天然放射性核素干扰下液体闪烁计数法检测放射性硫（35S）的策略研究及其在水体定年中的应用意义

《Journal of Environmental Radioactivity》：Radio-sulphur (35S) detection by LSC – How to deal with interfering natural radionuclides

本文针对液体闪烁计数（LSC）法检测水体中放射性硫（35S）时存在的多种天然放射性核素干扰问题，系统评估了226Ra、222Rn子体、210Pb、3H、14C及40K的能谱特征及其对35S计数窗口的影响。研究通过合成样品与天然水样实验，揭示了干扰核素的能谱重叠现象，提出需结合全谱分析、样品前处理优化及本底校正等技术策略，以提高35S定量准确性，对保障年轻水体定年可靠性具有重要意义。

　　

在环境水文地质学与放射性同位素示踪技术领域，放射性硫（³⁵S）因其较短的半衰期（t_1/2＝87天）成为测定年轻地下水及地表水（滞留时间短于一年）年龄的理想示踪剂。然而，在实际检测过程中，尤其是通过液体闪烁计数（Liquid Scintillation Counting, LSC）技术定量³⁵S时，常受到多种天然放射性核素的干扰，导致计数结果偏离真实值，进而影响水体年龄估算的准确性。这类干扰核素既可能来源于水样本身（如²²⁶Ra、²²²Rn衰变子体、²¹⁰Pb及其子体、³H），也可能来自实验过程中使用的闪烁液、计数瓶等耗材（如¹⁴C和⁴⁰K）。尽管已有部分研究提及此类问题，但缺乏对干扰核素能谱特性、重叠范围及实际影响的系统性评估，导致在实际操作中易被忽视，进而造成对³⁵S活度的高估及水体年龄的低估。

为解决这一问题，Michael Schubert与Juergen Kopitz在《Journal of Environmental Radioactivity》上发表研究，通过制备一系列合成样品并分析其LSC能谱，系统评估了多种干扰核素的能谱分布特征及其对³⁵S计数窗口（1.5–45 keV）的影响，同时结合天然水样的检测案例，提出了相应的干扰识别与 mitigation 策略。

本研究主要采用了以下关键技术方法：利用液体闪烁计数器（Quantulus GCT 6220）测量合成样品与天然水样；通过制备含特定核素（³H、¹⁴C、²¹⁰Pb、²²⁶Ra、³⁵S等）的标准溶液模拟实际干扰场景；结合树脂提取法与BaSO₄沉淀法处理不同硫酸盐负载的水样；运用脉冲指数校正（TR-LSC）与脉冲形状分析（PSA）等技术降低本底干扰。

研究结果部分包括以下内容：

3. Results and discussion

通过分析合成样品的LSC能谱，研究发现²²⁶Ra及其短寿命子体、²¹⁰Pb子体的能峰均位于³⁵S计数窗口之外的高能区，可通过能窗设置避免干扰；而³H、¹⁴C、⁴⁰K及²¹⁰Pb的能峰则与³⁵S窗口存在显著重叠。特别地，²¹⁰Pb作为²³⁸U衰变链成员，其存在可通过²²⁶Ra等母体的能峰间接指示。天然水样的检测结果进一步验证了这一结论：雨水样品经树脂提取后未显示高能区计数，表明基本无干扰核素存在；而某地下水样（来自德国哈兹山脉灰色wacke含水层）经BaSO₄沉淀处理后显示出明显的²²⁶Ra能峰，且其²¹⁰Pb信号重叠于潜在的³⁵S弱信号之上。

研究结论与讨论部分强调，干扰核素（尤其是³H、¹⁴C、⁴⁰K和²¹⁰Pb）可能导致³⁵S计数窗口内的计数并非全部来源于³⁵S，因此需采取多种策略以保障检测准确性：包括优化LSC计数能窗设置以排除高能核素干扰；在高硫酸盐水样中采用碳酸盐预沉淀或EDTA络合等前处理技术去除²²⁶Ra与²¹⁰Pb；全面分析LSC全谱以识别潜在干扰核素；选择低本底计数瓶与闪烁液（如低⁴⁰K玻璃瓶或低¹⁴C塑料瓶）；运用TR-LSC与PSA等仪器功能降低Cerenkov计数与α事件干扰。该研究不仅填补了现有文献中对干扰核素能谱特性与重叠机制详细数据的缺失，也为从事水体³⁵S定年的研究人员提供了实操性强的干扰识别与 mitigation 指南，对提升年轻水体年龄评估结果的可靠性具有重要科学与实践意义。