近年来，随着我国核电事业的发展，国家加强了对环境，尤其是核电站周边¹⁴C的监测力度^[1]，环境中¹⁴C监测涉及的样品有水样、核电排放物、生物样品等等。目前国内外有水中¹⁴C的ISO标准(ISO 13162-2011)^[2]、空气中¹⁴C的取样和测定方法(EJ/T 1008-96)^[3]，以及核动力厂液态流出物中¹⁴C分析方法(HJ 1056-2019)^[4]的标准。但是现有¹⁴C的监测方法还不够健全，尤其是对于复杂成份的样品，如尿样、血液等样品，还没有成熟统一的监测方法^[5]。为了更好地监测¹⁴C在体内的分布情况，需要针对尿样建立成熟的¹⁴C分析方法，这对于评价¹⁴C对人体造成的内照射剂量，保护职业人员或者公众健康都具有重要意义。本研究以过硫酸钾为氧化剂建立了尿中¹⁴C的分析方法，完善了¹⁴C监测体系。

低本底液体闪烁计数仪(Quantulus GCT6220，美国Perkin Elmer公司)、分析天平(BSM-120.4，上海卓精电子科技有限公司)，红外线快速干燥箱(WS70-1)，抽滤装置(500 ml，江苏三爱思科学仪器有限公司)，尿素(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，过硫酸钾(分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司)，氯化铵(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，INSTA-GEL^® PLUS闪烁液(闪烁纯，Perkin Elmer)，无水氯化钙(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，无水乙醇(分析纯，北京化工厂)，氢氧化钠(分析纯，西陇科学股份有限公司)，碳酸钙标准源(¹⁴C活度为0.944 1 Bq，购于中国计量科学研究院)。

采集4位正常人尿样，量取80~120 ml置于三口烧瓶(图 1)，加入10 g过硫酸钾，将反应装置中通入氮气，检查气密性，控制氮气流速为0.5 L/min。磁力搅拌并冷凝回流，加热至(95±3)℃，恒温反应60 min，将尿样中的有机碳转化为二氧化碳，生成的二氧化碳通过载气吹扫后用氢氧化钠(1 mol/L)吸收液各50 ml串联两级吸收；反应结束后，将吸收液转移至烧杯中，用氯化铵调节pH10.0~10.5，加入饱和氯化钙溶液形成沉淀，静置至上清液澄清，将沉淀进行抽滤，加入无水乙醇溶液使沉淀快速干燥，然后进行烘干，烘干后在干燥箱中冷却至室温，称重，获得碳酸钙粉末；称取1 g碳酸钙粉末置于液闪计数瓶中，加入6 ml超纯水，再加入12 ml INSET-GEL闪烁液，加热并充分摇匀，使碳酸钙粉末均匀地分散在闪烁液中，将待测样品放入低本底液体闪烁计数仪中避光24 h后开始检测，检测时间300~500 min。液闪计数器测量时应打开脉冲幅度甄别(PAC)。当PAC开启时，本底值(B)为0.78，检测效率(E)为26.5，优质因子(E²/B)为900.32；当PAC不开启时，本底值(B)为1.23，检测效率(E)为31.1，优质因子(E²/B)为801.59，因此检测时打开PAC使得本底值降低，检测效率和优质因子增高，能够获得更好的仪器状态，使得检测结果更准确。检测完成后计算样品活度浓度。

注：1. 氮气瓶；2. 阀门；3. 流量计；4. 冷凝管；5. 三口烧瓶；6. 磁子；7. 带磁力搅拌的加热炉；8. 温度计；9~10. 吸收瓶 图 1 尿样中14C分析前处理装置图 Figure 1 Diagram of pre-treatment device for 14C analysis in urine samples

在液闪谱仪4.5~36 keV能量段计数，液闪计数效率由式(1)计算，样品中¹⁴C的活度浓度由式(2)计算，方法检测下限由式(3)计算：

式中，E为液体闪烁计数仪的计数效率，计数/min；N_S为仪器所测碳酸钙标准品的计数率，计数/min；N₀为本底值的计数率，计数/min；A_s为碳酸钙标准品的活度，Bq；A为尿样中¹⁴C的活度浓度，Bq/L；N₁为被检尿样的计数率，计数/min；m₁为称取碳酸钙粉末的质量，g；m₂为被检尿样生成的碳酸钙总质量，g；V₂为被检尿样总体积，L；Y为样品回收率，%；T为液闪检测时间，min。

本研究质量控制通过尿素载体优化和反应时间优化实现。尿素载体优化为依次称取0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、1.5 g尿素加入反应装置，控制恒温反应时间均为90 min。反应时间优化为根据载体优化结果选择最适尿素质量，加入反应装置，控制反应时间依次减少10 min，根据公式(4)计算尿素回收率：

式中，Y为尿素回收率，%；m₃为碳酸钙沉淀加滤纸质量，g；m₀为滤纸的质量，g；M_S为被测尿素的总质量，g。

过硫酸钾的氧化能力优化结果如表 1所示，对于0.5 ~ 1.5 g的尿素，得到的回收率平均值分别为102%、99%、97%、97%、90%和81%，均>80%。从表 1可以看出，在尿素使用量为0.5~1.1 g时，回收率维持在(100 ± 3)%，保持相对平稳；尿素使用量从1.3到1.5 g有下滑趋势，回收率分别只有90%和81%。因此，为了保持较高的回收率和方法的准确度，10 g过硫酸钾氧化的最大尿素量为1.1 g。

表 1(Table 1)

表 1 尿素载体优化回收率 Table 1 Recovery rate for urea carrier optimized 尿素质量(g) 反应时间(min) 化学回收率(%) 回收率均值(%) 第1次 第2次 0.5 90 104.34 99.71 102.03 0.7 90 99.81 98.75 99.28 0.9 90 96.10 98.52 97.31 1.1 90 95.07 99.23 97.15 1.3 90 88.31 92.20 90.25 1.5 90 80.21 81.68 80.95

表 1 尿素载体优化回收率 Table 1 Recovery rate for urea carrier optimized

选择相同的氧化剂10 g，并且固定相同的尿素使用量0.7 g，反应时间分别选取90、80、70、60、50、40、30、20 min时，两次平行实验的结果如表 2所示。8批次回收率平均值分别为99.28%、99.45%、102.09%、99.32%、100.84%、101.78%、62.73%和7.21%。反应时间在40~90 min范围内，回收率保持相对稳定，介于99.28%和102.09%之间。反应时间减少到30 min时，回收率快速下降至62.73%，20 min时回收率平均值只有7.21%。因此，为了让实际尿样能够得到充分的反应，又能提高分析效率，本方法选用1 h作为最佳反应时间。

表 2(Table 2)

表 2 0.7 g尿素作为载体时不同反应时间的回收率 Table 2 The recovery under different reaction times when 0.7 g urea was used as the carrier 反应时间(min) 化学回收率(%) 回收率均值(%) 第1次 第2次 90 99.81 98.75 99.28 80 102.86 96.04 99.45 70 104.47 99.71 102.09 60 97.52 101.12 99.32 50 101.46 100.21 100.84 40 102.74 100.83 101.78 30 53.47 79.92 62.73 20 11.29 3.13 7.21

表 2 0.7 g尿素作为载体时不同反应时间的回收率 Table 2 The recovery under different reaction times when 0.7 g urea was used as the carrier

按照上述优化的反应时间和尿素氧化量，对4个实际尿样进行了模拟分析。样品分析时，量取尿样80 ml，氧化剂使用10 g，控制恒温反应时间为60 min，分析结果如表 3所示，尿样中¹⁴C比活度浓度分别为0.32、0.60、0.86、0.74 Bq/L。测量时间300 min时，方法检测下限为0.22 Bq/L。

表 3(Table 3)

表 3 受检者尿样检测结果 Table 3 Analytical results for urine samples 本底值计数率(计数/min) 标准品计数率(计数/min) 标准品质量(g) 样品计数率(计数/min) 称样量(g) 碳酸钙总质量(g) 样品总体积(L) 计数效率 活度浓度(Bq/L) 0.78 15.23 1.0001 1.13 1.0024 1.6779 0.12 0.255 1 0.32 0.78 15.23 1.0001 1.45 1.0049 1.6469 0.12 0.255 1 0.60 0.75 15.13 1.0001 1.38 1.0097 2.1000 0.10 0.253 9 0.86 0.75 15.13 1.0001 1.29 1.0104 2.1000 0.10 0.253 9 0.74

表 3 受检者尿样检测结果 Table 3 Analytical results for urine samples

尿样的主要有机成分为尿素，正常人体尿样中¹⁴C活度很低。本研究以尿素为载体，采用10 g过硫酸钾作为氧化剂，可以得到较高的回收率。本方法回收率在97.15% ~ 102.09%之间，表现出较高的方法准确度，相比于其他氧化体系，过硫酸钾具有足够的氧化能力氧化尿样中的主要有机物质-尿素。保莉等^[6]用过硫酸钾-硝酸银作为氧化剂，对水溶液中有机碳的氧化回收率为96.4%，略低于本研究优化后的方法。石敏^[7]采用氧化燃烧法对生物介质松针中¹⁴C进行了分析，空白回收率和加标回收率分别为96.4%和95.7%。陈利刚等^[8]采用总碳分析仪对液态流出物中¹⁴C进行了分析，回收率约为96.9%，探测限为2.07 Bq/L，精密度 < ±5%。本工作从载体优化结果可见，0.5~1.1 g尿素回收率在97.15% ~ 102.03%之间，且平行样品分析结果之间精密度较高，表明该方法具有良好的稳定性和重复性。

反应时间是重要的实验条件，由载体优化结果选择0.7 g尿素进行时间优化，由时间优化结果可见，反应时间在40 min以上回收率介于99.28%~ 102.09%之间，因此，本研究建立的尿样中¹⁴C的分析方法效果良好，在检测实际尿样时采用恒温反应时间60 min，可以使样品中的尿素完全分解。另外，本研究方法检测下限为0.22 Bq/L，高于采用四级吸收鼓泡法^[9]的相关结果，但低于苯合成法^[4]的研究结果。因此，该方法用于尿样中¹⁴C分析，准确度高，探测限相对较低，稳定性好，结果可靠，可用于¹⁴C暴露工作场所工人内照射剂量的检测与评估。

利益冲突  无

志谢 感谢国家卫生健康委职业安全卫生研究中心自管课题(2021-ZD-06)对本研究的资助

作者贡献声明  熊强、闫琳琳负责实验数据分析和论文撰写；陈飞、杨胜园参与论文的审阅和修改；杨海兰、张震参与实验关键技术的讨论