CN113311469A

CN113311469A - 一种还原体系下铀同位素含量的分析方法

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Publication number: CN113311469A
Application number: CN202110398654.4A
Authority: CN
Inventors: 李周; 李鹏翔; 张静; 马旭媛; 韩玉虎; 师琦琦; 宋沁楠; 王瑞俊; 保莉; 任晓娜; 杨海兰; 易武静; 高泽全; 杨有坤; 杨宇轩
Original assignee: China Institute for Radiation Protection
Current assignee: China Institute for Radiation Protection
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2021-08-27

Abstract

本发明属于辐射环境监测技术领域，涉及一种还原体系下铀同位素含量的分析方法。所述的分析方法包括如下步骤：(1)样品溶液制备；(2)树脂分离；(3)蒸干；(4)测量。利用本发明的还原体系下铀同位素含量的分析方法，能够优化ASTM C1000‑11推荐的分析程序，更好地适用于铁、钚等含量较高样品的分析，确保分析结果的准确可靠。

Description

一种还原体系下铀同位素含量的分析方法

技术领域

本发明属于辐射环境监测技术领域，涉及一种还原体系下铀同位素含量的分析方法。

背景技术

铀共有13种同位素(²⁰⁶U～²³⁸U)，均会发射出α或β射线，有些伴有γ射线。²³⁴U、²³⁵U和²³⁸U是铀的3种天然同位素，其中²³⁴U是²³⁸U的子体，²³⁵U是重要的核材料，²³⁸U鉴于其良好的穿透性(高硬度、密度)而主要用于军事用途。另外，铀还有3种主要的人工放射性核素，即²³⁶U、²³³U和²³²U。²³⁶U是²⁴⁰Pu的子体，主要存在于核废料或循环再生的核燃料中；²³³U由²³²Th辐照产生，为易裂变核材料，可能在将来取代²³⁵U作为主要的核材料；²³²U则主要用于铀同位素分析过程中的示踪剂。

ASTM推荐了一套铀同位素的分析程序(ASTM C1000-11 Standard Test Methodfor Radiochemical Determination of Uranium Isotopes in Soil by AlphaSpectrometry)。首先采用合理的前处理方法将样品中的铀元素转移至溶液中，以便后续铀的分离纯化；Fe(OH)₃沉淀载带并转换为8M HCl体系，使用异丙醚萃取除去绝大部分铁后，通过阴离子交换树脂柱实现铀的分离纯化，柱分离阶段还会使用1:50(V/V)HCl-HI的混合溶液进行除铁和钚，电镀后α谱仪测量。

考虑到ASTM C1000-11为美国的推荐分析标准，为了确保其科学性和准确性，对该方法进行了实际验证。验证结果发现，若直接按照该标准分析程序操作，对少量铁的去除效果较好，能够做到不影响α谱仪测量，但对大量铁(数十毫克水平)的去污效果一般。另外，标准里没有介绍如何对树脂实现再生，验证发现过柱过程中在柱体部分，特别是柱体顶部，会有肉眼可见的单质碘析出，影响除铁效果，且在分离完成后难以将碘全部除去，影响树脂的再次利用。

考虑到该分析程序整体上操作较为简便，分离效果较好，为了进一步提升对铁等干扰元素的去污效果，确保I^-长期存在以发挥作用，提升分析结果质量，有必要对流程进一步优化。

发明内容

本发明的目的是提供一种还原体系下铀同位素含量的分析方法，以能够优化ASTMC1000-11推荐的分析程序，更好地适用于铁、钚等含量较高样品的分析，确保分析结果的准确可靠。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种还原体系下铀同位素含量的分析方法，所述的分析方法包括如下步骤：

(1)样品溶液制备：通过前处理将样品中的铀转移至溶液中，加入Fe载体溶液，做Fe(OH)₃沉淀载带铀，充分搅拌后离心收集沉淀，用36-38wt％的浓盐酸溶解后加入7-9M的盐酸溶液，溶解液用异丙醚萃取，所得水相加入7-9M的盐酸混合均匀，用异丙醚再萃取，所得水相加热蒸发浓缩并冷却后，加入抗坏血酸和盐酸羟胺，得到样品溶液；

(2)树脂分离：将步骤(1)得到的样品溶液通过用溶有抗坏血酸和盐酸羟胺的7-9M的盐酸溶液平衡后的阴离子交换树脂柱，用HCl-HI溶液流洗后，再用溶有抗坏血酸和盐酸羟胺的5-7M的盐酸溶液分多次流洗，最后用0.5-1.5M的盐酸溶液解吸铀；

(3)蒸干：在步骤(2)得到的解吸液中加入65-68wt％的浓硝酸和95-98wt％的浓硫酸，加热蒸至近干后冷却；

(4)测量：将步骤(3)得到的产物在硫酸-硫酸铵体系下电镀制源，然后置于α谱仪中测量。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种还原体系下铀同位素含量的分析方法，其中步骤(1)中，所述的Fe载体溶液浓度为10-20mg/mL，每份样品中Fe载体溶液加入量为1-2mL。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种还原体系下铀同位素含量的分析方法，其中步骤(1)中，所述的离心收集沉淀的离心转速为3000-5000r/min，离心时间为10-20min。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种还原体系下铀同位素含量的分析方法，其中步骤(1)中，对于每份样品，异丙醚萃取时异丙醚的加入量为40-60mL，所得水相加入盐酸和加入异丙醚的量分别为3-8mL和40-60mL。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种还原体系下铀同位素含量的分析方法，其中步骤(1)中，所述的加热蒸发浓缩为加热蒸发浓缩至40-50mL。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种还原体系下铀同位素含量的分析方法，其中步骤(1)中，对于每份样品，抗坏血酸和盐酸羟胺的加入量分别为0.5-1.5g。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种还原体系下铀同位素含量的分析方法，其中步骤(2)中，所述的阴离子交换树脂柱为国产201×7或国产201×8阴离子交换树脂柱，其树脂颗粒的平均颗粒大小为80-120目，其操作流速为1.5-2mL/min。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种还原体系下铀同位素含量的分析方法，其中步骤(2)中，所述的HCl-HI溶液中HCl和HI的摩尔浓度和质量百分比浓度分别为5-7mol/L和45.3-45.8％，两者按照体积比1:40-1:60配制。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种还原体系下铀同位素含量的分析方法，其中步骤(2)中，溶有抗坏血酸和盐酸羟胺的盐酸溶液中抗坏血酸的浓度为20-50g/L，盐酸羟胺的浓度为20-50g/L，盐酸的浓度为6-8mol/L。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种还原体系下铀同位素含量的分析方法，其中步骤(3)中，每10-20mL解吸液中浓硝酸和浓硫酸的加入量分别为3-8mL和1-3mL，所述的加热蒸至近干为蒸去溶液体积的90-95％。

本发明的有益效果在于，利用本发明的还原体系下铀同位素含量的分析方法，能够优化ASTM C1000-11推荐的分析程序，更好地适用于铁、钚等含量较高样品的分析，确保分析结果的准确可靠。

本发明的分析方法能够使铁和碘长期处于Fe(II)和I^-的状态。Fe(II)更易通过阴离子树脂柱，提升铁的去污效果；I^-是关键离子，其长时间存在有利于提升铀的分离纯化效果。本发明的分析方法将上柱体系溶液转变为还原体系。实验结果表明，这提高了铁、钚等干扰元素的去污效果，提升了原有分析流程的适用性，有良好的回收率和准确度表现。

本发明的分析方法可以达到更好的铀分离纯化效果，使铀同位素分析结果更加准确可靠。通过实际水样品和实际气溶胶样品的验证实验对本发明的铀同位素分析方法进行验证，结果表明，本发明的分析方法可以应用于样品中铀同位素的日常分析检测。

附图说明

图1为实施例1、2中还原体系下铀同位素含量的分析方法的流程图。

具体实施方式

采用如下步骤的方法进行实施例1与实施例2的铀同位素含量的分析(流程见图1)。

(1)采集样品～500m³；

(2)往样品中加入²³²U标准溶液(0.05Bq/mL，2.0mL)作为示踪剂，经前处理后将样品中的铀转移至溶液中；

(3)往溶液中加入Fe载体溶液(10mg/mL，加入量为2mL)，做Fe(OH)₃沉淀载带铀，充分搅拌后以4000r/min的转速离心10min，收集沉淀；

(4)用数滴(尽量少)浓盐酸(质量百分比浓度为36％)溶解所得沉淀并将溶解液转入烧杯中，用30mL 8M盐酸洗涤离心管和烧杯，合并洗涤液；

(5)将溶液转入250mL分液漏斗中，用8M HCl(10mL)洗涤烧杯，洗涤液合并至分液漏斗中，加入50mL异丙醚，萃取2min；

(6)将水相转入另一分液漏斗中，加入5mL浓盐酸(质量百分比浓度为36％)，混合均匀，加入50mL异丙醚以同样方法再萃取1次；

(7)将水相转入100mL烧杯中，置于电热板上加热煮沸15min，至体积缩减至40-50mL，取下冷却至室温；

(8)用溶有1g抗坏血酸和1g盐酸羟胺的30mL 8M HCl溶液平衡阴离子交换树脂柱；

(9)往样品溶液中加入1g抗坏血酸和1g盐酸羟胺，搅拌溶解后以2mL/min的流速流经阴离子交换树脂柱(国产201×7阴离子交换树脂，柱尺寸为Φ10mm×100mm，树脂颗粒的平均颗粒大小为80-120目)，用新配的50mL HCl-HI溶液(HCl和HI的摩尔浓度和质量百分比浓度分别为6mol/L和45.5％，两者按照体积比1:50配制)流洗树脂柱，以除去残留的铁和可能存在的钚；

(10)用20-30mL同样还原体系的6M HCl溶液分多次流洗树脂柱，最后用60mL 1MHCl溶液解吸铀；

(11)往解吸液中加入5mL浓硝酸(质量百分比浓度为65％)和2mL浓硫酸(质量百分比浓度为95％)，缓慢加热蒸至剩余5％液体为止，取下冷却，在硫酸-硫酸铵体系下电镀制源，置于α谱仪中测量，计算得到样品中铀同位素的活度浓度。

实施例1：还原体系下铀同位素含量分析的实际水样品的验证实验

对4个自来水样品开展了分析测量，结果列于表1。

表1 自来水样品铀同位素分析结果

注：结果平均值后附误差为±1σ。

从表1中可以看出，以自来水为例，建立的还原体系下铀同位素含量的分析方法效果良好，平行样品分析结果之间精密度较高，表明该方法具有良好的稳定性和重复性。放化回收率介于81.2％～93.1％，均优于80％。

实施例2：还原体系下铀同位素含量分析的气溶胶样品的验证实验

在不同地方采集了6个气溶胶样品，按照如上分析流程开展了分析测量，结果列于表2。

表2 气溶胶样品铀同位素分析结果

从表2中可以看出，气溶胶样品铀同位素含量分析的全程放化回收率介于81.7％～107％，整体优于80％，分析方法整体表现稳定。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。

Claims

1.一种还原体系下铀同位素含量的分析方法，其特征在于，所述的分析方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的Fe载体溶液浓度为10-20mg/mL，每份样品中Fe载体溶液加入量为1-2mL。

3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的离心收集沉淀的离心转速为3000-5000r/min，离心时间为10-20min。

4.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：步骤(1)中，对于每份样品，异丙醚萃取时异丙醚的加入量为40-60mL，所得水相加入盐酸和加入异丙醚的量分别为3-8mL和40-60mL。

5.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的加热蒸发浓缩为加热蒸发浓缩至40-50mL。

6.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：步骤(1)中，对于每份样品，抗坏血酸和盐酸羟胺的加入量分别为0.5-1.5g。

7.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的阴离子交换树脂柱为国产201×7或国产201×8阴离子交换树脂柱，其树脂颗粒的平均颗粒大小为80-120目，其操作流速为1.5-2mL/min。

8.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的HCl-HI溶液中HCl和HI的摩尔浓度和质量百分比浓度分别为5-7mol/L和45.3-45.8％，两者按照体积比1:40-1:60配制。

9.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：步骤(2)中，溶有抗坏血酸和盐酸羟胺的盐酸溶液中抗坏血酸的浓度为20-50g/L，盐酸羟胺的浓度为20-50g/L，盐酸的浓度为6-8mol/L。

10.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：步骤(3)中，每10-20mL解吸液中浓硝酸和浓硫酸的加入量分别为3-8mL和1-3mL，所述的加热蒸至近干为蒸去溶液体积的90-95％。