综述：碳-14在环境与生物样品中的健康风险评估及测量：一项综合性综述

《Environmental Technology & Innovation》：Health Risk Assessment and Measurement of Carbon-14 in Environmental and Biological Samples: A Comprehensive Review

　　

目的与意义：碳-14(14C)作为碳的放射性同位素，广泛存在于环境中，因其长半衰期和高迁移性被视作核动力工业排放的重要放射性核素，可经由全球碳循环进入人体，造成放射性风险与危害。因此，建立可靠高效的14C测定方法对环境与食品放射性监测具有重要意义。 方法：研究人员系统综述了近期环境与生物样品中14C分析方法的进展，首先阐述了14C健康风险评估方法，总结了不同分析步骤（包括样品前处理、源制备与测定）所采用的技术，并对涉及技术进行了梳理。 结果：当前关于14C健康风险评估的研究数据仍显不足。此外，不同类型的14C样品具有差异化的分析与检测手段，各具优势与局限。其中，液闪计数(Liquid Scintillation Counting, LSC)是常规监测的主要方法，故需结合实际选取适宜的分析路径。 结论：随着人工智能发展，自动化在放射化学分析中的应用是提升14C分析方法效率与准确性的关键方向，可为环境与生物样品中14C风险评估提供方法学支撑。

1. 1.
   引言
   碳是构成几乎所有生物分子的基础元素。在其同位素中，碳-14(¹⁴C)是一种放射性β发射体，半衰期为5730 ± 40年。其最大β能量为156 keV，穿透能力弱，外照射风险可忽略不计。尽管放射毒性相对较低，¹⁴C却是人类集体辐射剂量的最显著贡献者。

1.1. ¹⁴C的来源与归宿

¹⁴C兼具天然与人工放射性核素属性。天然成因源于大气中宇宙中子与氮原子的相互作用，大气比活度约为242 ± 6 Bq/kg。人为活动亦推高¹⁴C水平：20世纪50至60年代大气核试验致浓度峰值；核电厂事故（如日本福岛第一核电站与切尔诺贝利核事故）；常规核反应堆运行中，¹⁴C由中子与燃料、慢化剂及冷却剂中同位素（如¹⁴N、¹⁷O与¹³C）作用生成并微量释入环境。生成后¹⁴C迅即氧化为¹⁴CO，继而转为二氧化碳¹⁴CO₂，经输送至低层大气、被水圈吸收并通过光合作用整合入生物圈，参与全球碳循环。

1.2. 生态系统中不同分子形态¹⁴C的迁移与累积

类似于稳定碳，¹⁴C在生态系统内呈生物放大效应，营养级越高浓度愈甚。研究人员模拟沉积-底栖无脊椎动物-鱼类食物链发现，沉积源碳对颤蚓贡献达70%–80%，鲫鱼仅1%–5%，且动物体内沉积碳占比受食物可得性影响。另一研究指出，爱尔兰海衍生¹⁴C经溶解无机碳富集、浮游植物光合转移、颗粒沉降被腐食者消耗，进而传递至苏格兰西部底栖食物网。长江口三类潮间带生物浓集系数范围为：芦苇根1844–3663 L/kg、蟹类1714–3367 L/kg、软体动物1243–4472 L/kg，低于沿海核电厂周边水生生物报道值，更远小于国际原子能机构(IAEA)推荐值，表明不同环境与生物体累积能力差异及准确定量之挑战。

1.3. 文献计量分析

研究人员基于Web of Science核心合集，检索2000至2025年关于¹⁴C测定方法与健康风险评估的出版物。测定方法检索得402篇，含6篇综述，然均聚焦 radiocarbon dating，未见对测定技术的综合方法学解析。高频关键词网络分析识别出69个高频词。健康风险评估检索获74篇相关文献，经筛选纳入述评。

1. 2.
   ¹⁴C对人体健康风险评估及相关评价
   2.1. ¹⁴C的生物动力学
   因高迁移性，¹⁴C可作示踪剂用于生物医学与环境研究，如体内营养代谢、¹⁴C标记农药代谢解析等。其经食物链跨介质转移，并可结合生物分子干扰单碳与核苷酸代谢，潜在诱发神经病理及表观遗传改变。人体暴露途径含吸入、透皮及食入，生物半减期1.18年，致内照射危害且累积剂量不可忽略。掺入DNA可引细胞毒性乃至致癌转化。代谢动力学遵循普通碳轨迹，仅微量长期滞留于蛋白、脂质及碳水化合物组分。

2.2. ¹⁴C健康风险评估

现有数据有限，当前方法主要将样品¹⁴C浓度换算为人体辐射剂量，依据剂量-效应关系评估癌症发生率增高及遗传效应等风险。

2.2.1. ¹⁴C所致年有效剂量评价

基于ICRP 119框架，有效剂量为主要剂量学量。因外照射贡献可略，有效剂量主要反映摄入核素之内照射。食入所致年有效剂量计算公式：C_D=R_c×I_R×D_F，式中C_D为年有效剂量(mSv/a)，R_c为食品¹⁴C活度浓度(Bq/kg)，I_R为剂量转换系数(mSv/Bq)，D_F为食品年消费量(kg/a)。吸入与食入的剂量系数分别为：¹⁴CO₂吸入6.5×10^-12 Sv/Bq，甲烷吸入2.9×10^-12 Sv/Bq，有机物食入5.8×10^-10 Sv/Bq。

2.2.2. ¹⁴C致癌症与遗传效应风险评估

膳食年剂量属极低剂量(<100 mSv)。ICRP依线性无阈(LNT)模型假定任何剂量均可抬升癌险，但该模型极低剂量生物学效度存议。低剂量唯一确证健康后果为癌症发病率增加。终身癌险与遗传效应风险公式：E R=C_D×R F×DL，R F癌险系数5.5×10^-5 mSv^-1，遗传效应0.2×10^-5 mSv^-1，DL成人取50年。

1. 3.
   ¹⁴C分析方法进展
   ¹⁴C/C比可作死亡时序指征，广用于考古、法医、海洋学等。然针对环境与生物检品的系统评价匮乏。研究人员综述近十年¹⁴C测定技术创新，涵盖样品前处理、源制备及测量通用分析流程。

3.1. 样品前处理

3.1.1. 环境样品前处理

3.1.1.1. 大气样品前处理

大气中¹⁴C多以¹⁴CO₂存在，NaOH捕集为基础。国标 EJ/T 1008-1996 采用滤粒后催化氧化(～500 °C)再NaOH吸收，多阶吸收提效增准。

3.1.1.2. 水样前处理

水分无机（溶解CO₂、碳酸盐）与有机碳。无机碳预处理：沉淀法(强碱调pH加CaCl₂等)简易但受基质扰；鼓泡法酸化惰气吹脱CO₂碱吸更准。有机碳氧化：高温燃烧法(600–900 °C)氧化力强但本底高；湿氧化法(K₂S₂O₈等试剂)回收率83.3–97.2%，准确安全，可分项测定。

3.1.1.3. 土壤样品前处理

过1 cm筛烘干，称0.02–0.06 g加CuO与Ag丝石英管抽真空熔封，900 °C灼烧4 h转CO₂。

3.1.2. 生物样品前处理

3.1.2.1. 固体样品前处理

氧弹燃烧法(GB/T 37865-2019)速燃回收高但安全性低；高温催化氧化法自动安全首选，如六管燃烧联合分离¹⁴C与组织自由水氚(OBT)，燃时缩至6.5 h，碳回收82.7%–96.3%。

3.1.2.2. 尿样前处理

专用燃烧炉可同步萃取³H与¹⁴C，90 min内完成，碳回收90±9%，适于常规与应急监测。

3.2. 源制备

3.2.1. 液闪计数(LSC)测量源制备

3.2.1.1. CaCO₃粉末悬浮法

简廉，但引入Ca²⁺误差异、乳化稳性差、杂质样不适。

3.2.1.2. 直接吸收法

酸解CO₂碱吸(如Carbo-Sorb E)，匀混淬灭轻，离线捕集饱和吸态，检测限可达13–14 Bq kg^-1C。

3.2.1.3. 苯合成

燃样得CO₂与锂制乙炔三聚铬催化苯，富碳敏度高但苯致癌、繁耗。

3.2.2. 加速器质谱(AMS)测量源制备

石墨法为常规。催化还原分三类：H₂/Fe法(中温Fe催，产率60%–65%背景低但控比难生CH₄)；Zn/Fe法(Zn还安，低温蒸馏石墨微样<150 μg C)；Zn-TiH₂/Fe法(TiH₂供热氢，精度2–3‰背景～5万，微样不稳)。

3.3. 测量

3.3.1. β电离(BI)

样转CO₂气正比计数，仪廉但净气苛，罕用。

3.3.2. 液闪计数(LSC)

β粒激荧光光电倍增计数，准快廉小占，计数效20%–80%。淬灭较正分内标法与外标法(SQP、tSIE)，内标优而外标宜例常。

3.3.3. 加速器质谱(AMS)

质量电荷动量分选，剥去¹⁴N等，敏达10^?12–10^?16，需样毫克级、时短精高，但仪昂操杂。

1. 4.
   结论与展望
   本文首评¹⁴C风险（年有效剂量及癌遗险）。继析前处理–源备–测量诸法利弊：LSC最常用，直测烃转CO₂/苯；AMS金标准但贵繁；LSC淬灭可内外标校。人工智能自动化（如元素分析仪联MICADAS AMS气溶胶直测）将促在线分离耦合，塑未来方法学。
2. 5.
   未引用参考文献
   （此处原文列明未引用文献，依嘱不赘引标识）

作者贡献声明

马潇湘：调研；任红：审撰与资获；龚欣雨：起草；曹艺瑶：起草与资获。