核事故后牛奶中90Sr污染的高效定量分析：一种高回收率、低检测限的创新方法

本刊推荐：针对核事故后牛奶中90Sr污染监测的难题，研究人员开发了一种集成冷冻干燥、高温煅烧、离子交换色谱和液体闪烁光谱（LSC）的高效定量方案。该方法在参考样品中实现100±2%的化学回收率，最低检测活性（MDA）低至0.33 Bq/L，显著优于现有技术（如Guérin法和Dowex树脂法），为核应急响应和常规放射性监测提供了可靠、安全的解决方案。

　　

核能的安全利用一直是全球关注的焦点，尤其是核事故后放射性物质的环境扩散和食物链污染问题。其中，锶-90（⁹⁰Sr）作为一种高能量β射线发射体（β^? emitter），因其化学和生物学行为与钙相似，易通过牛奶等食品进入人体，沉积于骨骼和牙齿，造成长期内照射损伤，成为公共卫生和食品安全领域的重大隐患。然而，现有⁹⁰Sr检测方法存在回收率低、有机质去除不彻底、操作复杂等问题，难以满足核应急响应中高通量、高准确度的监测需求。

为此，由Q. Rogliardo、A. Kanellakopoulos、H. Corcelle等人组成的研究团队，开发了一种高效、可靠的⁹⁰Sr定量分析方案，并于《Aquacultural Engineering》发表了题为“High efficiency quantification of ⁹⁰Sr contamination in cow milk after a nuclear accident”的研究论文。该研究通过整合冷冻干燥（lyophilization）、高温煅烧（calcination）、离子交换色谱（ion exchange chromatography）和液体闪烁光谱（LSC）技术，实现了对牛奶中⁹⁰Sr的近完全回收和精准定量，为核事故后的食品放射性监测提供了强有力的技术支撑。

为开展本研究，团队主要采用了以下关键技术方法：

1. 1.
   冷冻干燥：将液态牛奶预冷冻后转化为干粉，避免直接煅烧时的操作风险；
2. 2.
   高温煅烧：在700°C下彻底去除有机质，获得白色灰分，确保后续色谱分离效率；
3. 3.
   离子交换色谱：使用Sr Resin?柱选择性分离锶，通过不同浓度硝酸和草酸洗涤去除干扰元素；
4. 4.
   液体闪烁光谱（LSC）：测量⁹⁰Sr及其子体⁹⁰Y的活性，结合时间序列验证 secular equilibrium（长期平衡）；
5. 5.
   电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）：用于化学回收率验证，确认方法可靠性。
   所有实验均使用市售UHT全脂牛奶和标准⁹⁰Sr溶液，确保方法可重复性与实用性。

2.1. Reagents and apparatus

研究选用高纯度试剂和商用Sr Resin?色谱柱，仪器涵盖冷冻干燥机、马弗炉、TriCarb 2900TR液体闪烁谱仪和Agilent 7700X ICP-MS，确保实验条件标准化与结果可比性。

2.2. Freeze drying

通过优化预冷冻（-20°C）和干燥温度（-40°C），实现了87%的水分蒸发率，获得易于处理的牛奶粉末，为后续煅烧奠定基础。

2.3. Calcination

比较550°C与700°C煅烧效果发现，后者能彻底去除有机质，产生白色灰分，避免色谱柱堵塞，保障流率稳定与分离效率。

2.4. Ion exchange chromatography

采用Sr Resin?柱和分级硝酸洗涤策略，有效分离锶并去除actinides（锕系元素）等干扰物，最终用0.05M HNO₃洗脱收集待测液。

2.5. Liquid scintillation spectroscopy

通过时序测量（t=0, 20, 30天）清晰区分⁹⁰Sr和⁹⁰Y的能谱特征，验证secular equilibrium达成，确保活性计算准确性。

2.6. Mass spectrometry

ICP-MS校准曲线显示良好线性（0.1–10 ppm），通过添加稳定锶 tracer（示踪剂）确认化学回收率达100±2%，证明方法可靠性且无显著元素干扰。

3. Results and discussion

在0.45 Bq/mL参考样品中，该方法实现近乎完全的⁹⁰Sr回收，LSC测量显示活性随时间倍增，符合⁹⁰Y生长理论（T_1/2=2.67 d）。MDA计算表明，在300 mL样品量和60分钟测量条件下，检测限低至0.33 Bq/L，适用于低水平污染监测。

3.1. Comparison to other methods

与Guérin法（68±2%回收率）、Maxwell法（操作复杂且危险）和Dowex树脂法（65±6%回收率）相比，本方案在回收率、安全性与可重复性方面均显著优于现有方法。

4. Conclusions and outlook

本研究建立的⁹⁰Sr定量协议不仅高效、可靠，且具备良好的可扩展性与经济性（色谱柱可重复使用）。其核心步骤——冷冻干燥、高温煅烧和锶特异性分离——可广泛适用于其他食品基质（如蔬菜、谷物）的放射性监测。未来结合超低本底LSC技术，可进一步降低检测限，提升核应急响应能力与公共卫生防护水平。