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（總）釷檢測

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發布時間：2025-07-30 00:46:26 更新時間：2025-09-15 16:53:31

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作者：中科光析科學技術研究所檢測中心

（總）釷檢測：關鍵要素與標準解析

釷（Thorium），作為一種天然存在的放射性金屬元素，在地殼中分布廣泛。其存在于多種礦物中，如獨居石、釷石等，也被廣泛應用于核能、航空航天材料、特殊合金、催化劑以及某些光學玻璃制造等領域。然而，釷及其衰變子體具有放射性，長期或過量暴露會對人體健康（尤其是肺部）造成潛在危害，如增加肺癌風險。因此，對環境中（如水體、土壤、沉積物、大氣顆粒物、生物樣品）以及工作場所、原材料、廢物中的總釷含量進行準確檢測至關重要。釷檢測（Total Thorium Analysis）通常指的是測量樣品中所有釷同位素（主要是Th-232及其衰變鏈）的總量，而非區分具體的同位素形態。它是環境監測、輻射防護、核設施安全評估、礦產資源勘探與利用、以及放射性廢物管理中的常規檢測項目。

檢測項目

“總釷檢測”項目核心目標是定量測定樣品中釷元素的總含量（通常以質量濃度如 μg/L, μg/kg 或放射性活度濃度如 Bq/L, Bq/kg 表示）。常見的樣品類型包括：

環境樣品： 飲用水、地表水、地下水、海水、土壤、沉積物、空氣濾膜（氣溶膠）、生物組織（動植物）。
工業與核工業樣品： 礦石、精礦、核燃料循環材料（鈾礦石、黃餅、尾礦）、工藝廢水、廢氣、固體廢物（低中放廢物）。
消費品與建材： 含釷合金、含釷耐火材料、稀土產品（可能伴生釷）、含釷光學玻璃制品（需符合安全標準）。

檢測需考慮釷的化學回收率、基體干擾以及可能的放射性子體干擾。

檢測儀器

總釷的檢測需依賴精密的實驗室儀器。主要使用的儀器包括：

電感耦合等離子體質譜儀： ICP-MS是當前最常用的高靈敏度、高效率的總釷檢測儀器。它能直接測定溶液中的釷同位素（如²³²Th），檢出限極低（可達 ng/L 級別），分析速度快，但易受基體效應和同量異位素干擾，需要復雜的樣品前處理和適當的校正（如內標法）。激光剝蝕 ICP-MS (LA-ICP-MS) 可用于直接固體樣品分析。
α能譜儀： 通過測量釷衰變鏈中特定α粒子發射體（如 Th-232 及其子體 Th-228、Ra-224 等）的α粒子能量和計數率來確定釷含量。常用于固體源（電沉積制源或直接鋪樣）測量。精密度高，特異性好（能區分不同α核素），但樣品前處理復雜（化學分離純化必不可少），計數時間長，效率低于 ICP-MS。
γ能譜儀： 高純鍺 (HPGe) γ譜儀可測量釷衰變鏈中γ射線發射子體（如 Tl-208 的 583 keV, Ac-228 的 911 keV, Pb-212 的 238 keV等）的活度，通過平衡因子或特定計算模型推算總釷活度。適用于無需破壞樣品或進行復雜化學處理的情況（如環境樣品、廢物包），但準確性依賴于衰變鏈的平衡狀態，且靈敏度通常低于α譜和 ICP-MS。
分光光度計/熒光光度計： 基于釷與特定顯色劑（如偶氮胂III、釷試劑等）形成有色或熒光絡合物的原理，通過測量吸光度或熒光強度進行定量。設備相對簡單廉價，但靈敏度較低（μg/mL 級別），選擇性較差，需嚴格的化學分離步驟去除干擾離子（特別是鈾、稀土元素等），應用逐漸減少。

檢測方法

總釷檢測通常包含以下關鍵步驟：

樣品采集與前處理： 按照標準規范采集具有代表性的樣品。水樣可能需酸化保存；固體樣品（土壤、沉積物等）需干燥、研磨、過篩、混勻。生物樣品需消解。
樣品分解/消解： 將待測元素從樣品基體中釋放出來轉化為溶液。
- 酸消解： 最常用。使用 HNO₃, HCl, HF, HClO₄ 或其組合（如王水、逆王水），常借助電熱板、微波消解儀進行。含硅量高的樣品（如土壤）需加 HF。
- 熔融法： 用于難熔礦物（如鋯石），常用 Na₂O₂、LiBO₂/Li₂B₄O₇ 等堿性熔劑在高溫下熔融，再溶解。
化學分離與純化： 對于 ICP-MS（尤其是復雜基體）和 α譜分析，此步驟至關重要。常用方法：
- 溶劑萃取： 如 TTA/苯、TOPO/環己烷萃取釷，與鈾、稀土等分離。
- 離子交換色譜： 陰離子交換樹脂（濃HNO₃/HCl介質）或陽離子交換樹脂分離釷。
- 萃取色譜： 使用如UTEVA、TEVA等專門設計的樹脂選擇性吸附釷，操作簡便高效，應用廣泛。
此步驟目的是去除干擾元素（特別是U、Fe、Al、Ca、稀土等），提高測定的選擇性和準確性，并富集痕量釷。
儀器測定：
- ICP-MS： 將處理好的溶液直接進樣分析，測量²³²Th 信號強度，使用內標（如¹¹⁵In, ²⁰⁹Bi）校正基體效應和儀器漂移。需注意²³²Th附近的干擾（如⁴⁰Ar¹⁶O₂⁺ 對 ²³²Th 的微弱干擾）。
- α能譜法： 將分離純化后的含釷溶液電沉積（常用不銹鋼片）或微沉淀（如 NdF₃ 共沉淀）制成薄而均勻的樣品源，放置數天至數周讓釷子體（主要是 Ra-224）生長（可達平衡），然后在α譜儀上測量 Th-228 (Ra-224衰變) 和 Th-232 的特征α峰（通常分別指認 5.423 MeV 和 4.012 MeV 左右的峰），通過峰面積計算活度，再換算為釷含量。需準確測定化學回收率。
- γ能譜法： 樣品經適當預處理（干燥、研磨、稱量）后裝入標準容器（如Marinelli燒杯），密封放置數周以待衰變鏈趨于平衡（尤其對于新沉降或受擾動的樣品），直接在 HPGe γ譜儀上測量特征γ射線峰（如 Tl-208 583.1 keV, Ac-228 911.2 keV, Pb-212 238.6 keV），利用效率刻度計算子體活度，根據衰變鏈關系計算 Th-232 活度。
數據處理與結果報告： 計算釷的濃度（質量濃度或活度濃度），考慮樣品量、稀釋倍數、化學回收率（如適用）、儀器效率、本底等因素，評估測量不確定度。