鍶-90(⁹⁰Sr)是鈾和钚的裂變產物，是核泄漏的主要污染物之一。其半衰期為29 年，因此能夠在環境中留存相當長的時間。⁹⁰Sr 本身可以衰變為釔-90(⁹⁰Y)，然后再衰變成穩定的鋯-90(⁹⁰Zr)。當生物體攝入⁹⁰Sr 時，該元素在骨骼中積累并持續產生輻射，可能對生物體產生危害。因此，評估環境中的90Sr 污染對當地人類和環境健康問題至關重要。

常規的⁹⁰Sr 測定技術通常耗時長（數天）、成本高，并且效率較低，無法實現大量樣品的分析，從而快速確定源于核反應堆的⁹⁰Sr 污染程度。利用電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)進行分析能夠解決上述問題，但同樣存在巨大的挑戰：⁹⁰Sr 與鋯(Zr)主要同位素的質量數相同（51.45% 高豐度），會造成質譜干擾；同時Zr 在正常環境樣品例如土壤中的含量比90Sr 高約十二個數量級（Zr 含量在ppm 級，Sr 含量在sub-ppq 級）。必須克服上述挑戰才能有效利用ICP-MS 測量土壤中的90Sr。

樣品

在福島**核電站西北方向10 到20km 存在強輻射的區域內，在2cm 深的位置采集表層土樣本（100-150g），并用塑料容器搜集、儲存樣本。

樣品前處理

每個聚四氟乙烯微波消解罐中放一克干燥土壤，之后加入10mL 濃度為10% 的硝酸。按照表1 所示的微波消解程序進行消解，然后冷卻至室溫并保持20 分鐘。之后將溶液轉移至塑料離心管中，并以2500rpm 的轉速進行10 分鐘的離心操作。在進行ICP-MS 分析前，利用孔徑為0.45μm 的濾膜過濾樣品，留存上清液、去除沉淀物。可將同一采樣地點采集的土壤樣品同時消解和過濾后，將上清液混合在一起以增加總樣品量。

表1 微波消解程序

由于⁹⁰Sr 含量較低，所以采用珀金埃爾默FIAS 400 流動注射系統和50mm × 4.6 mm 色譜柱（Eicrhom Technology,Lisle,IL,USA，填料為鍶離子選擇性樹脂，粒徑50-100 μm）對Sr 富集并去除其他基體元素。先利用1.9 mL/min 的流速使樣品流經色譜柱，然后以0.75mL/min 的流速將濃度為20% 的HNO₃ 泵入色譜柱，持續90 秒，以去除質譜柱中除Sr 之外質荷比為90 的全部其他同質異位素。Z后，用流速為1.9 mL/min 的去離子水沖洗色譜柱90 秒，從而洗脫Sr。在去除基體和洗脫Sr 步驟之間，利用濃度為20% 的HNO₃ 沖洗整個系統（不包括色譜柱），以清洗閥門。

FIAS流動注射系統

經前處理后的樣品溶液直接注入超聲霧化器中，霧化后的氣溶膠被導入珀金埃爾默ICP-MS 中，并利用氧氣作為反應池氣在DRC 模式下檢測90Sr；儀器參數如表2 所示。每個樣品的總分析時間是14.6 分鐘，其中大部分時間主要用于預富集程序。

表2 ICP-MS參數

氧氣反應消除干擾的原理

Sr、Zr、Y 和氧氣的反應速率常數如下所示：

Sr⁺不能與氧氣發生反應，而Zr⁺ 和Y⁺ 均可與氧氣快速反應，這說明氧氣可以將干擾物⁹⁰Zr⁺ 和 ⁹⁰Y⁺ 從⁹⁰Sr⁺中有效消除。雖然這些反應似乎可以解決干擾問題且無需進行基質分離，但土壤中⁹⁰Zr 和⁹⁰Sr 之間顯著的含量差異（6.5-11 μg/g 的Zr 與ppq 含量的⁹⁰Sr）構成了挑戰：在反應池中用O₂ 除去所有⁹⁰Zr⁺ 時，與O₂ 分子的碰撞會導致⁹⁰Sr⁺動能損失。鑒于⁹⁰Sr⁺ 含量極低，這種動能損失足以造成⁹⁰Sr⁺靈敏度過低從而無法檢測。

為了克服這一問題，在前處理中特采用基質分離方法。然而，進一步研究表明，在基質分離步驟之后仍然存在顯著的Zr 信號（分離之后色譜柱上仍有0.23% 的Zr 殘留）。這此種低含量的Zr用氧氣反應模式，則可以輕松去除，并且不會影響90Sr的靈敏度。因此，在預富集和基體分離之后利用反應池進行氧氣反應去除干擾是**的解決方案。

可用以下方程式將質量濃度轉化為放射性：

表3 記錄了從福島核電站西北10 到20 公里處所取三個土壤樣品的分析結果（均取四個測量值的平均值）。運用本文所述方法分離樣品后進行分析，同時采用常規方法進行90Sr 測定。兩種方法的結果在95% 的置信水平上顯示一致。之所以結果出現了少許不吻合現象，是因為90Sr 在土壤中分布不均。

表3 土壤中90Sr 分析結果

此項研究證實了采用ICP-MS 方法測量土壤中⁹⁰Sr 含量的有效性；由于土壤中⁹⁰Sr 含量低、Zr 含量高，因而此項分析工作頗具挑戰性。運用基質分離/ 預富集步驟，可將大部分基質元素去除并對⁹⁰Sr 進行預富集。然而，此步驟后仍存在基質干擾，需用動態反應池進行反應模式消除干擾。與傳統的⁹⁰Sr 分析方法相比，本分析方法在分析效率上具有非常明顯的優勢。

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