CN109900771B

CN109900771B - 一种铀同位素比值的测定方法

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Publication number: CN109900771B
Application number: CN201711305279.4A
Authority: CN
Inventors: 汤书婷; 崔建勇; 王晓明
Original assignee: Beijing Research Institute of Uranium Geology
Current assignee: Beijing Research Institute of Uranium Geology
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2021-10-19
Anticipated expiration: 2037-12-08
Also published as: CN109900771A

Abstract

本发明属于物质性质测定技术领域，具体涉及一种铀同位素比值的测定方法。本发明包括如下步骤：步骤1.升温：加电流使电离带及蒸发带及控制样品的离子流强度小于100mV的蒸发带温度；步骤2.调节聚焦参数：在低的蒸发带温度下调节聚焦参数，使样品峰平台稳定；步骤3.数据采集：参照全蒸发的前期升温速率升蒸发带温度至设定的测试离子流强度；步骤4.数据拟合；步骤5.数据推导：以拟合所得方程对数据进行1～2个周期推算；步骤6.推导数据起始点的选择；步骤7.结果的计算：计算分馏校正起始点至推算终点之间数据的均值。本发明能够解决现有常规测量方法质量分馏效应不一致，很难进行外标校正，全蒸发方法质量分馏效应一致性较好，但测量过程耗时过长的问题。

Description

一种铀同位素比值的测定方法

技术领域

本发明属于物质性质测定技术领域，具体涉及一种铀同位素比值的测定方法。

背景技术

热电离质谱法是同位素组成测定的经典方法，广泛应用于核材料和同位素地质等研究领域，其热电离方式决定了同位素质量分馏效应是影响同位素组成准确测定的主要因素，但是要得到准确的热电离质谱的质量分馏系数是非常困难的。

质量分馏效应采用线性校正、指数校正和对数校正三种质量分馏校正模式的任意一种进行质量分馏校正。

对于含有同位素参考比值的元素，将其作为内标，如锶或钕同位素比值的测定，一般⁸⁶Sr/⁸⁸Sr或¹⁴⁶Nd/¹⁴⁴Nd为参考比值，标准化到⁸⁶Sr/⁸⁸Sr＝0.1194或¹⁴⁶Nd/¹⁴⁴Nd＝0.7219，可以准确测定同位素组成。

对于不含同位素参考比值的元素如铀、铅等，其质量分馏效应需采用外标校正方法，即首先测定同位素标准物质得到质量分馏校准因子，用于校准样品的质量分馏效应。常规测量方法由于样品和标准物质测量参数等的不一致性，导致分馏校正因子有一定的差异，影响测量结果的准确性。为此全蒸发测量方法得以应用，使得不同样品之间分馏校正因子差异变小，测量结果准确性得到明显提高。但在实际使用过程中，全蒸发测量方法耗时过长，约是常规测量时间的十倍至二十倍时长，不利于推广使用。

发明内容

本发明解决的技术问题：本发明提供一种铀同位素比值的测定方法，能够解决现有常规测量方法质量分馏效应不一致，很难进行外标校正，全蒸发方法质量分馏效应一致性较好，但测量过程耗时过长的问题。

本发明采用的技术方案：

一种铀同位素比值的测定方法，包括如下步骤：

步骤1.升温：加电流使电离带及蒸发带缓慢升温至合适的电离温度及控制样品的离子流强度小于100mV的蒸发带温度；

步骤2.调节聚焦参数：在低的蒸发带温度下调节聚焦参数，使样品峰平台稳定；

步骤3.数据采集：参照全蒸发的前期升温速率升蒸发带温度至设定的测试离子流强度，并在此离子流强度下采集100～200组原始数据；

步骤4.数据拟合；

步骤5.数据推导：以拟合所得方程对数据进行1～2个周期推算；

步骤6.推导数据起始点的选择；

步骤7.结果的计算：计算分馏校正起始点至推算终点之间数据的均值，即为本方法所得的结果。

所述步骤1中，电离温度的控制以中间铼带的铼峰强度表征。

所述步骤4中，对采集所得数据进行对数拟合并获得拟合方程y＝a ln(x)+b；其中，y为每个cycle²³⁵U/²³⁸U的测量值，x为测量的时间。

所述步骤6的具体步骤为：对拟合方程进行一次求导，不同丰度的样品由于拟合方程量级的不同，以相对误差0.3％～0.5％，以0.3％×a～0.5％×a范围内对应的点为分馏校正起始点，具体起始数据点的选择与求导后曲线变化趋势对应。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种铀同位素比值的测定方法，周期短、效率高、测定结果稳定性好，具有较宽的适用范围，结果接近全蒸发测试结果。

附图说明

图1为U030 1#样品一阶导数曲线；

图2为U030 2#样品一阶导数曲线；

图3为U100 1#样品一阶导数曲线；

图4为U100 2#样品一阶导数曲线；

图5为U500 1#样品一阶导数曲线；

图6为U500 2#样品一阶导数曲线；

图7为U900 1#样品一阶导数曲线；

图8为U900 2#样品一阶导数曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种铀同位素比值的测定方法作进一步详细说明。

实施例1

本实施例的样品为UTB 030，本发明提供的一种铀同位素比值的测定方法，包括如下步骤：

步骤1.升温：

对UTB 030样品进行平行点样，保证点样升温条件一致，缓慢升温至中间带Re⁺特征峰达200mV，控制蒸发带温度使U⁺离子流强度不高于100mV。

步骤2.调节聚焦参数：

在步骤1的温度条件下调节聚焦参数，参照全蒸发测试方法，初期控制蒸发带电流增长速率，使蒸发带温度缓慢升高直至离子流强度达到测量所需后开始测量。

步骤3.数据采集：

测量过程中根据离子流的强度反馈调节蒸发带的电流，使离子流处于相对稳定状态直至完成200个cycles的数据采集。

步骤4.数据拟合：

对平行样每个cycle ²³⁵U/²³⁸U测量结果随测量时间的变化数据进行对数拟合。

1#样品拟合方程为y＝-3.339526E-05ln(x)+3.116119E-02；

2#样品拟合方程为y＝-3.689576E-05ln(x)+3.119821E-02；

步骤5.数据推导：以拟合所得方程对数据进行1～2个周期推算。

步骤6.推导数据起始点的选择：

U030 1#样品以相对偏差0.3％，起始点选择0.3％×a，即-1×10^-7对应的时间点为拟合数据的起始点进行拟合计算。U030 2#样品以相对偏差0.3％，起始点选择0.3％×a，即-1×10^-7对应的时间点为拟合数据的起始点进行拟合计算，分别对步骤4中两个拟合所得方程进行求导得到的一阶倒数曲线如图1图2所示。

步骤7.结果的计算：

本方法结果与常规测试结果、全蒸发测试结果对比如下表1所示：

表1实施例1不同测量方法结果对比

U030	常规测试结果	全蒸发测试结果	本方法结果
				1#	0.030968	0.030954	0.030938
2#	0.030982	0.030955	0.030940

本发明方法结果一致性明显优于常规测试方法，接近于全蒸发测试。

实施例2

本实施例的样品为UTB 100，本发明提供的一种铀同位素比值的测定方法，包括如下步骤：

步骤1.升温：对UTB 100样品进行平行点样，保证点样升温条件一致，缓慢升温至中间带Re⁺特征峰达200mV，控制蒸发带温度使U⁺离子流强度不高于100mV。

步骤2.调节聚焦参数：在步骤1的温度条件下调节聚焦参数，参照全蒸发测试方法，初期控制蒸发带电流增长速率，使蒸发带温度缓慢升高直至离子流强度达到测量所需后开始测量。

步骤3.数据采集：测量过程中根据离子流的强度反馈调节蒸发带的电流，使离子流处于相对稳定状态直至完成100个cycles的数据采集。

步骤4.数据拟合：对平行样每个cycle ²³⁵U/²³⁸U测量结果随测量时间的变化数据进行对数拟合。

1#样品拟合方程为y＝-7.901502E-05ln(x)+1.115328E-01

2#样品拟合方程为y＝-1.413697E-04ln(x)+1.119807E-01

步骤6.推导数据起始点的选择：

分别对步骤4中两个拟合所得方程进行求导得到的一阶倒数曲线如图3图4所示。U100 1#样品以相对偏差0.3％，起始点选择0.3％×a，即-2×10^-7对应的时间点为拟合数据的起始点进行拟合计算。U100 2#样品以相对偏差0.3％，起始点选择0.3％×a，即-4×10^-7对应的时间点为拟合数据的起始点进行拟合计算。

步骤7.结果的计算：

本方法结果与常规测试结果、全蒸发测试结果对比如下表2所示：

表2实施例2不同测量方法结果对比

U100	常规测试结果	全蒸发测试结果	本方法结果
				1#	0.111077	0.111077	0.110989
2#	0.111145	0.111053	0.110998

采用本发明方法结果一致性明显优于常规测试方法，接近于全蒸发测试。

实施例3

本实施例的样品为UTB 500，本发明提供的一种铀同位素比值的测定方法，包括如下步骤：

步骤1.升温：对UTB500样品进行平行点样，保证点样升温条件一致，缓慢升温至中间带Re⁺特征峰达200mV，控制蒸发带温度使U⁺离子流强度不高于100mV。

步骤3.数据采集：测量过程中根据离子流的强度反馈调节蒸发带的电流，使离子流处于相对稳定状态直至完成150个cycles的数据采集。

1#样品拟合方程为y＝-1.428527E-03ln(x)+1.032679E+00

2#样品拟合方程为y＝-1.468252E-03ln(x)+1.032556E+00

步骤6.推导数据起始点的选择：

分别对步骤4中两个拟合所得方程进行求导得到的一阶倒数曲线如图5图6所示。U500 1#样品以相对偏差0.3％，起始点选择0.3％×a，即-5×10^-6对应的时间点为拟合数据的起始点进行拟合计算。U500 2#样品以相对偏差0.3％，起始点选择0.3％×a，即-5×10^-6对应的时间点为拟合数据的起始点进行拟合计算。

步骤7.结果的计算：

本方法结果与常规测试结果、全蒸发测试结果对比如下表3所示：

表3实施例3不同测量方法结果对比

U500	常规测试结果	全蒸发测试结果	本方法结果
				1#	1.0227	1.0238	1.0227
2#	1.0236	1.0234	1.0223

实施例4

本实施例的样品为UTB 900，本发明提供的一种铀同位素比值的测定方法，包括如下步骤：

步骤1.升温：对UTB900样品进行平行点样，保证点样升温条件一致，缓慢升温至中间带Re⁺特征峰达200mV，控制蒸发带温度使U⁺离子流强度不高于100mV。

步骤3.数据采集：测量过程中根据离子流的强度反馈调节蒸发带的电流，使离子流处于相对稳定状态直至完成200个cycles的数据采集。

步骤4.数据拟合：对平行样每个cycle²³⁵U/²³⁸U测量结果随测量时间的变化数据进行对数拟合。

1#样品拟合方程为y＝-7.584972E-03ln(x)+1.072129E+01

2#样品拟合方程为y＝-7.107022E-03ln(x)+1.072002E+01

步骤6.推导数据起始点的选择：

分别对步骤4中两个拟合所得方程进行求导得到的一阶倒数曲线如图7图8所示。U900 1#样品以相对偏差0.5％，起始点选择0.5％×a，即-5×10^-6对应的时间点为拟合数据的起始点进行拟合计算。U900 2#样品以相对偏差0.5％，起始点选择0.5％×a，即-5×10^-6对应的时间点为拟合数据的起始点进行拟合计算。

步骤7.结果的计算：

本方法结果与常规测试结果、全蒸发测试结果对比如下表4所示：

表4实施例4不同测量方法结果对比

U900	常规测试结果	全蒸发测试结果	本方法结果
				1#	10.657	10.674	10.669
2#	10.675	10.676	10.670

Claims

1.一种铀同位素比值的测定方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤(1).升温：加电流使电离带及蒸发带缓慢升温至合适的电离温度及控制样品的离子流强度小于100mV的蒸发带温度；

步骤(2).调节聚焦参数：在低的蒸发带温度下调节聚焦参数，使样品峰平台稳定；

步骤(3).数据采集：参照全蒸发的前期升温速率升蒸发带温度至设定的测试离子流强度，并在此离子流强度下采集100～200组原始数据；

步骤(4).数据拟合；

步骤(5).数据推导：以拟合所得方程对数据进行1～2个周期推算；

步骤(6).推导数据起始点的选择；

步骤(7).结果的计算：计算分馏校正起始点至推算终点之间数据的均值，即为本方法所得的结果。

2.根据权利要求1所述的一种铀同位素比值的测定方法，其特征在于：所述步骤(1)中，电离温度的控制以中间铼带的铼峰强度表征。

3.根据权利要求2所述的一种铀同位素比值的测定方法，其特征在于：所述步骤（4）中，对采集所得数据进行对数拟合并获得拟合方程y＝a ln(x)+b；其中，y为每个cycle²³⁵U/²³⁸U的测量值，x为测量的时间。

4.根据权利要求3所述的一种铀同位素比值的测定方法，其特征在于：所述步骤(6)的具体步骤为：对拟合方程进行一次求导，不同丰度的样品由于拟合方程量级的不同，以相对误差0.3％～0.5％，以0.3％×a～0.5％×a范围内对应的点为分馏校正起始点，具体起始数据点的选择与求导后曲线变化趋势对应。