辐射环境监测对智能大容量马弗炉有实际需求, 本文分析了通用型马弗炉的特点和应用中存在的不足, 提出了大容量马弗炉的设计, 并进行了样机研制和试验。结果表明, 研制的智能大容量马弗炉能够同时对30个样品进行烘干、炭化和灰化处理, 功效比合理, 具有较好应用价值。

随着公众对环境问题的日益重视, 国家对环境监测的工作力度不断加大, 同时, 随着我国核电事业的发展, 我国对核设施周围的辐射环境监测也在不断加强。生物样品中的放射性核素监测是核电厂周围辐射环境监测的一个重要项目。根据《生物样品中放射性核素的γ能谱分析方法》 (GB 16145-1995) [1]等国家标准, 生物样品中的放射性核素监测, 首先需要对生物样品进行必要的预处理和前处理, 对生物样品进行烘干、炭化和灰化等。烘干在烘箱内进行, 炭化在电炉上进行, 灰化在马弗炉中进行, 每个过程均需要控制好各环节的温度, 尤其是炭化温度不能过高, 以防止样品产生明火。通常实验用的不同生物样品灰化时间不等, 一般需要12～75小时[2], 这样的样品前处理方法对于处理少量样品尚可, 但对于处理大量生物样品则存在诸多问题。由于辐射环境监测样品绝大部分为痕量放射性样品, 实验所需生物样品量大, 并且有的生物样品不能长时间存放, 如螃蟹样品冰冻存放后难以进行监测标准所要求的骨肉分离, 需要在新鲜状态进行骨肉分离后进行样品前处理。因此, 更需要在短时间内处理大量的生物样品。虽然我站拥有一定数量的烘箱、电炉、马弗炉, 且设备总数在国内同行单位中属于相对较多, 但在样品采集“高峰时段”仍然存在样品处理能力不足的问题。

为了解决上述问题, 我站项目组启动了具有智能化特点的大容量烘干灰化一体机马弗炉研发, 样机于2017年获得了国家实用新型专利[3]。该智能大容量马弗炉具有内腔体积大、灰化效率高、自动化程度高、安全系数大等优点, 适用于大批量动植物生物样品的烘干、炭化和灰化。

1 常规马弗炉存在的不足

常规马弗炉在灰化生物样品前, 需要在另一设备上进行烘干, 再在通风柜中的电炉上进行炭化。图1是我站的烘干用烘箱, 图2是我站的部分灰化用马弗炉, 图3是马弗炉的内部结构。由图可见, 常规马弗炉内腔体积小, 样品处理量有限, 一般通用型马弗炉的灰化结构内腔体积为2×5L, 灰化过程耗时4～5天。

大量生物样品的快速灰化是辐射环境监测实验中需迫切解决的问题, 有作者曾研究了大量生物样品灰化的简易方法[2], 取得了较好的效果。该方法是在传统马弗炉灰化方法基础上采取炉门适当开口充氧, 从而提高了灰化速度。但这种方法还没有完全解决同时处理多个样品的问题, 也没有实现烘干、炭化、灰化等过程的一体化。