210Po在吸煙過程中的分布

王 元 於國兵 顧先寶 譚華艷 聞德運 王金龍 陳 志 徐 榭

1（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 合肥 230027）2（安徽省輻射環(huán)境監(jiān)督站 合肥 230071）

210Po在吸煙過程中的分布

王 元1於國兵2顧先寶2譚華艷1聞德運2王金龍2陳 志1徐 榭1

1（中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 合肥 230027）2（安徽省輻射環(huán)境監(jiān)督站 合肥 230071）

運用α能譜法分別測量了煙絲、煙灰、濾嘴中210Po的含量，研究了吸煙過程中210Po在香煙不同部分的分布情況。通過濕法消解方式分別消解了7種品牌香煙煙絲、煙灰以及濾嘴。測量結(jié)果表明，7種品牌香煙煙絲中210Po的比活度范圍是(28.13±1.75)-(47.78±2.83) mBq·g-1，均值為36.60 mBq·g-1；7種品牌香煙每支煙絲中210Po的比活度范圍是(14.39±0.90)-(27.91±1.65) mBq，均值為20.77 mBq。在吸煙過程中，平均13.24%的210Po會滯留在煙灰中，平均14.39%的210Po會滯留在濾嘴中，平均72.37%的210Po會轉(zhuǎn)移到燃燒煙霧中。

α能譜法，210Po分布情況

210Po半衰期138.4 d，純α放射性核素，α射線能量5.3MeV，為極毒性放射性核素[1-2]。210Po核素備受人們關(guān)注的原因之一是其可能對人體造成的放射性危害。聯(lián)合國原子輻射效應(yīng)科學(xué)委員會(United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, UN-SCEAR)報告指出，天然放射性核素所致的內(nèi)照射劑量約7%是核素210Po貢獻的[3]。煙草植株通過根部吸收以及煙葉直接沉積的方式對210Po核素具有選擇性富集，其中煙葉直接沉積是煙草富集該核素的主要方式[4-5]。煙草產(chǎn)地、制備工藝以及使用磷肥情況等是導(dǎo)致不同煙草中210Po的含量差異的主要原因[6]。有文獻報道，只用300 oC的溫度處理生物樣品，就會有超過90%的210Po由于揮發(fā)而損失掉[2]。煙草燃燒過程中，中心溫度可以達到600-800 oC，煙草中大部分的210Po會因為揮發(fā)轉(zhuǎn)移到主流煙霧中，當(dāng)煙霧進入人體的呼吸系統(tǒng)后，210Po會在支氣管以及肺部沉積對人體造成持續(xù)的內(nèi)照射[7-8]。210Po所致的內(nèi)照射劑量被認(rèn)為是引起肺癌的原因之一[9-10]。在吸煙過程中，210Po會分布在煙灰、濾嘴以及可吸入煙霧中。其中煙灰以及濾嘴中的210Po不會被人體攝入，可吸入煙霧中部分210Po會沉積在人體內(nèi)。研究吸煙過程中，210Po在煙灰、濾嘴以及可吸入煙霧中的分布情況對估算吸煙人群攝入核素210Po的量具有重要的現(xiàn)實意義。

國內(nèi)外很少有關(guān)于吸煙過程中210Po在香煙不同部分的分布情況的文獻。本文基于吸煙過程中210Po總量恒定的這一原理，運用α能譜法分別測量煙絲、濾嘴以及煙灰中210Po的含量。濾嘴以及煙灰中210Po滯留量與煙絲中210Po含量的比值即可得到210Po在濾嘴以及煙灰中的分布情況，其余的210Po則轉(zhuǎn)移到了燃燒煙霧中。

1 樣品收集與實驗方法

1.1 樣品收集

根據(jù)從市場上購買的香煙價格高低將香煙分為低檔、中檔以及高檔三種類型。選擇7種受大眾喜愛的香煙品牌，每種品牌的香煙購買完全相同的兩包，一包用于測量煙絲以及空白濾嘴中210Po的含量，每種品牌每支香煙中煙絲的質(zhì)量約0.55g。另一包香煙抽完之后，測量煙灰以及用后濾嘴中210Po的濃度。

1.2 實驗儀器

鈍化離子注入平面硅探測器(Passivated Implanted Planar Silicon, PIPS)使用美國堪培拉公司(Canberra) 8路PIPS-7200型α譜儀測量系統(tǒng)，探測效率13%-25%，能量分辨率優(yōu)于18 keV。賽多利斯公司生產(chǎn)的感量為0.1mg的BT224S型電子天平，白塔金昌實驗儀器廠生產(chǎn)的SY-2型沙浴鍋，ZNCL-S-5D多點智能磁力攪拌器。

1.3 試劑

使用的試劑有濃硝酸(14mol·L-1)、濃鹽酸(12mol·L-1)、鹽酸(0.5 mol·L-1)、高氯酸、過氧化氫溶液(30%)、抗壞血酸、鹽酸羥胺溶液(25%)、乙醇(≥95%)等。除特殊說明外所使用的試劑均為分析純，水為去離子水。209Po標(biāo)準(zhǔn)源溶液，其量值可以追溯到美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(National Institute of Standards and Technology, NIST)。

1.4 實驗及樣品制備

本次需要測量的樣品包括煙絲、煙灰、空白濾嘴以及用后的濾嘴。其中煙絲在烘箱中(80 oC)放置24h，烘干后研磨均勻、用天平稱取1g左右（約兩支）的煙絲進行濕法消解。正常吸煙過程中，收集4支煙草所產(chǎn)生的煙灰進行濕法消解。每種品牌的香煙取4只空白濾嘴以及4支用后濾嘴進行濕法消解。采用兩次消解的方式，提高了濕法消解效果，減小了用酸量。濕法消解程序及制源步驟如下：

1) 將樣品放入燒杯中，先后加入0.2mL209Po標(biāo)液、10mL濃硝酸并放置過夜。

2) 第二天將燒杯放在140 oC的電熱板上加熱30min，冷卻10min，待樣品稍冷后加入3mL過氧化氫溶液并放在100 oC的電熱板上加熱10min。

3) 待樣品冷卻30min后，過濾，保留濾液。將濾渣轉(zhuǎn)移到原來裝樣品的燒杯中，加入10mL的濃硝酸靜置3h。

4) 重復(fù)步驟2)，待樣品冷卻30min后，過濾，合并兩次得到的濾液。將裝有濾液的燒杯放在110oC的沙浴鍋中蒸發(fā)至近干，加入1mL的高氯酸，在110 oC的沙浴鍋中蒸發(fā)至沒有白煙冒出。

5) 加入2mL的濃鹽酸，在110 oC的沙浴鍋中蒸發(fā)至近干，并重復(fù)一次。

6) 加入50mL 0.5 mol·L-1的鹽酸、3滴鹽酸羥胺溶液、2g抗壞血酸，輕輕振蕩3min。

7) 將銀片一面噴上紅色油漆，另一面在砂紙上磨光，去離子水沖洗干凈。光面朝上放在燒杯中的支架上，放入一個攪拌磁子并將燒杯放在磁力攪拌器上，溫度控制在95 oC自沉積2.5h。

8) 取出銀片，用去離子水沖洗，無水乙醇中浸泡30 min，去離子水沖洗，銀片放入培養(yǎng)皿中，自沉積表面朝下，貼上標(biāo)簽后，在120 oC烘箱中干燥2 h，冷卻后將銀片放在α譜儀上測量48h。

1.5 樣品中210Po的計算公式

樣品中210Po的計算公式為：

式中：CPo-210表示樣品中210Po的比活度，Bq·g-1；APo-209表示示蹤劑209Po的添加量，Bq；NPo-210、NPo-209分別表示測量得到的210Po、209Po的峰面積；m表示樣品的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 煙絲中210Po的含量

如表1所示，其中品牌A、B為低檔香煙；C、 D、E為中檔香煙；F、G為高檔香煙。表1給出了7種品牌香煙的焦油含量、煙堿量、CO量以及本實驗測定的煙絲中210Po的含量。

結(jié)果表明，香煙煙絲中210Po的比活度范圍是(28.13±1.75)-(47.78±2.83)mBq·g-1，均值為36.60mBq·g-1；根據(jù)記錄的7種品牌每支香煙煙絲的質(zhì)量(g)，7種品牌香煙每支香煙中210Po的比活度范圍是每支(14.39±0.90)-(27.91±1.65) mBq，均值為每支20.77mBq。值得關(guān)注的是：低檔品牌香煙煙絲中210Po的含量要比中檔品牌、高檔品牌香煙煙絲中210Po的含量略低。這可能是由于低檔香煙中含有較多的煙葉梗，而煙草梗部位的210Po含量相對較低[11]。

表1 煙絲中210Po的含量Table 1 Activity concentration of 210Po in cigarette tobacco.

2.2 煙灰中210Po的含量

吸煙過程中，煙草燃燒中心的溫度可以達到600-800 oC，大部分210Po會揮發(fā)進入主流煙氣中，但由于部分煙絲燃燒不完全，會有部分210Po滯留在煙灰中。為評估滯留在煙灰中210Po的份額，正常抽煙收集煙灰并通過濕法消解方式測量了7種品牌香煙煙灰中210Po的含量。結(jié)果如表2所示，給出了7種品牌香煙煙灰中210Po的含量、每支香煙煙灰210Po含量與每支香煙煙絲中210Po含量的比值。滯留在煙灰中210Po比例是9.80%-15.90%，均值為13.24%。

表2 煙灰中210Po的含量Table 2 Activity concentration of 210Po in cigarette ash.

2.3 濾嘴中210Po的滯留量

現(xiàn)在卷煙技術(shù)中濾嘴的使用可以有效截留主流煙氣中的焦油、煙堿及其他多種有害成分[12]。為了評估濾嘴對放射性核素的截留效率，通過濕法消解程序測量了7種品牌香煙的空白濾嘴以及用后濾嘴中的210Po含量，兩者的差值即為濾嘴中210Po的滯留量。結(jié)果如表3所示，給出了空白濾嘴、用后濾嘴中210Po的含量。濾嘴滯留量的范圍是每支2.17-3.43mBq。每支濾嘴中210Po的滯留量與每支煙絲中210Po的含量的比值即為210Po滯留在濾嘴中的比例，范圍為10.50%-21.74%，均值為14.39%。

表3 濾嘴中210Po的含量Table 3 Activity concentration of 210Po in cigarette filter.

2.4 燃燒煙霧中210Po的份額

直接測量燃燒煙霧中210Po的含量很困難?？苫?10Po總量恒定這一原理，間接測量燃燒煙霧中210Po的含量。每支香煙煙絲中210Po的含量減去煙灰以及滯留在濾嘴中的份額，即為燃燒煙霧中210Po的含量。結(jié)果如表4所示，轉(zhuǎn)移到燃燒煙霧中210Po的份額范圍是65.62%-76.46%，平均72.37%的210Po會轉(zhuǎn)移到燃燒煙霧中。

表4 燃燒煙霧中210Po的含量Table 4 Activity concentration of 210Po in smoke.

3 結(jié)語

通過濕法消解方式測量了7種品牌香煙煙絲、煙灰、濾嘴210Po的含量。7種香煙品牌煙絲中Po含量的范圍為每支14.4-27.9mBq。通過測量對比7種品牌香煙煙絲的210Po含量，結(jié)果表明，低檔品牌香煙煙絲中210Po的含量要比中、高檔品牌香煙煙絲中210Po的含量略低。7種香煙品牌煙灰中210Po的含量范圍為每支1.41-3.89mBq，7種香煙品牌濾嘴中210Po滯留量的范圍為每支2.17-4.42mBq。

基于210Po總量恒定這一原理，可得到吸煙過程中210Po的分布情況。結(jié)果表明，在吸煙過程中，煙絲中高達72.37%的210Po將轉(zhuǎn)移到燃燒煙霧中。本文為精確估算吸煙者由于攝入210Po所致的有效劑量提供了可靠的數(shù)據(jù)。

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Distribution of210Po during smoking

WANG Yuan1YU Guobing2GU Xianbao2TAN Huayan1WEN Deyun2WANG Jinlong2CHEN Zhi1XU Xie1
1(University of Science and Technology of China, Hefei 230027, China) 2(Anhui Radiation Environment Supervision Station, Hefei 230071, China)

Background: Due to direct deposition on leaves or root uptake, the tobacco leaves may contain210Po in significant concentration. There have been many surveys on the210Po activity concentration in cigarettes, yet few researches on the distribution of210Po during smoking. Purpose: The study aims to research the distribution of210Po during smoking. Methods:209Po was used for chemical recovery calculation and210Po was measured by α spectrometry using a passivated implanted planar silicon (PIPS) detector after chemical leaching and spontaneous on silver disk. The210Po of fresh tobacco, filter, post-smoking filter and cigarette ash were measured. The210Po activity concentration in smoke was determined on the basis of above data. Results: The210Po activity concentration of the 7 types of cigarettes ranged from (28.13±1.75) mBq·g-1to (47.78±2.83) mBq·g-1, and the average is 36.60 mBq·g-1. On average, about 13.24% of total210Po was retained in the cigarette ash, about 14.39% of total210Po was retained in the filter. Conclusion: About 72.37% of210Po was transferred in the cigarette smoke, which may be deposited in the lung tissues.

α spectrometry, Distribution of210Po

WANG Yuan, male, born in 1992, graduated from University of South China in 2015, master student, mainly engaged in the research of

CHEN Zhi, E-mail: zchen@ustc.edu.cn

date: 2017-03-01, accepted date: 2017-03-21

TL99，O657.4

10.11889/j.0253-3219.2017.hjs.40.070301

安徽省省級環(huán)?？蒲姓n題(No.2016-05)、國家自然科學(xué)基金(No.11575178)資助

王元，男，1992年出生，2015年畢業(yè)于南華大學(xué)，現(xiàn)為碩士研究生，主要從事核探測與輻射防護研究

陳志，E-mail: zchen@ustc.edu.cn

2017-03-01，

2017-03-21

Supported by Provincial Environmental Protection Scientific Research Project of Anhui Province (No.2016-05), National Natural Science Foundation of

China (No.11575178)

nuclear detection and radiation protection