ISO 13164-42023 水質.氡-222.第4部分使用兩相液體閃爍計數的試驗方法標準立項發展報告

水質氡-222第4部分：使用兩相液體閃爍計數的試驗方法標準立項發展報告StandardizationDevelopmentReport:Waterquality—Radon-222—Part4:Testmethodusingtwo-phaseliquidscintillationcounting摘要氡-222作為一種天然放射性惰性氣體，是公眾所受天然輻射照射的最重要來源之一，被世界衛生組織列為19種主要致癌物質之一。水體中氡-222的準確測定對于飲用水安全評價、輻射環境監測以及水文地質研究具有重要的科學意義和實用價值。本報告針對國際標準化組織（ISO）于2023年7月20日發布的ISO13164-4:2023《水質氡-222第4部分：使用兩相液體閃爍計數的試驗方法》標準開展立項發展研究。該標準由ISO/TC147（水質技術委員會）歸口管理，規定了采用兩相液體閃爍計數法測定水體中氡-222活度濃度的系統化試驗方法。報告系統梳理了該標準的編制背景、技術原理、方法適用范圍及其與ISO13164系列其他部分（第1部分：總則；第2部分：γ能譜法；第3部分：emanometry法）的內在邏輯關系，深入分析了該標準所采用的兩相液體閃爍計數法的技術優勢——簡化樣品前處理流程、提高探測效率，同時提出了建立配套國家標準、開發快速篩查技術和構建質量控制體系等發展建議。本報告旨在為該標準的推廣應用及我國相關標準化工作的深入開展提供參考依據和技術支撐。關鍵詞：氡-222；液體閃爍計數；水質檢測；放射性核素分析；國際標準；標準化發展Keywords:Radon-222;Liquidscintillationcounting;Waterqualitytesting;Radionuclideanalysis;Internationalstandard;Standardizationdevelopment1引言1.1研究背景氡（Radon）是一種天然存在的放射性惰性氣體，其最穩定的同位素氡-222（222Rn）是鈾-238衰變鏈中的重要中間產物，半衰期為3.82天。氡-222廣泛存在于巖石、土壤、地下水和地表水環境中。根據聯合國原子輻射效應科學委員會（UNSCEAR）的統計報告，公眾所受天然輻射年有效劑量的約52%來自于氡及其子體的照射，其中通過飲水途徑攝入的氡-222對公眾健康的影響不容忽視。世界衛生組織（WHO）在《飲用水水質準則》（第四版）中建議，飲用水中氡-222的篩查水平為100Bq/L，并指出當水中氡濃度超過該水平時，應采取相應的風險管理措施。我國《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2022）亦對飲用水中的放射性指標提出了總α、總β活度濃度的限值要求，而氡-222作為主要天然放射性核素之一，其準確測定對于水質安全評價至關重要。然而，氡-222具有極易揮發的物理特性，加之其半衰期較短，使得水樣從采集、運輸到實驗室分析的整個過程對操作條件和時間窗口均有嚴格要求。不同測定方法的檢出限、抗干擾能力和適用場景差異顯著，這在客觀上需要建立系統化、規范化的國際標準方法體系。1.2標準化需求分析國際標準化組織（ISO）于2015年首次發布了ISO13164系列標準，為水質中氡-222的測定提供了系統化方法框架。該系列標準分為四個部分：ISO13164-1規定了氡-222測定的通用要求和總則；ISO13164-2規定了使用γ能譜法的試驗方法；ISO13164-3規定了使用emanometry（射氣法）的試驗方法；ISO13164-4則規定了使用兩相液體閃爍計數的試驗方法。2023年，ISO對13164-4進行了修訂更新，發布了ISO13164-4:2023版本，體現了該領域技術方法的最新進展和標準化工作的持續完善。在水質放射性檢測領域，液體閃爍計數技術憑借其高探測效率、相對簡單的樣品制備流程以及可同時處理批量樣品的優勢，已成為測定水中氡-222最常用的方法之一。兩相液體閃爍計數法通過在閃爍液中直接引入水樣形成兩相體系，有效減少了樣品處理過程中氡的逸散損失，顯著提高了測量準確度和精密度。2標準概述2.1標準基本信息ISO13164-4:2023《水質氡-222第4部分：使用兩相液體閃爍計數的試驗方法》是由國際標準化組織水質技術委員會（ISO/TC147）歸口管理的一項國際標準。該標準的發布機構為國際標準化組織（InternationalOrganizationforStandardization），分類號為水的物理特性檢驗，發布于2023年7月20日，標準狀態為現行有效。該標準適用于各類地表水、地下水、飲用水及礦泉水等水體樣品中氡-222活度濃度的測定，為水質放射性監測提供了標準化的技術方法。2.2標準適用范圍ISO13164-4:2023規定了使用兩相液體閃爍計數法測定水樣中氡-222活度濃度的試驗方法，該方法在以下場景中具有廣泛適用性：-飲用水水源監測：適用于自來水、井水、泉水等飲用水源的常規氡濃度監測；-地下水環境調查：適用于地下水氡濃度本底調查和污染溯源研究；-輻射環境影響評價：適用于核設施周邊及鈾礦冶區域水環境中氡的監測與評價；-水文地質研究：可用于地下水補給來源判別、水巖相互作用研究及地震前兆異常跟蹤等科研工作。2.3方法原理與技術要點兩相液體閃爍計數法的基本原理是：將一定體積的水樣直接加入含有特定閃爍體的有機閃爍液中，利用水相與有機相的不互溶性形成兩相體系。氡-222作為親脂性惰性氣體，在振蕩平衡后絕大部分分配進入有機閃爍液相，通過測量閃爍體發射的光子數來確定氡-222及其衰變子體的活度濃度。該方法的核心技術優勢體現在以下方面：第一，簡化樣品處理流程。與ISO13164-3規定的emanometry法相比，兩相液體閃爍計數法無需復雜的射氣轉移裝置和干燥凈化系統；與ISO13164-2規定的γ能譜法相比，該方法無需大體積水樣和長時間的平衡等待，顯著提高了分析效率。第二，降低氡逸散風險。水樣直接注入含閃爍液的測量瓶中并加蓋密封，水樣與閃爍液形成的兩相體系有效減少了氡向氣相空間的逸散，從根本上降低了測量過程中的示蹤物損失。第三，較高的探測效率。液體閃爍計數對β粒子具有接近4π的幾何探測條件，加之氡-222衰變產生的α粒子和子體核素衰變發射的β粒子均能在閃爍液中被有效探測，使得該方法具有較高的計數效率和較低的檢出限。3技術內容分析3.1樣品采集與保存ISO13164-4:2023對水樣采集和保存提出了明確的技術要求。采樣容器應選用可密封的玻璃瓶，采樣時應盡量減少水樣與空氣的接觸，確保采樣瓶完全充滿且無氣泡殘留。樣品采集后應在盡可能短的時間內完成分析測定，推薦在采樣后24小時內完成樣品制備和測量準備工作。如不可避免需要短期保存，應在低溫（約4°C）條件下冷藏，且保存時間不應超過3天。3.2儀器設備與試劑3.3測量程序與校準標準的測量程序主要包括以下步驟：（1）制備本底樣品和校準樣品；（2）將水樣加入含有閃爍液的測量瓶中，密封后充分振搖使兩相達到分配平衡；（3）將測量瓶置于液體閃爍計數器中，等待一定時間使氡-222與其短壽命子體達到衰變平衡；（4）按設定時間進行計數測量；（5）根據校準曲線或標準源效率計算水樣中氡-222的活度濃度。校準是保證測量結果可溯源性的關鍵環節。標準推薦使用經過國家計量部門認證的標準氡溶液或氡標準源進行儀器效率校準，并在每次批量樣品測量前后進行本底測量和質量控制樣品測量。3.4方法性能指標ISO13164-4:2023對方法的檢出限、定量限、精密度和正確度等技術指標進行了規定。在典型測量條件下（使用商用液體閃爍計數器，水樣體積10mL，閃爍液體積10mL，計數時間60min），該方法的檢出限可低至約0.5Bq/L，完全滿足WHO飲用水準則中100Bq/L篩查水平以及各國監管限值的測定要求。方法的重復性（以相對標準偏差RSD表示）通常可控制在5%~10%之間，再現性（實驗室間精密度）一般在10%~15%范圍內，具體取決于樣品基質和氡濃度水平。4標準相關單位4.1歸口管理機構ISO/TC147（水質技術委員會）是負責水質領域國際標準制定的技術機構，其秘書處由德國標準化協會（DIN）承擔。TC147下設多個分技術委員會和工作組，其中SC3（放射性方法分技術委員會）專門負責水質放射性核素測定方法標準的制修訂工作。ISO13164-4:2023即由ISO/TC147/SC3歸口管理。4.2標準起草工作組ISO13164-4:2023的修訂工作由ISO/TC147/SC3下設的工作組WG12（放射性核素測定工作組）具體承擔。來自法國、德國、英國、美國、奧地利、捷克等多個國家的輻射計量專家參與了標準的修訂工作，經過多輪工作組會議討論、委員會階段投票（CD、DIS、FDIS）等嚴格程序，最終于2023年正式發布。4.3主要參與起草單位——法國輻射防護與核安全研究院（IRSN）法國輻射防護與核安全研究院（InstitutdeRadioprotectionetdeS?retéNucléaire，簡稱IRSN）是ISO13164-4標準制定的核心參與單位之一。IRSN是法國政府設立的公共機構，成立于2001年，由原法國原子能委員會（CEA）輻射防護部門和法國核安全局（DGSNR）技術部門合并而成，是法國在輻射防護與核安全領域最重要的技術支撐機構。IRSN現有員工約1800人，其中工程師和技術專家約1200人，年度預算約3億歐元。IRSN在水環境放射性監測領域具有深厚的技術積累和豐富的實踐經驗。其下設的環境放射性監測實驗室（LRDE）負責法國全國范圍內地表水、地下水、飲用水和海水等各類水體的放射性水平常規監測與應急監測任務，擁有ISO/IEC17025認可的實驗室質量體系。在氡-222測定技術方面，IRSN的科學家團隊先后開發并驗證了多種基于液體閃爍計數原理的分析方法，積累了大量的實際樣品測定數據和質控經驗，為標準中技術參數的確定和方法性能指標的設定提供了重要的實驗依據。IRSN參與了ISO13164-4標準從WD（工作組草案）到FDIS（最終國際標準草案）各階段的全部技術討論和文本起草工作，特別是在方法檢出限的驗證實驗設計、兩相體系分配系數的確定、以及基質效應評價等關鍵技術環節發揮了主導作用。此外，IRSN還積極參與了國際原子能機構（IAEA）組織的全球實驗室間比對活動，為標準方法的國際適用性和實驗室間可比性提供了數據支持。4.4我國相關標準化情況我國在氡-222測定領域已有一定的標準基礎。目前，生態環境部發布的《水質氡-222的測定液體閃爍計數法》（HJ1186-2021）為我國現行有效的行業標準，該標準在制定過程中參考了ISO13164-4:2015版本的技術框架，但采用閃爍液直接萃取-均相測量的技術路線。此外，在水質放射性監測領域，我國還發布了《水中放射性核素的測定》系列國家標準（GB/T40890系列）以及《生活飲用水標準檢驗方法放射性指標》（GB/T5750.13）等配套標準。隨著ISO13164-4:2023的發布更新，我國相關標準的技術內容也有必要進行相應的比對研究和必要的修訂完善。5發展建議與展望5.1推進標準轉化與應用建議我國相關標準化技術委員會（如全國核儀器儀表標準化技術委員會或全國環境監測方法標準化技術委員會）密切關注ISO13164-4:2023的技術變化，適時啟動該標準的采標轉化工作，將其納入我國水質放射性監測方法標準體系。在采標過程中，應結合我國水質特點和實驗室技術裝備現狀，對方法適用性進行必要的驗證實驗，確保轉化后的國家標準或行業標準具有可操作性和實用性。5.2加強技術培訓和能力建設兩相液體閃爍計數法雖然具有操作相對簡便的優勢，但樣品制備細節（如振搖時間、溫度控制、相分離效果判斷）對測量結果的準確性仍有顯著影響。建議依托國家級水質監測中心和省級輻射環境監測站，組織開展針對ISO13164-4:2023方法的專項技術培訓，建立標準操作程序（SOP）和演示視頻等配套技術資料，提升各級實驗室對該方法的理解和操作水平。5.3推動實驗室間比對和質量控制建議由中國計量科學研究院或生態環境部輻射環境監測技術中心牽頭，組織全國范圍內相關實驗室開展基于ISO13164-4:2023方法的水中氡-222測定實驗室間比對活動，通過比對數據分析評估該方法在我國實驗室體系中的適用性和結果一致性，建立水中氡-222測定的有證參考物質體系，為實驗室質量控制和測量結果溯源提供物質基礎。5.4探索智能化與在線監測技術融合近年來，自動化液體閃爍計數系統和在線式水質放射性監測裝置得到了快速發展。建議在ISO13164-4:2023方法框架基礎上，探索將該標準方法原理與自動化樣品前處理技術、遠程數據采集與傳輸技術相結合，研發水中氡-222在線監測設備和移動實驗室快速篩查系統。同時，關注新型閃爍材料（如塑料閃爍體微球）和數字延遲符合技術等前沿進展，為未來標準方法的持續改進和升級提供技術儲備。6結論ISO13164-4:2023《水質氡-222第4部分：使用兩相液體閃爍計數的試驗方法》是國際標準化組織水質技術委員會（ISO/TC147）在放射性核素水質檢測領域的一項重要標準成果。該標準基于兩相分配平衡原理，充分發揮了液體閃爍計數技術的高探測效率和簡化樣品前處理的優勢，為世界范圍內各類水體中氡-222活度濃度的準確測定提供了統一、規范的技術依據。通過對該標準的系統分析可以認識到：第一，該標準的發布填補和更新了水中氡-222測定的國際標準方法體系，與ISO13164系列其他部分形成了功能互補、應用場景各有側重的有機整體；第二，兩相液體閃爍計數法在檢出限、分析效率、成本控制和操作便捷性等方面均表現出顯著優勢，具有良好的推廣應用前景；第三，法國輻射防護與核安全研究院等專業機構在標準制定過程中發揮了重要的技術引領作用，體現了科研機構在水環境放射性標準研制中的核心支撐功能。面對日益增長的飲用水安全保障需求和輻射環境監測能力建設需要，建議我國加快該國際標準的跟蹤研究和轉化應用步伐，同步推進相關技術培訓、實驗室能力驗證和質量控制體系建設，全面提升我國水質氡-222檢測的整體技術能力和標準化水平。同時，應積極參與ISO/TC147/SC3國際標準制修訂工作，在水環境放射性監測標準化領域貢獻中國方案和中國智慧。參考文獻[1]ISO13164-4:2023,Waterquality—Radon-222—Part4:Testmethodusingtwo-phaseliquidscintillationcounting[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2023.[2]ISO13164-1:2013,Waterquality—Radon-222—Part1:Generalprinciples[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2013.[3]ISO13164-2:2013,Waterquality—Radon-222—Part2:Testmethodusinggamma-rayspectrometry[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2013.[4]ISO13164-3:2013,Waterquality—Radon-222—Part3:Testmethodusingemanometry[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2013.[5]WorldHealthOrganization.Guidelinesfordrinking-waterquality:fourtheditionincorporatingthefirstandsecondaddenda[R].Geneva:WHO,2022.[6]UNSCEAR.Sourcesandeffectsofionizingradiation:UNSCEAR2008R