出厂水水样，采集样品前用出厂水冲洗水桶3次，加入200 ml硝酸，采集量为20 L。贴好标签。

2.样品制备：

(1)总放射性测量样品的制备：量取1 L的水放入烧杯中置于可调温的电热板上蒸发浓缩，直至水样浓缩至大约100 ml时将浓缩液转移至已预先在350℃下恒重的陶瓷蒸发皿中。用少量65%～68%硝酸(＜1.5 ml)冲洗烧杯3次并将冲洗液倒入蒸发皿中。量取1 ml硫酸缓慢滴入蒸发皿中，待硫酸与浓缩液充分混合后放置于可调温电热板上缓慢蒸发直至硫酸烟雾散尽。将蒸发皿放入马弗炉中在350℃下灼烧1 h，取出后放入干燥器中冷却至室温。刮取、研磨、称量蒸发皿中的残渣，将残渣放入样品盘中铺平，待测量^[5]。

(2)γ能谱测量样品的制备：量取18 L水放入烧杯中置于可调温的电热板上缓慢蒸发浓缩，冷却至室温，将浓缩液转移至2 L的马林杯中, 用少量超纯水冲洗烧杯3次并将冲洗液倒入马林杯中，用PVC电气胶带将马林杯密封。放置30 d，待²²⁶Ra及其子体达到平衡以后进行测量^[6]。

(3)电感耦合等离子体质谱法测量样品的制备：将所有样品按照每100 ml的水样中加入1 ml硝酸的比例添加硝酸，所有的样品均经过过滤处理。取10 ml水样加入²⁰⁸Bi作为内标，所有样品中内标²⁰⁸Bi浓度均是1 μg/L，充分摇匀，待测量^[7]。

3.实验仪器：采用德国BERTHOLD公司生产的LB770型10道流气式低本底总α、β测量仪测量总α和总β的放射性活度。该探测器的直径为60 mm，α和β本底计数率分别为＜0.5和1计数/min。采用美国ORTEC公司生产的高纯锗γ能谱仪测量核素的放射性。该仪器的相对效率为36%, 在⁶⁰Co的1.33 MeV能量分辨率为1.72 keV。采用美国ThermoFinnigan公司生产的Element Ⅱ型高分辨率等离子体质谱仪测量水中铀浓度。该仪器的载气流量是0.98 ml/min、辅助气流量是0.8 ml/min、冷却气流量是16.0 ml/min、射频发生器的功率是1 200 W^[8]。采用德国SARAD公司生产的RTM2200型测氡仪测量饮用水氡含量。该仪器500 ml的采样瓶的水氡探测效率是3.61计数·min^-1·Bq^-1·L 、探测下限0.156 Bq/L、刻度因子0.90±0.01^[8]。

4.测量方法

(1)总α和总β的放射性活度的测量方法：样品的总α和总β的放射性活度分别选用标准曲线和薄样法测量^[9]，按照国家标准《生活饮用水标准检验方法─放射性指标》中的公式计算样品中总α和总β的放射性活度(A_v)^[5]，如公式(1)所示：

$ {A_v} = \frac{{\left( {{n_x} - {n_0}} \right)W}}{{\varepsilon mV}} \times 1.02 $

(1)

式中，n_x为样品的α、β计数率，计数/s；n₀为测量系统的α、β本底计数率，计数/s；W为水样残渣总质量，mg；ε为计数系统α、β计数效率；m为样品盘中待测样品的残渣质量，mg；V为水样体积，L；1.02为每L水样中加入20 ml硝酸的体积修正系数。

(2)放射性核素活度的测量方法：选用²²⁶Ra衰变子体核素²¹⁴Pb和²¹⁴Bi在609.3和351.9 keV能量峰γ射线来计算出厂水中²²⁶Ra的活度浓度(A)^[10]，如公式(2)所示：

$ A = \frac{{{N_{{\rm{net}}}}}}{{P\eta V}} $

(2)

式中，N_net为减去本底后该核素的γ射线全能峰净计数率，s^-1；P为该核素的γ射线发射概率；η为该核素的γ射线效率；V为待测样品的体积，L。

⁴⁰K和¹³⁷Cs的γ射线能量峰分别为1 460.8和661.7 keV。⁴⁰K和¹³⁷Cs的活度浓度利用公式(2)计算。

测量结果的扩展不确定度用公式(3)计算^[10]：

$ \mu = K\sqrt {\mu _{\rm{A}}^2 + \mu _{\rm{B}}^2} $

(3)

式中，μ_A为A类不确定度，由统计计数的不确定度贡献；μ_B为B类不确定度，由标准刻度源不确定度贡献；K为包含因子，K=2。

A类不确定度用公式(4)计算：

$ \mu = \sqrt {\frac{{{N_{\rm{s}}}}}{{t_{\rm{s}}^2}} + \frac{{{N_{\rm{b}}}}}{{t_{\rm{b}}^2}}} $

(4)

式中，N_s和N_b分别为样品和本底的净面积计数；t_s和t_b分别为样品和本底的测量时间，s。

样品探测下限的计算用公式(5)计算^[10]：

$ {L_{\rm{D}}} = \frac{{2K\sqrt N }}{{\varepsilon rvt}} $

(5)

式中，ε为特征γ射线全能峰探测效率；r为所考虑核素预处理回收率, %；t为样品测量时间，s；V为样品的体积，L；K=1.645。

(3)水氡含量的测量方法：量取500 ml的水放入采样瓶中，将采样瓶与德国SARAD公司生产的RTM2200测氡仪连接，将测氡仪调至快速模式，每隔5 min记录1次数据，并将数据输入软件得出结果。

(4)居民饮水所致内照射年均有效剂量:用公式(6)来表示。

$ AEV = A \times C \times V $

(6)

式中, A为饮用水中的总放射性活度，Bq/L；C为成人摄入某种放射性核素的剂量转换系数，mSv/Bq，成人α总剂量转换系数为3.58×10^-4 mSv/Bq；V为成人年均饮水量, L/年，WHO推荐为730 L/年^[9]。

5.质量控制：α粉末标准物质(²⁴¹Am)比活度为14.7 Bq/g, β粉末标准物质(⁴⁰K)比活度为16.1 Bq/g, 标准源均由中国计量科学院提供；检测样品的仪器均由国家计量检定部门检定。本实验室连续4年参加中国疾病预防控制中心实验室间检测能力比对工作，成绩均合格。

二、 结果

1.总α和总β的放射性活度的测量结果：9个水厂的出厂水的总放射性测量结果列于表 1。由表 1可知，总α活度浓度范围是0.129～0.232 Bq/L；总β活度浓度范围是0.107～0.222 Bq/L。

2. γ能谱测量:结果列于表 2。由表 2可知，²¹⁴Pb的活度浓度范围是0.003～0.042 Bq/L；²¹⁴Bi的活度浓度范围是0.002～0.027 Bq/L；由²¹⁴Pb和²¹⁴Bi推算出²²⁶Ra的活度浓度范围是0.007～0.034 Bq/L；⁴⁰K的活度浓度范围是0.010～0.210 Bq/L；¹³⁷Cs的活度浓度范围是0.003～0.007 Bq/L。

3.铀浓度和水中氡含量的测量结果：列于表 3。由表 3可知，铀浓度范围是2.2～4.7 μg/L(即0.056～0.120 Bq/L)，其中金河水厂的浓度最高。水氡含量范围是0.13～6.20 Bq/L，其中金河水厂的值最低。

4.居民通过饮水所致内照射年均有效剂量：通过公式(6)计算，居民通过饮水摄入总α放射性所致年均有效剂量范围是0.034～0.063 mSv/年，低于WHO饮用水质量指导准则推荐的待积有效剂量0.1 mSv/年^[3]。

三、 讨论

一般认为，水中总α放射性贡献主要来自U、²²⁶Ra、Th；水中总β放射性贡献来源于⁴⁰K。地下水在形成及流动的过程中可能会溶入一定量的天然放射性核素。水中总α、总β放射性含量基本上能反映出水中放射性总体水平^[1]。

本次调查的呼和浩特市城区全部9个水厂的出厂水中总α的活度浓度范围是0.129～0.232 Bq/L；总β的活度浓度范围是0.107～0.222 Bq/L，均低于国家标准《生活饮用水标准检验方法放射性指标》(GB/T 5750 13\|2006)的限值(即总α的活度浓度＜0.5 Bq/L；总β的活度浓度＜1.0 Bq/L)，并与申娜等^[4]的调查数据基本一致。同时，将本次调查数据与以前本市的调查数据及全国范围的数据进行比对，结果表明，呼和浩特市出厂水的放射性水平与2009—2012年^[11]的水平相当且都处于1980—2005^[1]年的全国平均水平(总α均值为0～1.23 Bq/L，总β均值为0.02～0.67 Bq/L)。

金河水厂水样中的总α和总β的放射性活度最高，而呼和浩特市城区的全部9个水厂中只有金河水厂是黄河水，其余8个水厂均为地下水。可能是因为黄河水是地表水，其蒸发量也比较大，水内的无机离子浓缩浓集导致含量增高^[9]。其次是黄河在流至呼和浩特地区之前在内蒙古境内就流经了乌海市、杭锦旗、准格尔旗、包头市这些矿区比较丰富的地区，这些矿区可能含有较丰富的矿资源，浓缩后残渣量增多从而导致总α放射性和总铀质量浓度值偏高。所有水样的铀浓度含量均低于WHO规定的15 μg/L的限值^[3]；而金河水厂水样中铀浓度含量值为最高，也有可能是由上述原因导致。

部分水厂水样中检测到微量的¹³⁷Cs，潘自强^[12]报道我国从1973年首次在自来水与井水中检测到¹³⁷Cs。本实验¹³⁷Cs活度水平低于全国平均水平(自来水0.022 Bq/L，井水0.018 Bq/L)。¹³⁷Cs来源于核事故的泄漏和人工核爆炸，因为其半衰期比较长，能随着大气环流长距离扩散，逐步降落至地面，被地表土壤的细颗粒特别是黏土矿物质吸附后缓慢的随水分下渗下移。

呼和浩特市城区9个水厂水样的特定放射性核素活度与1983—1986年孙宝成等^[13]报道的测量值处于同一水平且天然放射性核素U，²²⁶Ra, ⁴⁰K的结果与周滟等^[14]报道的内蒙古自治区的活度浓度参考值处于同一水平，9个水厂的特定核素的浓度基本处于一个数量级，但略有浮动；这可能是各个水厂不同的处理工艺影响沉淀效果从而导致水中特定放射性核素浓度降低。

全部水样中水中氡含量与武云云等^[8]报道的本市的水氡含量数据基本一致。金河水厂水样的水中氡含量与其他8个水厂水样相比是最低值，这是由于水氡的含量与水源的类型密切相关，通常地表水中氡含量较低，受到地质条件的作用，地下水中氡含量明显高于地表水。

本次调查结果表明，呼和浩特市城区9个水厂向居民供给的饮用水是符合国家卫生标准要求的。通过本次调查掌握了该地区出厂水中放射性的本底水平，能够快速为可能发生的与核辐射有关事件提供基础数据；对于及时发现人为活动所致的环境污染以及核事故应急响应具有重要意义。

志谢: 感谢中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所尹亮亮老师在用电感耦合等离子体质谱法分析总铀质量浓度时给与的帮助
利益冲突 本人与其他研究者未因进行该研究而接受任何不正当的职务或财务利益，在此对研究的独立性和科学性予以保证
作者贡献声明 李紫聿与哈日巴拉负责进行实验、数据处理分析和编写论文；王成国和格日勒满达呼负责设计调查方案并组织实施；王海玲负责总体思路指导；许潇和张帅负责布点采集水样