CN111189902A - 一种硼硅玻璃中硼同位素的快速测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于物质性质测定技术领域，具体涉及一种硼硅玻璃中硼同位素的快速测定方法，该方法包括以下步骤：步骤(1)制备硼硅玻璃悬浊液样品；步骤(2)将步骤(1)制备的硼硅玻璃悬浊液按特定步骤涂样；步骤(3)热电离质谱仪测量。本发明仅对样品进行简单的悬浮液配制即可直接点样，可以极大的简化样品前处理流程避免了本底的干扰，同时缩短了样品测定所需时间，可实现样品的快速测定。

Description

一种硼硅玻璃中硼同位素的快速测定方法
技术领域
本发明属于物质性质测定技术领域，具体涉及一种硼硅玻璃中硼同位素的快速测定方法。
背景技术
硼硅玻璃具有致密的网络结构、从而赋予它许多优良性能，广泛的应用于仪器器皿、炊具玻璃、纤维玻璃太阳能真空集热管等诸多领域。多数硼硅玻璃中B2O3含量的范围为5％-15％，也有少数在1％以下或高达20％以上。
硼存在10无水NAOH11B两种稳定同位素，其中10B是高效的热中子吸收剂，在核反应中常被用作慢化剂。此外硼的消耗链简单，它随燃耗的消耗无突变，消耗速率始终平缓下降，使得硼的燃耗动力学行为有很好的可预测性，常制成硼硅玻璃(含有12.0％～13.0％(w)的B2O3，78.0％～80％(w)的SiO2) 成为目前电站压水堆用的最多的可燃毒物材料。
10B是硼硅玻璃的有效元素、其丰度为判断硼硅玻璃材料的质量提供重要依据，是生产过程中的重要质量控制指标，测量要求测量准确且迅速。硼硅玻璃具有玻璃的特性是固体粉末状物质，且样品中硼的含量较低，目前硼硅玻璃相关标准方法仅有GB/T 1549-2008，纤维玻璃化学分析方法，其中采用容量法测定B2O3含量，但无法对10B丰度进行准确的测定。
采用热电离质谱法是测硼同位素比值是目前最成熟的方法，具有精度高的特点。传统的硅酸盐中硼同位素测定通常采用化学分离的方法，采用将样品采用HF加HCl溶解或Na2CO3+K2CO3混合熔剂碱熔使硼元素分离，再经过多次离子交换层析分离来纯化和收集硼，该方法制样过程复杂且耗时，很难避免硼同位素的分馏及本底的引入，且不利于成品检验的时效性要求。
因此，需要建立一种能够简单、快速的前处理方法并建立与样品处理相适应的质谱仪分析条件，其对提高硼硅玻璃中硼同位素的分析效率及推广方法的应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硼硅玻璃中硼同位素的快速测定方法，可以极大的简化样品前处理流程避免了本底的干扰，同时缩短了样品测定所需时间，可实现样品的快速测定。
本发明的技术方案是：
一种硼硅玻璃中硼同位素的快速测定方法，该方法包括以下步骤：
步骤(1)制备硼硅玻璃悬浊液样品；
步骤(2)将步骤(1)制备的硼硅玻璃悬浊液按特定步骤涂样；
步骤(3)热电离质谱仪测量。
所述的步骤(1)具体包含以下小步骤：
步骤(1.1)将硼硅玻璃样品研磨后过200目筛；
步骤(1.2)根据样品中B2O3含量不同称取不同含量粒度小于200目的粉末至于离心管中；
步骤(1.3)加入高纯水配制成满足热电离质谱仪测试含量需求的硼硅玻璃悬浊液，使用时震荡均匀。
所述的步骤(2)具体包含以下小步骤：
步骤(2.1)用微量移液器吸取3μL石墨发射剂滴加在高纯钽灯丝中央，通电流升至1A蒸干；
步骤(2.2)用微量移液器吸取搅拌均匀的硼硅玻璃悬浊液滴加在已蒸干的石墨发射剂表面；
步骤(2.3)吸取2μL配制好的无水NaOH和甘露醇的混合溶液，维持1A的电流蒸干得到样品。
所述的步骤(3)中硼同位素比值的测量由热电离质谱仪进行测定，采用 Na2BO2+离子进行测试。
所述的石墨发射剂是由Dag154N型的高纯石墨浆体和异丙醇按照2:1， V/V的比例混合后加入高纯水稀释50倍得到的。
所述的步骤(1)中将含1％B2O3的硼硅玻璃样品研磨后过200目筛，称取50mg粒度小于200目的1％B2O3的硼硅玻璃样品粉末至于离心管中，加入1mL高纯水配制成悬浊液，步骤(2)中用微量移液器吸取4μL搅拌均匀的硼硅玻璃悬浊液滴加在已蒸干的石墨发射剂表面。
所述的步骤(1)中将含12％B2O3的硼硅玻璃样品研磨后过200目筛，称取8mg粒度小于200目的12％B2O3的硼硅玻璃样品粉末至于离心管中，加入1mL高纯水配制成悬浊液，步骤(2)中用微量移液器吸取4μL搅拌均匀的硼硅玻璃悬浊液滴加在已蒸干的石墨发射剂表面。
所述的步骤(1)中将含20％B2O3的硼硅玻璃样品研磨后过200目筛，称取5mg粒度小于200目的20％B2O3的硼硅玻璃样品粉末至于离心管中，加入1mL高纯水配制成悬浊液，步骤(2)中用微量移液器吸取4μL搅拌均匀的硼硅玻璃悬浊液滴加在已蒸干的石墨发射剂表面。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种热电离质谱仪直接熔融法测定硼硅玻璃中硼同位素的测定方法。本方法仅对样品进行简单的悬浮液配制即可直接点样，本方法可以极大的简化样品前处理流程避免了本底的干扰，同时缩短了样品测定所需时间，可实现样品的快速测定。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步的介绍：
实施例1：含1％B2O3的硼硅玻璃样品直接熔融法测定
步骤(1)制备硼硅玻璃悬浊液样品；
将硼硅玻璃样品研磨后过200目筛，称取50mg粒度小于200目的1％B2O3的硼硅玻璃样品粉末至于离心管中，加入1mL高纯水配制成悬浊液，使用时搅拌均匀。
步骤(2)将步骤(1)制备的硼硅玻璃悬浊液按特定步骤涂样；
用微量移液器吸取3μL石墨发射剂滴加在高纯钽灯丝中央，通电流升至 1A蒸干；然后用微量移液器吸取4μL搅拌均匀的硼硅玻璃悬浊液滴加在已蒸干的石墨发射剂表面，随后吸取2μL配制好的无水NAOH甘露醇的混合溶液，维持1A的电流蒸干得到样品。
步骤(3)热电离质谱仪测量。
硼同位素比值的测量由热电离质谱仪进行测定，采用Na2BO2 +离子进行测试。
测量结果：前处理耗时10min、测定10B丰度为19.85％
对比例1：硼硅玻璃样品B2O3含量1％样品碱熔法测定
步骤(1)样品经800℃碱熔1h，待坩埚冷却后，用热水提取熔融块。
步骤(2)加入盐酸调节熔融提取液至中性，离心取上清液。
步骤(3)上清液过硼特效树脂。
步骤(4)参照直接熔融法步骤(3)涂样。
步骤(5)参照直接熔融法步骤(4)测量。
实验结果：前处理耗时8h，测定10B丰度为19.81％
实施例1与对比例1测量结果一致性满足要求、实施例前处理耗时短、满足产品测定快速准确测定的要求。
实施例2：含12％B2O3的硼硅玻璃样品直接熔融法测定
步骤(1)制备硼硅玻璃悬浊液样品；
将硼硅玻璃样品研磨后过200目筛，称取8mg粒度小于200目的12％B2O3的硼硅玻璃样品粉末至于离心管中，加入1mL高纯水配制成悬浊液，使用时搅拌均匀。
步骤(2)将步骤(1)制备的硼硅玻璃悬浊液按特定步骤涂样；
用微量移液器吸取3μL石墨发射剂滴加在高纯钽灯丝中央，通电流升至 1A蒸干；然后用微量移液器吸取4μL搅拌均匀的硼硅玻璃悬浊液滴加在已蒸干的石墨发射剂表面，随后吸取2μL配制好的无水NAOH甘露醇的混合溶液，维持1A的电流蒸干得到样品。
步骤(3)热电离质谱仪测量。
硼同位素比值的测量由热电离质谱仪进行测定，采用Na2BO2 +离子进行测试。
测量结果：前处理耗时10min、测定10B丰度为19.83％
对比例2：硼硅玻璃样品B2O3含量12％样品碱熔法测定
步骤(1)样品经800℃碱熔1h，待坩埚冷却后，用热水提取熔融块。
步骤(2)加入盐酸调节熔融提取液至中性，离心取上清液。
步骤(3)上清液过硼特效树脂。
步骤(4)参照直接熔融法步骤(3)涂样。
步骤(5)参照直接熔融法步骤(4)测量。
实验结果：前处理耗时8h，测定10B丰度为19.77％
实施例2与对比例2测量结果一致性满足要求、实施例前处理耗时短、满足产品测定快速准确测定的要求。
实施例3：含20％B2O3的硼硅玻璃样品直接熔融法测定
步骤(1)制备硼硅玻璃悬浊液样品；
将硼硅玻璃样品研磨后过200目筛，称取5mg粒度小于200目的20％B2O3的硼硅玻璃样品粉末至于离心管中，加入1mL高纯水配制成悬浊液，使用时搅拌均匀。
步骤(2)将步骤(1)制备的硼硅玻璃悬浊液按特定步骤涂样；
用微量移液器吸取3μL石墨发射剂滴加在高纯钽灯丝中央，通电流升至 1A蒸干；然后用微量移液器吸取4μL搅拌均匀的硼硅玻璃悬浊液滴加在已蒸干的石墨发射剂表面，随后吸取2μL配制好的无水NAOH甘露醇的混合溶液，维持1A的电流蒸干得到样品。
步骤(3)热电离质谱仪测量。
硼同位素比值的测量由热电离质谱仪进行测定，采用Na2BO2 +离子进行测试。
测量结果：前处理耗时10min、测定10B丰度为19.86％
对比例3：硼硅玻璃样品B2O3含量20％样品碱熔法测定
步骤(1)样品经800℃碱熔1h，待坩埚冷却后，用热水提取熔融块。
步骤(2)加入盐酸调节熔融提取液至中性，离心取上清液。
步骤(3)上清液过硼特效树脂。
步骤(4)参照直接熔融法步骤(3)涂样。
步骤(5)参照直接熔融法步骤(4)测量。
实验结果：前处理耗时8h，测定10B丰度为19.81％
实施例3与对比例3测量结果一致性满足要求、实施例前处理耗时短、满足产品测定快速准确测定的要求。
上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (8)

1.一种硼硅玻璃中硼同位素的快速测定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤(1)制备硼硅玻璃悬浊液样品；
步骤(2)将步骤(1)制备的硼硅玻璃悬浊液按特定步骤涂样；
步骤(3)热电离质谱仪测量。
2.如权利要求1所述的一种硼硅玻璃中硼同位素的快速测定方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体包含以下小步骤：
步骤(1.1)将硼硅玻璃样品研磨后过200目筛；
步骤(1.2)根据样品中B2O3含量不同称取不同含量粒度小于200目的粉末至于离心管中；
步骤(1.3)加入高纯水配制成满足热电离质谱仪测试含量需求的硼硅玻璃悬浊液，使用时震荡均匀。
3.如权利要求2所述的一种硼硅玻璃中硼同位素的快速测定方法，其特征在于，所述的步骤(2)具体包含以下小步骤：
步骤(2.1)用微量移液器吸取3μL石墨发射剂滴加在高纯钽灯丝中央，通电流升至1A蒸干；
步骤(2.2)用微量移液器吸取搅拌均匀的硼硅玻璃悬浊液滴加在已蒸干的石墨发射剂表面；
步骤(2.3)吸取2μL配制好的无水NaOH和甘露醇的混合溶液，维持1A的电流蒸干得到样品。
4.如权利要求3所述的一种硼硅玻璃中硼同位素的快速测定方法，其特征在于：所述的步骤(3)中硼同位素比值的测量由热电离质谱仪进行测定，采用Na2BO2 +离子进行测试。
5.如权利要求4所述的一种硼硅玻璃中硼同位素的快速测定方法，其特征在于：所述的石墨发射剂是由Dag154N型的高纯石墨浆体和异丙醇按照2:1，V/V的比例混合后加入高纯水稀释50倍得到的。
6.如权利要求5所述的一种硼硅玻璃中硼同位素的快速测定方法，其特征在于：所述的步骤(1)中将含1％B2O3的硼硅玻璃样品研磨后过200目筛，称取50mg粒度小于200目的1％B2O3的硼硅玻璃样品粉末至于离心管中，加入1mL高纯水配制成悬浊液，步骤(2)中用微量移液器吸取4μL搅拌均匀的硼硅玻璃悬浊液滴加在已蒸干的石墨发射剂表面。
7.如权利要求6所述的一种硼硅玻璃中硼同位素的快速测定方法，其特征在于：所述的步骤(1)中将含12％B2O3的硼硅玻璃样品研磨后过200目筛，称取8mg粒度小于200目的12％B2O3的硼硅玻璃样品粉末至于离心管中，加入1mL高纯水配制成悬浊液，步骤(2)中用微量移液器吸取4μL搅拌均匀的硼硅玻璃悬浊液滴加在已蒸干的石墨发射剂表面。
8.如权利要求7所述的一种硼硅玻璃中硼同位素的快速测定方法，其特征在于：所述的步骤(1)中将含20％B2O3的硼硅玻璃样品研磨后过200目筛，称取5mg粒度小于200目的20％B2O3的硼硅玻璃样品粉末至于离心管中，加入1mL高纯水配制成悬浊液，步骤(2)中用微量移液器吸取4μL搅拌均匀的硼硅玻璃悬浊液滴加在已蒸干的石墨发射剂表面。
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