高釷體系中微量鈾的ICP-MS法測定

楊丹丹，郭國龍，王春葉

(核工業(yè)北京化工冶金研究院，北京 101149)

從獨(dú)居石礦石中提取鈾過程中，用氫氧化鈉溶液浸出鈾，浸出液中含有鈾、釷及磷、稀土等。對浸出液除雜，去除磷和稀土，得到富含釷和鈾的堿浸渣。從堿浸渣中浸出鈾，浸出液中釷、鈾質(zhì)量濃度分別為20、0.4 g/L左右，經(jīng)過離子交換樹脂吸附鈾后的尾液中，釷質(zhì)量濃度30～40 g/L，鈾質(zhì)量濃度20 mg/L，甚至更低。

鈾的測定通常采用容量法、分光光度法、激光熒光法和電感耦合電離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)[1-7]。容量法和分光光度法的檢出限高，需要試劑多，操作復(fù)雜。而電感耦合電離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)具有檢出限低、動態(tài)線性范圍寬、干擾少、精密度高、分析速度快、能夠同時測定多種元素等優(yōu)點(diǎn)[8]。目前，對于高釷體系中微量鈾的測定，尚未見有相關(guān)報道。ICP-MS法雖然對體系中釷含量沒有嚴(yán)格要求，但高含量釷會沾污儀器，對以后測定低含量釷帶來干擾，要準(zhǔn)確測定高釷體系中的微量鈾，需要將釷與鈾分離。試驗采用CL-TBP萃淋樹脂在5 moL/L鹽酸體系中分離釷，以ICP-MS法測定高釷體系中微量鈾，以滿足高釷體系中鈾的測定要求。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器：NexION 350X四級桿ICP-MS儀，美國PE公司，工作參數(shù)見表1。

表1 ICP-MS儀工作參數(shù)

試劑：硝酸，鹽酸，MOS級；試驗用水均為高純水。

CL-TBP萃淋樹脂：75-120目，核工業(yè)北京化工冶金研究院。

1.2 萃淋樹脂柱的制備

稱取1 g CL-TBP樹脂浸泡24 h后濕法裝柱，用10 mL濃度為5 mol/L鹽酸平衡后待用。

1.3 試驗方法

移取一定體積待測溶液蒸發(fā)水分至近干，去除有機(jī)物，再用5 mol/L鹽酸溶液1 mL溶解，溶解液轉(zhuǎn)移至CL-TBP樹脂柱吸附釷，然后用5 mol/L鹽酸溶液10 mL淋洗萃淋樹脂上的釷并將淋洗液棄去，控制淋洗速度1.0 mL/min。用12 mL水淋洗萃淋樹脂上的鈾至25 mL容量瓶中，定容，以ICP-MS法測定鈾，以187Re為在線內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 鈾與釷基體的分離

移取10 mL樣品溶液于石英燒杯中，然后按試驗方法處理溶液，以ICP-AES測定釷，ICP-MS法測定鈾。結(jié)果表明：淋洗體積大于10 mL時，釷基本淋洗完全，而鈾基本上不被淋洗。

釷被淋洗后，用水洗脫鈾。10 mL水基本上能把鈾淋洗下來。為了淋洗徹底，用12 mL水淋洗鈾，然后定容至25 mL。

2.2 內(nèi)標(biāo)元素的確定

ICP-MS法測定過程中存在信號波動、基體效應(yīng)等問題，可選用合適的內(nèi)標(biāo)元素加以校正補(bǔ)償。分別以103Rh、115In、209Bi、187Re(質(zhì)量濃度10 μg/L)為內(nèi)標(biāo)元素，對鈾(質(zhì)量濃度20 mg/L)進(jìn)行測定，結(jié)果見表2。可以看出：103Rh、115In、209Bi、187Re都有很好的校正效果。考慮到內(nèi)標(biāo)元素的選擇要符合盡量與待測元素質(zhì)量數(shù)相近且樣品中含量很低的原則，試驗選擇187Re作為測定鈾的內(nèi)標(biāo)元素。

表2 內(nèi)標(biāo)元素的選擇

2.3 校準(zhǔn)曲線與相關(guān)系數(shù)

工作標(biāo)準(zhǔn)溶液鈾質(zhì)量濃度為0.0、0.1、0.2、1、5、10、20、40 μg/L，采用三通道蠕動泵，利用在線加內(nèi)標(biāo)法對工作標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定，并繪制校準(zhǔn)曲線。設(shè)置校準(zhǔn)曲線通過零點(diǎn)，得到校準(zhǔn)曲線方程為

y=0.129x，相關(guān)系數(shù)r=0.999 992。

2.4 方法加標(biāo)回收率

進(jìn)行加標(biāo)回收試驗以驗證方法的可行性。待測樣品中加入0.1 mL質(zhì)量濃度為100 mg/L的鈾標(biāo)準(zhǔn)溶液，與樣品溶液一起上柱分離，然后以ICP-MS法測定，結(jié)果見表3。可以看出，鈾加標(biāo)回收率在96.4%～108%之間。

表3 加標(biāo)回收試驗結(jié)果

2.5 方法精密度

按試驗方法進(jìn)行6次平行試驗，根據(jù)測定結(jié)果計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表4。可以看出，方法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.73%，精度較高。

表4 方法精密度試驗結(jié)果

2.6 方法檢出限

按最優(yōu)條件和儀器參數(shù)，對試劑空白連續(xù)測定11次，并計算標(biāo)準(zhǔn)偏差s，3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差對應(yīng)的濃度計算方法檢出限，結(jié)果見表5。可以看出，方法檢出限為6.0 ng/L。

表5 方法檢出限

3 結(jié)論

用CL-TBP萃淋樹脂吸附待測溶液中的鈾和釷，然后用鹽酸溶液淋洗釷，用水洗脫鈾，可以將釷與鈾分離。洗脫液中的鈾以ICP-MS法測定，加標(biāo)回收率為96.4%～108%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差2.73%，檢出限6.0 ng/L。方法準(zhǔn)確可靠，可以滿足高釷體系中微量鈾的分析要求。