CN114371051A - 一种基于高灵敏度气溶胶的钚元素分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于高灵敏度气溶胶的钚元素分析方法，方法由于向溶解溶液中加入氨基磺酸亚铁溶液，再加入亚硝酸钠溶液，接着煮沸溶解溶液使过量的亚硝酸钠完全分解并冷却至室温，调整了钚元素的价态，从而使钚元素能够通过离子交换柱分离消除铀‑238，而且蒸干解吸液，得到固态样品，能够减少解吸液中的氯离子含量，用硝酸溶解固态样品，过滤得到进样溶液，可以消除Pb的多原子离子干扰，可以获得单气溶胶样品中钚多种同位素分析结果，且稳定性较好，准确度高，具备很好的实用性。

Description

一种基于高灵敏度气溶胶的钚元素分析方法

技术领域

本发明属于辐射防护与辐射监测技术领域，具体涉及一种基于高灵敏度气溶胶的钚元素分析方法。

背景技术

随着国家对环境保护的要求越来越高、公众环保意识的不断加强以及节能减排政策的实施，提高相关分析技术的水平对确保相关单位更好的完成环境监测和评价工作具有十分重大的意义。

锕系超铀元素Pu主要来自于各类人工核活动，现广泛存在于自然界中。其在多个基础研究及应用领域具有重要研究和使用价值，并已得到广泛应用。钚(Pu)属于锕系超铀元素，其有二十种同位素，均是不稳定核素，且其同位素大多数为α辐射体，多属极毒性元素，对人体主要是产生内照射的危害。同时我国也制定了钚的限制标准，提出了具体的监测、监督和管理的有关措施，所以检测环境样品中Pu含量就尤为重要。

为了更好地保护环境和人体健康，样品中钚同位素的监测是相关单位和监管部门非常重视的对象，这不仅关系到人员内照射剂量估算及防护措施的有效实施，确保工作人员收到有效防护，更能促进核能事业的良性循环发展。目前已有多种技术可以开展钚及其同位素的测量，主要分为放射性测量方法和质谱法。在所有Pu的测量方法中，感应耦合等离子质谱(I CP-MS)方法具有灵敏度高、样品源制作简单、测量时间短、样品通过率大等优点，并且可以测定待测元素的同位素丰度比，这些特点使其在超痕量的长寿命放射性核素的测量及其同位素组成分析中得到越来越多的应用，用ICP-MS测定超痕量钚时，主要存在质谱干扰问题。对样品进行预富集和分离纯化不仅可以降低乃至消除钚中²³⁸UH⁺，HgAr⁺，PbAr⁺，PbCl ⁺，TiAr⁺和TiCl⁺质谱干扰，还可以改善方法的检测限。

目前，在环境样品中钚同位素辐射监测管理方面仍存在一些技术瓶颈问题，主要是由于钚同位素含量极低，分析难度较大，且采样难度大，很多单位没有准确可靠的分析手段。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种能够对样品进行预富集和分离纯化的基于高灵敏度气溶胶的钚元素分析方法。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种基于高灵敏度气溶胶的钚元素分析方法，包括以下步骤：

步骤(1)、采集气溶胶样品加热灼烧并冷却至室温；

步骤(2)、向气溶胶样品中加入环境样品中的钚元素作示踪剂，得到钚掺杂的气溶胶样品；

步骤(3)、向钚掺杂的气溶胶样品中加入氢氟酸浸泡一段时间并加热蒸干冷却至室温，得到干样；

步骤(4)、向干样中加入硝酸，加热浸取后过滤，得到第一滤液和残渣；

步骤(5)、向残渣中加入盐酸，加热浸取后过滤得到第二滤液，将第二滤液和第一滤液混合加热得到混合溶液，向混合溶液中滴加过氧化氢溶液至无色并冷却至室温，得到样品溶液；

步骤(6)、向样品溶液中加入Fe³⁺载体溶液，接着加入氨水调节样品溶液生成砖红色沉淀，离心并收集沉淀；加入硝酸溶解沉淀，得到溶解溶液；

步骤(7)、向溶解溶液中加入氨基磺酸亚铁溶液，再加入亚硝酸钠溶液，接着煮沸溶解溶液使过量的亚硝酸钠完全分解并冷却至室温，得到调节溶液；

步骤(8)、用硝酸通过离子交换柱，并用调节溶液通过离子交换柱，接着用硝酸和盐酸淋洗离子交换柱，再用HCl-HF溶液解吸离子交换柱中的钚，得到解吸液；

步骤(9)、蒸干解吸液，得到固态样品，用硝酸溶解固态样品，过滤得到进样溶液；

步骤(10)、用ICP-MS检测钚元素的计数率。

可选的，采集气溶胶样品加热灼烧并冷却至室温具体包括：采集气溶胶样品，将采集气溶胶样品剪成碎片放入坩埚中，在105℃灼烧2h，然后升温至300℃灼烧2h，升温至450℃灼烧4～8h后冷却至室温。

可选的，在步骤(1)中，环境样品中的钚元素为²⁴²Pu或²³⁶Pu。

可选的，²⁴²Pu和²³⁶Pu的活度都为0.03～1.0Bq。

可选的，向干样中加入的硝酸的浓度为7.5mol/L，体积为25～200mL。

可选的，向残渣中加入的盐酸的浓度为6mol/L，体积为25～200mL。

可选的，在步骤(8)中，用硝酸溶解固态样品的硝酸的质量分数为2％。

可选的，用ICP-MS检测钚元素的计数率具体包括：

按程序开启ICP-MS；

先用10×10^-9In溶液进样,在低分辨率下,调节载气流量、辅助气流量、等离子体发射功率和离子透镜组参数，以达到在较高的灵敏度下有较好的稳定性；

再用3×10^-9的铀进一步调节仪器的工作参数,并进行质量刻度；

采用电场扫描；

测量铀氢离子的产率和2％硝酸溶液中的m/z 238,239,242的计数率；

接着对进样溶液进行测量。

本发明的效果在于：本发明的方法由于向溶解溶液中加入氨基磺酸亚铁溶液，再加入亚硝酸钠溶液，接着煮沸溶解溶液使过量的亚硝酸钠完全分解并冷却至室温，调整了钚元素的价态，从而使钚元素能够通过离子交换柱分离消除铀-238，而且蒸干解吸液，得到固态样品，能够减少解吸液中的氯离子含量，用硝酸溶解固态样品，过滤得到进样溶液，可以消除Pb 的多原子离子干扰，可以获得单气溶胶样品中钚多种同位素分析结果，且稳定性较好，准确度高。

附图说明

图1是本发明的基于高灵敏度气溶胶的钚元素分析方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

如图1所示，本实施例提供一种基于高灵敏度气溶胶的钚元素分析方法，包括以下步骤：

步骤(1)、采集气溶胶样品加热灼烧并冷却至室温；采集气溶胶样品加热灼烧并冷却至室温具体包括：采集气溶胶样品，将采集气溶胶样品剪成碎片放入坩埚中，在105℃灼烧2h，然后升温至300℃灼烧2h，升温至450℃灼烧4～8h后冷却至室温。

步骤(2)、向气溶胶样品中加入环境样品中的钚元素作示踪剂，得到钚掺杂的气溶胶样品；环境样品中的钚元素为²⁴²Pu或²³⁶Pu；²⁴²Pu和²³⁶Pu 的活度都为0.03～1.0Bq。

步骤(3)、向钚掺杂的气溶胶样品中加入氢氟酸浸泡一段时间并加热蒸干冷却至室温，得到干样；加入氢氟酸的量要使滤膜完全浸没在溶液中，然后在电热板上加热蒸干，冷却至室温。

步骤(4)、向干样中加入硝酸，加热浸取一次后过滤，得到第一滤液和残渣；向干样中加入的硝酸的浓度为7.5mol/L，体积为25～200mL。

步骤(5)、向残渣中加入盐酸，加热浸取一次后过滤得到第二滤液，将第二滤液和第一滤液混合加热得到混合溶液，向混合溶液中滴加过氧化氢溶液至无色并冷却至室温，得到样品溶液；向残渣中加入的盐酸的浓度为6mol/L，体积为25～200mL。

步骤(6)、向样品溶液中加入Fe³⁺载体溶液，Fe³⁺载体溶液的浓度为 10mg/mL；接着加入氨水调节样品溶液的pH值为9左右，从而生成砖红色沉淀，离心并收集沉淀；加入浓度为7.5mol/L的硝酸溶解沉淀，得到溶解溶液。

步骤(7)、向溶解溶液中加入氨基磺酸亚铁溶液并用搅拌棒搅拌，氨基磺酸亚铁溶液的浓度为1mol/L，再加入亚硝酸钠溶液并用搅拌棒搅拌，亚硝酸钠溶液的浓度为4mol/L，接着煮沸溶解溶液使过量的亚硝酸钠完全分解并冷却至室温，得到调节溶液。

步骤(8)、用浓度为7.5mol/L的硝酸通过强碱性阴离子交换柱，树脂柱的床高15cm，直径1cm，并用调节溶液以2mL/min的流速全部通过离子交换柱，接着用浓度为7.5mol/L的硝酸和浓度为9mol/L的盐酸淋洗离子交换柱，待淋洗液完全通过柱子，再用浓度为0.36mol/L的HCl-浓度为 0.01mol/L的HF溶液解吸离子交换柱中的钚，得到解吸液。

步骤(9)、蒸干解吸液，得到固态样品，用硝酸溶解固态样品，过滤得到进样溶液；用硝酸溶解固态样品的硝酸的质量分数为2％。

步骤(10)、用ICP-MS检测钚元素的计数率，具体包括：按程序开启 ICP-MS；先用10×10^-9In溶液进样,在低分辨率下,调节载气流量、辅助气流量、等离子体发射功率和离子透镜组参数，以达到在较高的灵敏度下有较好的稳定性；再用3×10^-9的铀进一步调节仪器的工作参数,并进行质量刻度；采用电场扫描；测量铀氢离子的产率和2％硝酸溶液中的m/z238,239,242的计数率；接着对进样溶液进行测量。每个样品测量数次，样品间的间隔冲洗时间为几分钟。回收率的计算：根据测量出的²⁴²Pu含量与已知加入的²⁴²Pu进行比值计算，得出全流程的回收率，便于²³⁹Pu、²⁴⁰Pu 结果计算。

本发明的效果在于：本发明的方法由于向溶解溶液中加入氨基磺酸亚铁溶液，再加入亚硝酸钠溶液，接着煮沸溶解溶液使过量的亚硝酸钠完全分解并冷却至室温，调整了钚元素的价态，从而使钚元素能够通过离子交换柱分离消除铀-238，而且蒸干解吸液，得到固态样品，能够减少解吸液中的氯离子含量，用硝酸溶解固态样品，过滤得到进样溶液，可以消除Pb 的多原子离子干扰，可以获得单气溶胶样品中钚多种同位素分析结果，且稳定性较好，准确度高。

本领域技术人员应该明白，本发明的方法和系统并不限于具体实施方式中的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于高灵敏度气溶胶的钚元素分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)、采集气溶胶样品加热灼烧并冷却至室温；

步骤(2)、向所述气溶胶样品中加入环境样品中的钚元素作示踪剂，得到钚掺杂的气溶胶样品；

步骤(3)、向所述钚掺杂的气溶胶样品中加入氢氟酸浸泡一段时间并加热蒸干冷却至室温，得到干样；

步骤(4)、向所述干样中加入硝酸，加热浸取后过滤，得到第一滤液和残渣；

步骤(5)、向所述残渣中加入盐酸，加热浸取后过滤得到第二滤液，将所述第二滤液和所述第一滤液混合加热得到混合溶液，向所述混合溶液中滴加过氧化氢溶液至无色并冷却至室温，得到样品溶液；

步骤(6)、向所述样品溶液中加入Fe³⁺载体溶液，接着加入氨水调节所述样品溶液生成砖红色沉淀，离心并收集沉淀；加入硝酸溶解所述沉淀，得到溶解溶液；

步骤(7)、向所述溶解溶液中加入氨基磺酸亚铁溶液，再加入亚硝酸钠溶液，接着煮沸所述溶解溶液使过量的亚硝酸钠完全分解并冷却至室温，得到调节溶液；

步骤(8)、用硝酸通过离子交换柱，并用所述调节溶液通过所述离子交换柱，接着用硝酸和盐酸淋洗所述离子交换柱，再用HCl-HF溶液解吸所述离子交换柱中的钚，得到解吸液；

步骤(9)、蒸干所述解吸液，得到固态样品，用硝酸溶解所述固态样品，过滤得到进样溶液；

步骤(10)、用ICP-MS检测钚元素的计数率。

2.如权利要求1所述的基于高灵敏度气溶胶的钚元素分析方法，其特征在于，所述采集气溶胶样品加热灼烧并冷却至室温具体包括：采集气溶胶样品，将所述采集气溶胶样品剪成碎片放入坩埚中，在105℃灼烧2h，然后升温至300℃灼烧2h，升温至450℃灼烧4～8h后冷却至室温。

3.如权利要求1所述的基于高灵敏度气溶胶的钚元素分析方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，所述环境样品中的钚元素为²⁴²Pu或²³⁶Pu。

4.如权利要求3所述的基于高灵敏度气溶胶的钚元素分析方法，其特征在于，所述²⁴²Pu和所述²³⁶Pu的活度都为0.03～1.0Bq。

5.如权利要求1所述的基于高灵敏度气溶胶的钚元素分析方法，其特征在于，向所述干样中加入的硝酸的浓度为7.5mol/L，体积为25～200mL。

6.如权利要求1所述的基于高灵敏度气溶胶的钚元素分析方法，其特征在于，向所述残渣中加入的盐酸的浓度为6mol/L，体积为25～200mL。

7.如权利要求1所述的基于高灵敏度气溶胶的钚元素分析方法，其特征在于，在所述步骤(8)中，所述用硝酸溶解所述固态样品的硝酸的质量分数为2％。

8.如权利要求1所述的基于高灵敏度气溶胶的钚元素分析方法，其特征在于，所述用ICP-MS检测钚元素的计数率具体包括：

按程序开启ICP-MS；

先用10×10^-9In溶液进样,在低分辨率下,调节载气流量、辅助气流量、等离子体发射功率和离子透镜组参数，以达到在较高的灵敏度下有较好的稳定性；

再用3×10^-9的铀进一步调节仪器的工作参数,并进行质量刻度；

采用电场扫描；

测量铀氢离子的产率和2％硝酸溶液中的m/z 238,239,242的计数率；

接着对进样溶液进行测量。

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