RU2456591C1 - Method of determining silicon content in uranium materials - Google Patents

Method of determining silicon content in uranium materials Download PDF

Info

Publication number
RU2456591C1
RU2456591C1 RU2011118780/15A RU2011118780A RU2456591C1 RU 2456591 C1 RU2456591 C1 RU 2456591C1 RU 2011118780/15 A RU2011118780/15 A RU 2011118780/15A RU 2011118780 A RU2011118780 A RU 2011118780A RU 2456591 C1 RU2456591 C1 RU 2456591C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon
uranium
cell
sample
content
Prior art date
Application number
RU2011118780/15A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Михайлович Голик (RU)
Василий Михайлович Голик
Наталья Валерьевна Кузьмина (RU)
Наталья Валерьевна Кузьмина
Александр Викторович Сапрыгин (RU)
Александр Викторович Сапрыгин
Сергей Александрович Трепачев (RU)
Сергей Александрович Трепачев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ" filed Critical Открытое акционерное общество "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ"
Priority to RU2011118780/15A priority Critical patent/RU2456591C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2456591C1 publication Critical patent/RU2456591C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: inductively coupled plasma mass-spectrometric method of determining silicon content, for example, in uranium hexafluoride is realised using a dynamic reaction cell with ammonia as the reaction gas, with hydrolysis of the uranium hexafluoride sample, dilution of the obtained solution to uranium concentration of 1 g/l, plotting a calibration curve, measuring intensity of the silicon analytical signal in the analysed sample. The unknown silicon content is found from the calibration curve. The method does not require preliminary separation of silicon from the analysed sample, and to suppress undesirable spectral interference, ammonia reaction gas is used, which is released into the cell at a constant rate of 0.24 ml/min with selected optimum operating parameters of the cell quadrupole: high-frequency (RPq=0.6B) and constant voltage (RPa=OB), which enables direct, reliable detection of silicon in solutions when its content is on the level of 5 mcg/l with uranium content of 1 g/l.
EFFECT: high accuracy and rapidness of analysis.
1 ex, 4 tbl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам определения содержания элементов в урановых материалах, например в гексафториде урана, в частности кремния.The present invention relates to analytical chemistry, and in particular to methods for determining the content of elements in uranium materials, for example in uranium hexafluoride, in particular silicon.

Заявляемое техническое решение может быть использовано при определении компонентов, содержание которых в гексафториде урана подлежит контролю.The claimed technical solution can be used to determine the components whose content in uranium hexafluoride is subject to control.

К гексафториду урана как к исходному сырью для обогащения по изотопу уран-235 предъявляются жесткие требования по чистоте продукта, в частности по содержанию кремния, элемента, образующего летучие фториды. Содержание кремния в гексафториде урана согласно ASTM 787-2006 [1] ограничено величиной 100 ppm (100·10-4% к урану). Также следует отметить, что для анализа закиси-окиси урана высокой чистоты необходимо определять кремний на уровне 5 ppm.Uranium hexafluoride as a feedstock for enrichment using the uranium-235 isotope has stringent requirements for the purity of the product, in particular for the content of silicon, an element that forms volatile fluorides. The silicon content in uranium hexafluoride according to ASTM 787-2006 [1] is limited to 100 ppm (100 · 10 -4 % of uranium). It should also be noted that for the analysis of high purity uranium oxide, it is necessary to determine silicon at the level of 5 ppm.

Известны прямые спектрофотометрические методики определения кремния в урановых материалах. Среди них методики, описанные в сборнике стандартных методов ASTM: методика спектрофотометрического определения кремния с молибдатом аммония в ГФУ (ASTM С 761, Annual book of ASTM standards: С 761-2004. Spectrophotometric Determination of Silicon and Phosporus, секция №45) [2] и растворах уранилнитрата (ASTM С 799, Annual book of ASTM standards: С 799-2005. Silicon by the Molybdenum Blue (Photometric) Method, секция №62) [3]. К недостаткам перечисленных способов относятся низкая селективность, большая трудоемкость и длительность анализа.Direct spectrophotometric methods for determining silicon in uranium materials are known. Among them are the methods described in the collection of standard ASTM methods: spectrophotometric determination of silicon with ammonium molybdate in HFCs (ASTM C 761, Annual book of ASTM standards: C 761-2004. Spectrophotometric Determination of Silicon and Phosporus, section No. 45) [2] and uranyl nitrate solutions (ASTM C 799, Annual book of ASTM standards: C 799-2005. Silicon by the Molybdenum Blue (Photometric) Method, section No. 62) [3]. The disadvantages of these methods include low selectivity, high complexity and duration of the analysis.

Известен прямой экспрессный способ масс-спектрометрического с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) определения содержания кремния в урановых материалах (ASTM С 1287, Annual book of ASTM standards: С 1287-2003. Standard Test Method for Determination of Impurities in Uranium Dioxide by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) [4]. Следует отметить, что чувствительность определения кремния в урановых материалах данным методом ограничивается высоким уровнем фона и искажением аналитического сигнала из-за спектральных помех от полиатомных и молекулярных ионов СО+, N2+, С2Н4+ и C2H2N+. В стандарте ASTM 1287 [4] для устранения мешающего влияния полиатомных ионов использованы отдельные условия для определения кремния, а именно условия «холодной» плазмы, которые достигаются при низкой мощности высокочастотного (ВЧ) генератора (1000 Вт) и высоком расходе распыляющего газа (1,1 л/мин). Недостатком этого способа является то, что, во-первых, низкая температура плазмы приводит к ухудшению чувствительности определения кремния вследствие неэффективной его ионизации, во-вторых, при анализе проб с высоким содержанием матричного элемента (урана) в условиях «холодной» плазмы происходит заметное увеличение подавляющего влияния урана, в результате чего определение кремния на уровне 5 ppm и ниже выполнить затруднительно.Known is the direct express method for inductively coupled plasma mass spectrometric (ICP-MS) determination of the silicon content in uranium materials (ASTM C 1287, Annual book of ASTM standards: C 1287-2003. Standard Test Method for Determination of Impurities in Uranium Dioxide by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) [4]. It should be noted that the sensitivity of the determination of silicon in uranium materials by this method is limited by a high background level and distortion of the analytical signal due to spectral interference from polyatomic and molecular ions CO + , N 2 + , C 2 H 4 + and C 2 H 2 N + . In order to eliminate the interfering effect of polyatomic ions, ASTM 1287 [4] used separate conditions for the determination of silicon, namely, the conditions of a “cold” plasma, which are achieved with a low power high-frequency (HF) generator (1000 W) and a high consumption of atomizing gas (1, 1 l / min). The disadvantage of this method is that, firstly, a low plasma temperature leads to a deterioration in the sensitivity of determination of silicon due to its inefficient ionization, and secondly, when analyzing samples with a high content of the matrix element (uranium) in a cold plasma, there is a noticeable increase the inhibitory effect of uranium, making it difficult to determine silicon at 5 ppm or lower.

Известен принятый в качестве прототипа способ определения кремния в гексафториде урана с предварительным отделением (Отраслевая инструкция. ОИ 001.464-2009. Кремний. Методика дистилляционно-спектрофотометрического определения в ГФУ, инв.16/12101) [5], заключающийся в нагревании анализируемой пробы при температуре 105°С в течение 5-6 часов в смеси кислот (смесь азотной, серной и фтористоводородной кислот) во фторопластовом автоклаве, отделении кремния в виде газообразного соединения тетрафторида кремния (SiF4), поглощении тетрафторида кремния щелочью, нанесенной тонким слоем на крышку автоклава, растворении щелочного слоя с поглощенным тетрафторидом кремния в насыщенном растворе борной кислоты, спектрофотометрическом определении кремния в полученном растворе по синей окраске кремнемолибденового комплекса.Known adopted as a prototype method for determining silicon in uranium hexafluoride with preliminary separation (Industry instruction. OI 001.464-2009. Silicon. The method of distillation-spectrophotometric determination in HFC, inv.16 / 12101) [5], which consists in heating the analyzed samples at a temperature 105 ° C for 5-6 hours in a mixed acid (mixture of nitric, sulfuric and hydrofluoric acids) into polyacetal autoclave compartment silicon tetrafluoride as a gaseous silicon compound (SiF 4), silicon tetrafluoride absorbed alkali Coated in a thin layer on the lid of the autoclave, dissolving an alkali layer with the absorbed silicon tetrafluoride to saturated solution of boric acid, spectrophotometric determination of silicon in the resultant solution to the blue color silicomolybdic complex.

Данный способ имеет следующие недостатки:This method has the following disadvantages:

- необходимость проведения дополнительных операций по отделению кремния из анализируемого образца, что приводит к увеличению трудоемкости и длительности анализа;- the need for additional operations to separate silicon from the analyzed sample, which leads to an increase in the complexity and duration of the analysis;

- дополнительные операции приводят к увеличению погрешности.- additional operations lead to an increase in error.

Задачей заявляемого технического решения является создание такого способа определения кремния в урановых материалах, который, исключая недостатки, присущие известным способам, обеспечивал бы прямое, надежное и экспрессное определение содержания кремния в урановых материалах на уровне 5ррm к урану.The objective of the proposed technical solution is to create such a method for the determination of silicon in uranium materials, which, excluding the disadvantages inherent in known methods, would provide a direct, reliable and rapid determination of the silicon content in uranium materials at the level of 5 ppm to uranium.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом способе определения кремния в гексафториде урана с использованием метода масс-спектрометрии, включающем гидролиз пробы ГФУ, разбавление раствора гидролизованного гексафторида урана до концентрации урана 1 г/л и установление градуировочной характеристики, измерение интенсивности аналитического сигнала кремния в анализируемой пробе осуществляют напрямую, без предварительного отделения кремния от анализируемого образца, при выбранных оптимальных параметрах работы динамической реакционной ячейки, в которую подается постоянный поток реакционно-способного молекулярного газа аммиака. Сочетание термохимических реакций с участием аммиака, происходящих в ячейке с определенной полосой пропускания, обеспечивает эффективное подавление спектральных помех полиатомных ионов.The problem is solved in that in the claimed method for determining silicon in uranium hexafluoride using a mass spectrometry method, including hydrolysis of a HFC sample, diluting a solution of hydrolyzed uranium hexafluoride to a uranium concentration of 1 g / l and establishing a calibration characteristic, measuring the intensity of the analytical silicon signal in the analyzed the sample is carried out directly, without preliminary separation of silicon from the analyzed sample, at the selected optimal parameters of the dynamic reaction ion cell into which is fed a constant flow of the reactive molecular ammonia gas. The combination of thermochemical reactions involving ammonia occurring in a cell with a certain passband provides an effective suppression of spectral interference of polyatomic ions.

Предложенный способ определения содержания кремния в урановых материалах реализован при анализе проб производства гексафторида урана с использованием масс-спектрометра, оснащенного реакционной динамической ячейкой Elan DRC II. Гидролиз проб гексафторида урана проводили с получением раствора уранилфторида с концентрацией урана 200-300 г/л. Перед выполнением измерений раствор уранилфторида разбавляли деионизованной водой до концентрации урана 1 г/л.The proposed method for determining the silicon content in uranium materials was implemented in the analysis of samples of production of uranium hexafluoride using a mass spectrometer equipped with an Elan DRC II dynamic dynamic cell. Hydrolysis of uranium hexafluoride samples was carried out to obtain a solution of uranyl fluoride with a uranium concentration of 200-300 g / l. Before taking measurements, the uranyl fluoride solution was diluted with deionized water to a uranium concentration of 1 g / L.

Как было установлено в процессе разработки заявляемого способа определения содержания кремния в урановых материалах, полиатомные ионы взаимодействуют с молекулами газа аммиака, напускаемого в динамическую реакционную ячейку, и устраняются из общего потока ионов. На фигуре показан участок масс-спектра в диапазоне масс от 25 до 30 а.е.м., полученный для изотопов кремния в стандартном режиме работы без напуска газа (вид А фиг.) и при расходе аммиака 0,3 мл/мин и RPq=0,6 (вид Б фиг.) при анализе раствора, содержащего 1 г/л урана («холостой» пробы). Как видно из фигуры (вид Б), использование аммиака приводит к существенному снижению фонового сигнала от полиатомных ионов на массе 28 а.е.м.As it was established during the development of the proposed method for determining the silicon content in uranium materials, polyatomic ions interact with the molecules of ammonia gas poured into a dynamic reaction cell and are eliminated from the general ion flow. The figure shows the plot of the mass spectrum in the mass range from 25 to 30 amu obtained for silicon isotopes in standard operation without gas inlet (type A of Fig.) And at a flow rate of ammonia of 0.3 ml / min and RPq = 0.6 (type B of Fig.) In the analysis of a solution containing 1 g / l of uranium (“blank” sample). As can be seen from the figure (view B), the use of ammonia leads to a significant decrease in the background signal from polyatomic ions at a mass of 28 amu

В результате исследований были выявлены следующие закономерности.As a result of research, the following patterns were identified.

1. Оптимальным реакционным газом для наиболее эффективного устранения полиатомных помех при прямом ИСП-МС определении содержания кремния в урансодержащих растворах является аммиак.1. The optimal reaction gas for the most effective elimination of polyatomic interference in direct ICP-MS determination of the silicon content in uranium-containing solutions is ammonia.

2. Использование аммиака в качестве реакционного газа ячейки позволяет улучшить предел обнаружения при прямом определении кремния по изотопу 28Si в урановых растворах как минимум в 3 раза в сравнении со стандартным режимом измерений (без напуска газа).2. The use of ammonia as the reaction gas of the cell can improve the detection limit for the direct determination of silicon from the 28 Si isotope in uranium solutions by at least 3 times in comparison with the standard measurement mode (without gas inlet).

3. Чувствительность определения кремния в урановых материалах можно увеличить в десять раз при подборе оптимального расхода реакционного газа и электрических параметров квадруполя ячейки - переменного ВЧ напряжения (параметра RPq), постоянного напряжения в ячейке (параметра RPa), постоянного напряжения, приложенного к стержням квадруполя ячейки и масс-анализатора (CRO и QRO) и ускоряющего напряжения в ячейки (CPV) за счет уменьшения общего фона и увеличения стабильности сигнала и эффективности передачи ионов.3. The sensitivity of the determination of silicon in uranium materials can be increased tenfold when selecting the optimal flow rate of the reaction gas and the electrical parameters of the cell quadrupole — AC RF voltage (parameter RPq), DC voltage in the cell (parameter RPa), DC voltage applied to the rods of the cell quadrupole and a mass analyzer (CRO and QRO) and cell acceleration voltage (CPV) by reducing the overall background and increasing signal stability and ion transfer efficiency.

4. Оптимальный расход реакционного газа составляет от 0,10 до 0,25 мл/мин. Установлено, что при расходе аммиака свыше 0,25 мл/мин возможны потери анализируемого элемента в результате протекания ионно-молекулярных реакций кремния с аммиаком, а при расходе менее 0,1 мл/мин снижается эффективность подавления «фоновых» сигналов от полиатомных ионов.4. The optimal flow rate of the reaction gas is from 0.10 to 0.25 ml / min. It was established that at an ammonia flow rate of more than 0.25 ml / min, the analyzed element may be lost as a result of ion-molecular reactions of silicon with ammonia, and at a flow rate of less than 0.1 ml / min, the suppression of background signals from polyatomic ions decreases.

5. Как показали расчеты, увеличение величины параметра RPa (RPa>0) незначительно влияет на нижнюю границу полосы пропускания при измерении на массе mан=28 а.е.м., поэтому оптимальным значением данного параметра приняли значение RPa=0.5. As calculations showed, an increase in the value of the parameter RPa (RPa> 0) slightly affects the lower limit of the passband when measured on a mass m an = 28 amu, therefore, the value of RPa = 0 was adopted as the optimal value for this parameter.

6. Оптимальное значение параметра RPq для эффективного удаления из ячейки мешающих ионов, вызывающих образование новых наложений, находится в диапазоне от 0,55 до 0,7 В. При высоких значениях ВЧ напряжения RPq>0,7 отмечено уменьшение интенсивности аналитического сигнала кремния, обусловленное протеканием эндотермической реакции передачи заряда между ионом 28Si+ и NН3, приводящей к потерям анализируемого элемента. При низких значениях RPq<0,5 снижается эффективность работы ячейки вследствие образования новых мешающих ионов с массовым числом 28 а.е.м.6. The optimal value of the parameter RPq for the effective removal of interfering ions from the cell, causing the formation of new overlays, is in the range from 0.55 to 0.7 V. At high values of the rf voltage RPq> 0.7, a decrease in the intensity of the analytical silicon signal due to the occurrence of an endothermic charge transfer reaction between the 28 Si + ion and NH 3 , leading to the loss of the analyzed element. At low RPq values <0.5, the cell efficiency decreases due to the formation of new interfering ions with a mass number of 28 amu

7. Оптимальное значение постоянного напряжения составило UCRO=-2÷-3 В.7. The optimal value of the constant voltage was U CRO = -2 ÷ -3 V.

8. Для того чтобы обеспечить достаточную пропускную способность квадрупольного масс-анализатора при работе динамической реакционной ячейки, потенциал, приложенный к квадруполю анализатора QRO, должен иметь более высокое отрицательное значение, чем потенциал, приложенный к квадруполю ячейки - CRO, а именно в диапазоне от -5 до - 6 В. Изменение параметра QRO в меньшую или большую сторону приводит к ухудшению чувствительности определения содержания кремния.8. In order to ensure sufficient bandwidth of the quadrupole mass analyzer during operation of the dynamic reaction cell, the potential applied to the quadrupole of the QRO analyzer must have a higher negative value than the potential applied to the quadrupole of the cell — CRO, namely in the range from - 5 to –6 V. Changing the QRO parameter to a smaller or larger side leads to a deterioration in the sensitivity of determining the silicon content.

9. Оптимальное значение ускоряющего напряжения CPV находится в диапазоне от -18 до -19 В. Изменение параметра QRO в меньшую или большую сторону также приводит к ухудшению чувствительности определения содержания кремния.9. The optimal value of the accelerating voltage CPV is in the range from -18 to -19 V. Changing the QRO parameter to a smaller or larger side also leads to a deterioration in the sensitivity of determining the silicon content.

Результаты исследований представлены в таблицах 1, 2, 3. Термодинамические и кинетические характеристики ионно-молекулярных реакций полиатомных ионов на массе 28 а.е.м. с аммиаком приведены в таблице 1.The research results are presented in tables 1, 2, 3. Thermodynamic and kinetic characteristics of the ion-molecular reactions of polyatomic ions with a mass of 28 amu with ammonia are shown in table 1.

Таблица 1Table 1 Полиатомный ионPolyatomic ion Продукты ионно-молекулярной реакцииIon-molecular reaction products Энтальпия реакции,
ΔHr, ккал/моль
Reaction enthalpy,
ΔH r , kcal / mol
Константа скорости реакции, kr, см3/молекула·с [23]The reaction rate constant, k r , cm 3 / molecule · s [23]
N2+ N 2 + N2+NН3+ N 2 + NH 3 + -124,99-124.99 2,02·10-9 2.02 · 10 -9 N2H++NH2 N 2 H + + NH 2 Нет данныхThere is no data 1,80·10-9 1.80 · 10 -9 CO+ CO + СО+NH3+ CO + NH 3 + -78,4-78.4 2,04·10-9 2.04 · 10 -9 HCO++NH2 HCO + + NH 2 -41,18-41.18 Нет данныхThere is no data С2Н4+ C 2 H 4 + NH3+2Н4 NH 3 + + C 2 H 4 -7,84-7.84 1,80·10-9 1.80 · 10 -9 NH4++СНСН2 NH 4 + + CHCH 2 -26,94-26.94 2,06·10-9 2.06 · 10 -9 С2Н2N+ C 2 H 2 N + NH3++C2H2NNH 3 + + C 2 H 2 N -17,06-17.06 Нет данныхThere is no data

Согласно данным таблицы 1 ионно-молекулярные реакции полиатомных ионов с аммиаком экзотермические (ΔНr<0), термодинамически разрешены. Наиболее эффективными реакциями являются реакции переноса заряда.According to table 1, the ion-molecular reactions of polyatomic ions with ammonia are exothermic (ΔН r <0), thermodynamically allowed. The most effective reactions are charge transfer reactions.

Результаты проведенных измерений аналитических сигналов кремния в аттестованной смеси и «холостой» пробе в зависимости от выбранных параметров работы ячейки приведены в таблице 2.The results of measurements of analytical silicon signals in a certified mixture and a “blank” sample, depending on the selected parameters of the cell, are shown in table 2.

Таблица 2table 2 Расход аммиака, мл/минAmmonia consumption, ml / min Величина отношения сигнал/фонSignal / Background Ratio Величина ВЧ напряжения, приложенного к стержням квадруполя ячейки (RPq), ВThe magnitude of the RF voltage applied to the rods of the cell quadrupole (RPq), V Величина отношения сигнал/фонSignal / Background Ratio 00 55 0,10.1 0,50.5 0,10.1 18eighteen 0,20.2 1,81.8 0,20.2 15fifteen 0,30.3 2,62.6 0,30.3 1313 0.40.4 33 0,40.4 1212 0,50.5 3,83.8 0,50.5 11eleven 0,60.6 4,34.3 0,60.6 1010 0,70.7 4,44.4 0,70.7 99 0,80.8 3,43.4 0,80.8 88 0,90.9 22

Как следует из таблицы 2, наилучшее соотношение аналитического сигнала и фонового достигается при расходе аммиака от 0,1 до 0,25 мл/мин и значении RPq параметра, составляющего от 0,55 до 0,7 В. В этих условиях происходит эффективное уменьшение фонового сигнала, что говорит о химическом разрешении мешающих ионов и кремния, и высокой реакционной способности аммиака по отношению к полиатомным и молекулярным ионам: N2+, CO+, С2Н4+, C2H2N+ As follows from table 2, the best ratio of the analytical signal and the background is achieved when the flow rate of ammonia is from 0.1 to 0.25 ml / min and the parameter RPq value is from 0.55 to 0.7 V. Under these conditions, an effective decrease in the background signal, which indicates the chemical resolution of interfering ions and silicon, and the high reactivity of ammonia with respect to polyatomic and molecular ions: N 2 + , CO + , C 2 H 4 + , C 2 H 2 N +

Оптимальные параметры программы измерений аналитического сигнала кремния приведены в таблице 3.The optimal parameters of the measurement program of the analytical signal of silicon are shown in table 3.

Таблица 3Table 3 Параметр работы масс-спектрометраMass Spectrometer Operation Parameter ЗначениеValue Параметр работы ячейкиCell operation parameter ЗначениеValue Мощность высокочастотного генератора, ВтPower of a high-frequency generator, W 14001400 Расход реакционного газа, Cell Gas Flow, мл/минThe flow rate of the reaction gas, Cell Gas Flow, ml / min 0,1÷0,240.1 ÷ 0.24 Расход распыляющего газа, Nebulizer Gas Flow, л/минSpray Gas Consumption, Nebulizer Gas Flow, L / min 0,83÷0,90.83 ÷ 0.9 Постоянное напряжение, приложенное к стержням квадруполя масс-анализатора, QRO, ВDC voltage applied to the rods of the quadrupole mass analyzer, QRO, V -5÷-6-5 ÷ -6 Расход охлаждающего газа Plasma Gas, л/минConsumption of cooling gas Plasma Gas, l / min 15fifteen Постоянное напряжение, приложенное к стержням квадруполя ячейки, CRO, ВDC voltage applied to the rods of the cell quadrupole, CRO, V -2÷-1-2 ÷ -1 Расход вспомогательного газа Auxiliary Gas, л/минAuxiliary Gas flow rate, l / min 1,41.4 Ускоряющее напряжение в ячейке, CPV, ВAccelerating cell voltage, CPV, V -19÷-18-19 ÷ -18 Напряжение на линзах Lens Voltage, ВLens Voltage, V 5,4÷5,55.4 ÷ 5.5 Высокочастотное напряжение в ячейке, RPq, ВHigh-frequency cell voltage, RPq, V 0,55÷0,70.55 ÷ 0.7 Режим работы детектора (Detector)Detector Operation Mode Двойной режимDual mode Постоянное напряжение в ячейке, RPa, ВDC voltage in the cell, RPa, V 00

Для определения зависимости интенсивности аналитического сигнала от содержания кремния готовили аттестованные смеси AC1, АС2, АС3 с массовой долей кремния 5, 50, 100 мкг/г урана соответственно, представляющие собой растворы иона кремния в растворе уранилфторида, полученного в результате гидролиза гексафторида урана высокой чистоты (не содержащего кремний) с массовой концентрацией урана 200-300 г/л.To determine the dependence of the analytical signal intensity on the silicon content, certified mixtures of AC 1 , AC 2 , AC 3 were prepared with a mass fraction of silicon of 5, 50, 100 μg / g of uranium, respectively, which are solutions of a silicon ion in a solution of uranyl fluoride obtained by hydrolysis of uranium hexafluoride high purity (not containing silicon) with a mass concentration of uranium of 200-300 g / l.

Для установления градуировочной зависимости в плазму разряда вводили раствор уранилфторида (не содержащего кремния) с массовой концентрацией урана 1 г/л в качестве раствора «холостой» пробы, а также аттестованные смеси с содержанием кремния 5, 50 и 100 мкг/г урана в порядке их возрастания. Измеряли скорости счета ионов изотопа 28Si.To establish the calibration dependence, a solution of uranyl fluoride (silicon-free) with a mass concentration of uranium of 1 g / l as a solution of a “blank” sample, as well as certified mixtures with a silicon content of 5, 50, and 100 μg / g of uranium, were introduced into the discharge plasma ascending. The ion count rates of the 28 Si isotope were measured.

С помощью программного обеспечения масс-спектрометра с использованием метода множественной регрессии была получена зависимость интенсивности аналитического сигнала (имп./с) от массовой доли кремния (мкг/г урана) в аттестованной смеси, описываемая уравнением: I=а·С, гдеUsing the software of the mass spectrometer using the multiple regression method, the dependence of the intensity of the analytical signal (imp./s) on the mass fraction of silicon (μg / g of uranium) in the certified mixture was obtained, which is described by the equation: I = a · C, where

С - содержание кремния в градуировочном образце, мкг/г урана;C is the silicon content in the calibration sample, μg / g of uranium;

I - интенсивность аналитического сигнала, имп./с;I is the intensity of the analytical signal, imp./s;

а - рассчитанный коэффициент, равный 5,048.and - the calculated coefficient equal to 5.048.

На основании полученных данных был построен градуировочный график, по которому определяли содержание кремния в анализируемых пробах.Based on the obtained data, a calibration graph was constructed, according to which the silicon content in the analyzed samples was determined.

Пример определения содержания кремния в урановых материалах, например в гексафториде урана, с использованием метода масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой и динамической реакционной ячейкиAn example of determining the silicon content in uranium materials, for example in uranium hexafluoride, using inductively coupled plasma mass spectrometry and a dynamic reaction cell

Пробу гексафторида урана гидролизуют деионизованной водой.A sample of uranium hexafluoride is hydrolyzed with deionized water.

В мерную полипропиленовую колбу вместимостью 50 см3 с помощью пипетки переменной вместимости 100-1000 мм3 отмеривают необходимую аликвотную часть раствора уранилфторида, полученного в результате гидролиза, рассчитанную при условии, что концентрация урана в растворе составляет 1 г/л, доводят деионизованной водой до метки и перемешивают. Для каждой пробы выполняется два параллельных определения.Using a pipette of variable capacity 100-1000 mm 3, a necessary aliquot of the uranyl fluoride solution obtained by hydrolysis is measured in a polypropylene flask with a capacity of 50 cm 3 , calculated under the condition that the concentration of uranium in the solution is 1 g / l, adjusted to the mark with deionized water and mix. For each sample, two parallel definitions are performed.

Растворы проб, приготовленные для измерения, вводят в плазму разряда. Измеряют интенсивность аналитического сигнала иона кремния в растворах проб гидролизованного гексафторида урана в соответствии с параметрами проведения измерений на масс-спектрометре Elan DRC II, приведенными в таблице 3.Sample solutions prepared for measurement are introduced into the discharge plasma. The intensity of the analytical signal of the silicon ion in solutions of samples of hydrolyzed uranium hexafluoride is measured in accordance with the measurement parameters on an Elan DRC II mass spectrometer shown in Table 3.

Массовую долю кремния в мкг/г урана в растворах проб гидролизованного гексафторида урана определяют с помощью установленной градуировочной характеристики.Mass fraction of silicon in μg / g of uranium in the solutions of samples of hydrolyzed uranium hexafluoride is determined using the established calibration characteristics.

Значения характеристик погрешностей определения массовой доли кремния к урану в гексафториде урана по заявляемому способу и способу-прототипу приведены в таблице 4. Таблица 4 - Характеристики относительных погрешностей измерений заявляемого способа в сравнении со способом-прототипом при доверительной вероятности Р=0,95.The values of the characteristics of the errors in determining the mass fraction of silicon to uranium in uranium hexafluoride by the present method and the prototype method are shown in table 4. Table 4 - Characteristics of the relative measurement errors of the proposed method in comparison with the prototype method with a confidence probability of P = 0.95.

Таблица 4Table 4 Способ определения кремния в гексафториде уранаMethod for determination of silicon in uranium hexafluoride Предел обнаружения, ррmDetection limit, ppm Диапазон определяемых массовых долей, ррmThe range of determined mass fractions, ppm Характеристика сходимости,

Figure 00000001
Convergence characteristic
Figure 00000001
Характеристика неисключенной систематической погрешности, ±иCharacteristic of non-excluded systematic error, ± and Доверительные границы суммарной погрешности при n=2, ±дConfidence limits of the total error for n = 2, ± d Продолжительность анализаAnalysis duration Способ-прототипPrototype method 33 От 5 до 10 включ.5 to 10 incl. 0,120.12 0,380.38 0,420.42 Время, необходимое для выполнения измерений с учетом времени термостатирования и охлаждения автоклавов составляет 7,5 часовThe time required to perform measurements taking into account the time of temperature control and cooling of the autoclaves is 7.5 hours Свыше 10. до 20 включ.Over 10. to 20 incl. 0,100.10 0,190.19 0,240.24 Свыше 20 до 40 включ.Over 20 to 40 incl. 0,070,07 0,110.11 0,150.15 Свыше 40 до 100 включ.Over 40 to 100 incl. 0,050.05 0,080.08 0,110.11 Заявляемый способThe inventive method 22 От 5,0 до 100,0 включ.From 5.0 to 100.0 incl. 0,110.11 0,120.12 0,200.20 Общее время промывки системы ввода проб не менее 5 минут, выполнение измерений 45 минутThe total flushing time of the sample injection system is at least 5 minutes, measurements are taken 45 minutes

Предложенный способ успешно прошел испытания, которые подтвердили высокую точность и экспрессность определения массовой доли кремния в гексафториде урана. Способ позволяет отказаться от стадии предварительного отделения кремния при анализе образца и связанных с этим дополнительных трудоемких операций, влияющих на точность и воспроизводимость анализа.The proposed method has successfully passed tests that confirmed the high accuracy and rapidity of determining the mass fraction of silicon in uranium hexafluoride. The method allows you to abandon the stage of preliminary separation of silicon in the analysis of the sample and the associated additional laborious operations that affect the accuracy and reproducibility of the analysis.

Источники информацииInformation sources

1. Annual book of ASTM standards: 787-2006. Standard Specification for Uranium Hexafluoride for Enrichment.1. Annual book of ASTM standards: 787-2006. Standard Specification for Uranium Hexafluoride for Enrichment.

2. Annual book of ASTM standards: С 761-2004. Spectrophotometric Determination of Silicon and Phosporus.2. Annual book of ASTM standards: C 761-2004. Spectrophotometric Determination of Silicon and Phosporus.

3. Annual book of ASTM standards: С 799-2005. Silicon by the Molybdenum Blue (Photometric) Method.3. Annual book of ASTM standards: C 799-2005. Silicon by the Molybdenum Blue (Photometric) Method.

4. Annual book of ASTM standards: С 1287-2003. Standard Test Method for Determination of Impurities in Uranium Dioxide by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry.4. Annual book of ASTM standards: C 1287-2003. Standard Test Method for Determination of Impurities in Uranium Dioxide by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry.

5. Отраслевая инструкция. ОИ 001.464-2009. Кремний. Методика дистилляционно-спектрофотометрического определения в ГФУ, инв.16/12101.5. Industry instruction. OI 001.464-2009. Silicon. The method of distillation-spectrophotometric determination in HFCs, inv.16 / 12101.

Claims (1)

Способ определения содержания кремния в урановых материалах путем измерения интенсивности аналитического сигнала в исследуемом образце, включающий гидролиз пробы, например гексафторида урана, и разбавление пробы до концентрации урана 1 г/л, отличающийся тем, что определение кремния в гексафториде урана проводят прямым способом без предварительного отделения кремния от анализируемого образца с использованием масс-спектрометра с индуктивно-связанной плазмой, оснащенного динамической реакционной ячейкой, при выбранных оптимальных параметрах работы динамической реакционной ячейки, а именно при расходе реакционного газа аммиака, равном от 0,1 до 0,25 мл/мин, переменном ВЧ-напряжении RPq=0,55÷0,7 В, постоянном напряжении RPa=0 В, ускоряющем напряжении CPV=-19÷-18 В, напряжении на стержнях квадруполя ячейки CRO=-2÷-1 В, постоянном напряжении, приложенном к стержням квадруполя масс-анализатора QRO=-5÷6 В. The method of determining the silicon content in uranium materials by measuring the intensity of the analytical signal in the test sample, including hydrolysis of the sample, for example uranium hexafluoride, and diluting the sample to a uranium concentration of 1 g / l, characterized in that the determination of silicon in uranium hexafluoride is carried out directly without prior separation silicon from the analyzed sample using a mass spectrometer with inductively coupled plasma equipped with a dynamic reaction cell, with the selected optimal pa in terms of operation of a dynamic reaction cell, namely, at a flow rate of ammonia reaction gas of 0.1 to 0.25 ml / min, an alternating HF voltage RPq = 0.55 ÷ 0.7 V, a constant voltage RPa = 0 V, accelerating voltage CPV = -19 ÷ -18 V, voltage on the rods of the quadrupole of the cell CRO = -2 ÷ -1 V, constant voltage applied to the rods of the quadrupole of the mass analyzer QRO = -5 ÷ 6 V.
RU2011118780/15A 2011-05-10 2011-05-10 Method of determining silicon content in uranium materials RU2456591C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011118780/15A RU2456591C1 (en) 2011-05-10 2011-05-10 Method of determining silicon content in uranium materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011118780/15A RU2456591C1 (en) 2011-05-10 2011-05-10 Method of determining silicon content in uranium materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2456591C1 true RU2456591C1 (en) 2012-07-20

Family

ID=46847523

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011118780/15A RU2456591C1 (en) 2011-05-10 2011-05-10 Method of determining silicon content in uranium materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2456591C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112147081A (en) * 2019-06-28 2020-12-29 中核陕西铀浓缩有限公司 Method for determining B, Si in uranium hexafluoride product

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU919991A1 (en) * 1980-08-28 1982-04-15 Государственный ордена Октябрьской Революции научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности Method of detecting silicon in metals
SU1121613A1 (en) * 1983-04-05 1984-10-30 Государственный ордена Октябрьской Революции научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности Method of determination of silicon in metals
SU1681237A1 (en) * 1988-10-06 1991-09-30 Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" Method for detecting silicon in niobium pentoxide
RU2140110C1 (en) * 1997-03-12 1999-10-20 Институт химии и химико-металлургических процессов СО РАН Silicon production method
DE19906732A1 (en) * 1999-02-18 2000-08-24 Forschungszentrum Juelich Gmbh Oxygen isotopic ratio measurement for silicon dioxide type geological / fossil specimens via corresponding carbon oxides
RU2173576C2 (en) * 1995-08-11 2001-09-20 Эдвансд Минералс Корпорейшн High-purity biogenic silicon dioxide product

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU919991A1 (en) * 1980-08-28 1982-04-15 Государственный ордена Октябрьской Революции научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности Method of detecting silicon in metals
SU1121613A1 (en) * 1983-04-05 1984-10-30 Государственный ордена Октябрьской Революции научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности Method of determination of silicon in metals
SU1681237A1 (en) * 1988-10-06 1991-09-30 Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности "Гиредмет" Method for detecting silicon in niobium pentoxide
RU2173576C2 (en) * 1995-08-11 2001-09-20 Эдвансд Минералс Корпорейшн High-purity biogenic silicon dioxide product
RU2140110C1 (en) * 1997-03-12 1999-10-20 Институт химии и химико-металлургических процессов СО РАН Silicon production method
DE19906732A1 (en) * 1999-02-18 2000-08-24 Forschungszentrum Juelich Gmbh Oxygen isotopic ratio measurement for silicon dioxide type geological / fossil specimens via corresponding carbon oxides

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Отраслевая инструкция. ОИ 001.464-2009. Кремний. Методика дистилляционно-спектрофотометрического определения в ГФУ, инв. №16/12101. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112147081A (en) * 2019-06-28 2020-12-29 中核陕西铀浓缩有限公司 Method for determining B, Si in uranium hexafluoride product
CN112147081B (en) * 2019-06-28 2024-03-19 中核陕西铀浓缩有限公司 Method for measuring B, si in uranium hexafluoride product

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Junninen et al. A high-resolution mass spectrometer to measure atmospheric ion composition
US10573503B2 (en) Systems and methods for detection and quantification of selenium and silicon in samples
JP5997650B2 (en) Analysis system
Virgilio et al. Calculating limits of detection and defining working ranges for multi-signal calibration methods
US9711339B2 (en) Method to generate data acquisition method of mass spectrometry
US20100065731A1 (en) Quadrupole mass spectrometer
WO2015079529A1 (en) Mass spectrometry method, mass spectrometry device, and mass spectrometry data processing program
WO2008035419A1 (en) Mass spectrometry method
EP3454358B1 (en) Determining isotope ratios using mass spectrometry
GB2541384A (en) Collision cell having an axial field
RU2456591C1 (en) Method of determining silicon content in uranium materials
CN108206125B (en) Determination of isobaric interferences in mass spectrometers
US9989505B2 (en) Mass spectrometry (MS) identification algorithm
WO2018109895A1 (en) Mass spectrometry device
WO2016125271A1 (en) Mass spectrometry method, chromatograph mass spectrometer, and program for mass spectrometry
CN110412116B (en) Method for testing content of sulfur element and application thereof
CN113189318B (en) Method for quantitatively detecting trace elements in milk
RU2410681C2 (en) Method of determining content of chlorine in uranium
Goodwin et al. Improved uranium isotopic ratio determinations for the liquid sampling-atmospheric pressure glow discharge orbitrap mass spectrometer by use of moving average processing
CN109632667B (en) Method for obtaining mapping relation between spectrum and concentration
JP7435905B2 (en) Mass spectrometer and mass spectrometry method
CN111796019B (en) Quantitative analysis and determination method for trace phosphorus element in bearing steel
Ardini et al. Lead isotopic analysis of Antarctic snow by quadrupole ICP-MS using a total-consumption sample introduction system
US20230170197A1 (en) Inductively coupled plasma source mass spectrometry for silicon measurement
Takahashi Determination of challenging elements in ultrapure semiconductor grade sulfuric acid by Triple Quadrupole ICP-MS

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner