水中铀的分析方法研究进展

doi:10.11894/iwt.2020-0563

摘要/Abstract

摘要：

水中铀的分析是环境领域重要的研究方向，对保障公众健康、保护自然环境而言意义重大。近年来，新的实际应用场景不断催生新的测量需求，水中铀的分析方法相应地取得了较快的进展。总结了近十年来国内外水中铀分析的主流方法，阐述了各种方法取得的进展，对其适用性以及优缺点进行了系统总结，最后对水中铀分析方法的未来发展趋势进行了展望。

关键词: 放射性, 水中铀, 分析方法

Abstract:

Determination of uranium in water has been an important research field in environmental analysis, which is of great significance to protect public health and natural environment. Recently, new requirements for uranium determination have been driven by changed practical application scenarios, and rapid progress were made in the determination methods of uranium in water. Most routinely used determination methods of uranium in water at home and abroad during recent 10 years were summarized. The progress, serviceability, advantages and disadvantages of each method were discussed. Finally, development trend of uranium determination in water was prospected.

Key words: radioactivity, uranium in water, determination methods

中图分类号:

X703

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https://www.iwt.cn/CN/Y2021/V41/I5/1

图/表 3

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标准名称	方法简介	适用对象	测量范围/探测限	发布机构	发布时间
HJ 840—2017环境样品中微量铀的分析方法	激光荧光法	环境水样，包括地表水、地下水、污染源排放废水	0.02~20 μg/L	环境保护部	2017年（代替GB 6768—1986水中微量铀分析方法）
	磷酸三丁酯萃取或三正辛基氧膦萃取-固体荧光法	环境水样，包括地表水、地下水、污染源排放废水	0.05~100 μg/L
	磷酸三丁酯萃取-分光光度法	污染源排放废水	2~100 μg/L
ASTM D 2907—1997荧光法测定水中微量铀的试验方法	不存在引起荧光猝灭的干扰离子时，直接测量	环境水样，包括地表水、地下水、污染源排放废水	0.005~2 mg/L	ASTM	1997年（现已废止）
ASTM D 2907—1997荧光法测定水中微量铀的试验方法	存在引起荧光猝灭干扰离子时，六酮（甲基异丁基酮）萃取-提取的铀与氟化钠-氟化锂颗粒熔融-荧光计测量	0.04~50 mg/L		ASTM	1997年（现已废止）
ASTM C 1416—2004（2009）用X射线荧光法分析天然水和废水中铀的标准试验方法	直接测量	废水	0.05~2 mg/L	ASTM	2004年
ASTM D 5174—2007用脉冲激光磷光光度法测定水中微量铀的标准试验方法	样水加入浓硝酸和过氧化氢蒸干，残留物用稀硝酸溶解，添加络合剂，用磷光计分析	试剂水样	0.1 μg/L	ASTM	2007年
ASTM D 3972—2009（2015）用放射化学法测量水中同位素铀的标准试验方法	通过氢氧化亚铁共沉淀法、阴离子交换法和电沉积法从水样中分离出铀，再使用α能谱法进行测量	环境水、铀处理废水和模拟海水	—	ASTM	2009年
DIN 38406—17—2009水，废水和污泥检验的德国标准方法. 阳离子（E组）. 第17部分：铀的测定. 利用地表水，原水和饮用水中吸附溶出伏安法（E17）	用吸附溶出伏安法测量。形成吸收流动电压曲线之前，将样品浓缩为氯苯甲酸（吸附络合物）	地下水、饮用水、天然矿泉水以及地表水	0.1 μg/L	DE-DIN	2009年
ASTM D 6239—2009（2015）用高分辨α液体闪烁谱测量法测定饮用水中铀的标准试验方法	溶剂萃取-高分辨α液体闪烁谱测量	试剂水样和饮用水（总铀以及²³⁸U与²³⁴U的活度比）	0.037 Bq/L	ASTM	2009年

标准名称	方法简介	适用对象	测量范围/探测限	发布机构	发布时间
HJ 840—2017环境样品中微量铀的分析方法	激光荧光法	环境水样，包括地表水、地下水、污染源排放废水	0.02~20 μg/L	环境保护部	2017年（代替GB 6768—1986水中微量铀分析方法）
	磷酸三丁酯萃取或三正辛基氧膦萃取-固体荧光法	环境水样，包括地表水、地下水、污染源排放废水	0.05~100 μg/L
	磷酸三丁酯萃取-分光光度法	污染源排放废水	2~100 μg/L
ASTM D 2907—1997荧光法测定水中微量铀的试验方法	不存在引起荧光猝灭的干扰离子时，直接测量	环境水样，包括地表水、地下水、污染源排放废水	0.005~2 mg/L	ASTM	1997年（现已废止）
ASTM D 2907—1997荧光法测定水中微量铀的试验方法	存在引起荧光猝灭干扰离子时，六酮（甲基异丁基酮）萃取-提取的铀与氟化钠-氟化锂颗粒熔融-荧光计测量	0.04~50 mg/L		ASTM	1997年（现已废止）
ASTM C 1416—2004（2009）用X射线荧光法分析天然水和废水中铀的标准试验方法	直接测量	废水	0.05~2 mg/L	ASTM	2004年
ASTM D 5174—2007用脉冲激光磷光光度法测定水中微量铀的标准试验方法	样水加入浓硝酸和过氧化氢蒸干，残留物用稀硝酸溶解，添加络合剂，用磷光计分析	试剂水样	0.1 μg/L	ASTM	2007年
ASTM D 3972—2009（2015）用放射化学法测量水中同位素铀的标准试验方法	通过氢氧化亚铁共沉淀法、阴离子交换法和电沉积法从水样中分离出铀，再使用α能谱法进行测量	环境水、铀处理废水和模拟海水	—	ASTM	2009年
DIN 38406—17—2009水，废水和污泥检验的德国标准方法. 阳离子（E组）. 第17部分：铀的测定. 利用地表水，原水和饮用水中吸附溶出伏安法（E17）	用吸附溶出伏安法测量。形成吸收流动电压曲线之前，将样品浓缩为氯苯甲酸（吸附络合物）	地下水、饮用水、天然矿泉水以及地表水	0.1 μg/L	DE-DIN	2009年
ASTM D 6239—2009（2015）用高分辨α液体闪烁谱测量法测定饮用水中铀的标准试验方法	溶剂萃取-高分辨α液体闪烁谱测量	试剂水样和饮用水（总铀以及²³⁸U与²³⁴U的活度比）	0.037 Bq/L	ASTM	2009年

时间	标准名称	标准号	机构
1994	Determination of Trace Elements in Waters and Wastes by ICP-MS	200.8	EPA
1996	Determination of Trace Elements in Ambient Waters by Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry	1638	EPA
1997	Determination of Trace Elements in Marine Waters by On-line Chelation Preconcentration and Inductively Coupled Plasma-mass Spectrometry	200.10	EPA
2003/2006	Water Quality-Application of Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry（ICP-MS）-Part1：General Guidelines	ISO 17924—1	EN
2004/2007	Water Quality-Application of Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry（ICP-MS）-Part2：Determination of 62 Elements	ISO 17924—2	EN
2002/2003/2005	Standard Test Method for Elements in Water by Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry	ASTM D 5673—2005	ASTM
2002/2007	Standard Practice for Preparation of Water Samples Using Reductive Precipitation Preconcentration Technique for ICP-MS Analysis of Trace Metals	ASTM D 6800	ASTM
2005	Standard Practice for the Determination of ²³⁷Np，²³2Th，²³⁵U and ²³⁸U in Urine by Inductively Coupled Plasma-mass Spectrometry and Gamma Ray Spectrometry	ASTM C 1614	ASTM
2006	生活饮用水标准检验方法金属指标	GB/T 5750.6—2006	GB
2008	饮用天然矿泉水检验方法	GB/T 8538—2008	GB

时间	标准名称	标准号	机构
1994	Determination of Trace Elements in Waters and Wastes by ICP-MS	200.8	EPA
1996	Determination of Trace Elements in Ambient Waters by Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry	1638	EPA
1997	Determination of Trace Elements in Marine Waters by On-line Chelation Preconcentration and Inductively Coupled Plasma-mass Spectrometry	200.10	EPA
2003/2006	Water Quality-Application of Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry（ICP-MS）-Part1：General Guidelines	ISO 17924—1	EN
2004/2007	Water Quality-Application of Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry（ICP-MS）-Part2：Determination of 62 Elements	ISO 17924—2	EN
2002/2003/2005	Standard Test Method for Elements in Water by Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry	ASTM D 5673—2005	ASTM
2002/2007	Standard Practice for Preparation of Water Samples Using Reductive Precipitation Preconcentration Technique for ICP-MS Analysis of Trace Metals	ASTM D 6800	ASTM
2005	Standard Practice for the Determination of ²³⁷Np，²³2Th，²³⁵U and ²³⁸U in Urine by Inductively Coupled Plasma-mass Spectrometry and Gamma Ray Spectrometry	ASTM C 1614	ASTM
2006	生活饮用水标准检验方法金属指标	GB/T 5750.6—2006	GB
2008	饮用天然矿泉水检验方法	GB/T 8538—2008	GB

方法		优点	缺点	适用范围/场景
分光光度法		成本低	探测限高，易受其他元素干扰，测量前样品需经过复杂的富集和化学分离，繁琐耗时	更适用于测定含铀废水中的铀；可结合分离富集方法用于海水、环境水中铀的测量
荧光法	激光/紫外脉冲荧光法	成本较低，检测限低，取样量较少（mL级），无需复杂的富集和分离	基质中的干扰元素容易引起荧光猝灭	特别适合环境水中铀的测量，对于成分复杂、基体干扰大的水体也适用，但需进行前处理
荧光法	全反射X射线荧光法	所需样水量小（μL级），非破坏性分析，多元素实时分析，可进行痕量和超痕量分析（μg/L~ng/L级）	仪器价格昂贵，测量结果容易因样品沾污引入测量误差，对于可能造成α峰重叠的复杂水体，需对样水进行分离富集	对不同水样品均适用，适合一般样品的快速分析
高效液相色谱法		分离效果好，分析速度快，进样量少（μL级），探测限低	仪器价格昂贵，容易因“柱外效应”影响效率	对不同水样品均适用
ICP-AES		几乎不存在化学干扰	仪器价格昂贵，探测限较高，不能直接用于测量水中铀，不能进行同位素分析，光谱干扰严重	可结合分离富集方法用于海水、环境水中铀的测量
ICP-MS		光谱干扰少，探测限极低，样品量少，能够进行同位素分析	仪器价格昂贵，日常维护成本高，抗盐能力弱	不能用于含盐量高等复杂基质水样中铀的测量
溶出伏安法		易于操作，灵敏度高，选择性好，探测限低	实验条件严格，干扰因素多，实验结果复现性差	对不同水样品均适用，适于水中铀的快速、现场测量
放射性分析方法	γ能谱法	制样简单，能够同时测定多种核素，基质干扰小，灵敏度高	测量时间长，所需样水量大，测量误差大	适合复杂水样品多种放射性核素的同时测定
	α能谱法	灵敏度和探测效率高	所需样水量较大；基质干扰大，需要进行复杂的分离富集，制样过程繁杂耗时	适合于含铀废水等需要进行铀同位素活度以及丰度进行测量的水样
	液闪α能谱法	制样相对简单，无需对干扰α核素进行分离（前提是液闪具备α/β甄别功能）	样水中可能存在过大的β干扰，“拖尾效应”	适合于直接测定满足一定要求的高放废水中的铀，可结合分离富集方法测量饮用水等水体

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