建材產品中微量鈾與釷的聯合測定分析

喬英英，魯 忍，王 艷

（中陜核工業集團綜合分析測試有限公司，陜西西安 710024）

建材產品中微量鈾與釷的測定是尤為重要的工作，但由于傳統的單品測定方式不能夠滿足現代社會對檢測產品微量鈾與釷測定時效性的需求，故而本文開展了對建材產品中微量鈾與釷的聯合測定分析。同時，由于在建材產品中微量鈾與釷的聯合測定過程中，存在很多干擾因素，如雜質元素對鈾與釷回收率的影響、酒石酸對鈾與釷回收率的影響及鹽酸對鈾與釷回收率的影響，故而本文提出了相關的優化方案，以期進一步提升建材產品中微量鈾與釷的聯合測定水平。

1 測定建材產品中微量鈾與釷的重要意義

放射性物質對人體的危害較大，若放射性物質含量超標則會導致人體健康受到較為嚴重的影響，而建材產品是現代社會居民普遍會接觸到的物品，若其中含有的放射性物質超標，長期接觸則會導致人體受放射性物質影響患有疾病。調查研究顯示，放射性物質主要來源于天然輻射源，如地球輻射、宇宙輻射等，地球上的物品長期接受放射性物質的影響也會導致物品中含有放射性物質，如在膳食、建筑材料中就普遍存在鈾、釷等放射性物質，因此，在物品上市之前對物品進行放射性物質的測定是尤為重要的。

目前，放射性物質鈾、釷的檢測方式主要包括兩種，一種為物理法測定微量鈾與釷，另一種則是化學法測定微量鈾與釷。其中物理法主要是利用相關的檢測設備進行測定，但目前此類設備價格昂貴且體型較大，使用成本較高且存在測定結果與實際含量相差較大的問題，僅能夠滿足對部分物品進行微量鈾與釷的測定，其適用性及功能性不佳，故而現階段普遍采用的是化學法進行微量鈾與釷的測定。化學法主要利用的是分光光度法進行微量鈾與釷的測定，該方法主要是利用分光光度計檢測物品中微量鈾與釷的含量，操作流程較為簡便且不需要使用大型的儀器設備，具有較高的經濟價值，故而現階段在我國建材產品微量鈾與釷測定中被廣泛使用。但據調查研究表明，化學法測定微量鈾與釷時僅能夠對單體進行建材，即先檢測鈾的含量之后再進行釷的檢測，并不能夠實現微量鈾與釷的聯合測定，故而本文開展了對化學法測定建材產品中微量鈾與釷的聯合檢測方法開展了研究。

2 主要儀器與試劑

2.1 主要儀器

721分光光度計和玻璃色層柱，821分光光度計由光源、單色光器、比色皿座架、光/電轉換器、放大器及電源等組成，該分光光度計的電源能夠發射360~800nm 的光波。

2.2 主要試劑

萃淋樹脂CL-TBP、鈾標準溶液、釷標準溶液、氟化銨、硝酸銨、氯化銨、混合銨鹽、三乙醇胺、酒石酸、鈾顯色劑、釷顯色劑等。

2.3 實驗方法優勢

本實驗主要利用混合銨鹽進行樣本的分解，在樣本中分離出鈾、釷元素，隨后經過萃取、蒸餾后進行測定。首先，該種方式能夠良好地分離出試樣中含有鈾、釷元素的物質，且在萃取的過程中，能夠將含有鈾、釷元素的物質以離子的形式被吸附在交換柱上，減少了干擾因素對鈾、釷元素分離的影響。其次，該方法操作較為簡單，能夠實現聯合測定，減少單獨測定消耗的時間，且僅制備一次實驗試劑即可，達到了節約資源的目的，

3 實驗操作步驟

3.1 熔樣

（1）提取實驗樣品，使用精密儀器稱取0.1~0.5 g樣品放置于燒杯中，隨后在燒杯中放入混合銨鹽溶液，溶液劑量為5~8 g。

（2）使用攪拌棒將混合銨鹽與實驗樣品充分攪拌，促使實驗樣品融入溶液中，攪拌均勻后，需要將溶液放置于電爐上加熱，在加熱的過程中，需要保證電爐為恒溫，加熱至溶液冒白煙即可。加熱完成后，需要待溶液冷卻一段時間后向溶液中添加水、高氯酸，其中，水添加量為5~8 mL，高氯酸添加量為1 mL。添加完成后，將溶液放置于室內環境中，待溶液冷卻后添加上柱液，上柱液劑量為10~15 mL，添加完成后需要對溶液進行攪拌，攪拌均勻后將溶液放置于電熱爐上加熱，直至溶液沸騰后取下，放置于室內環境冷卻，從而完成鈾、釷的提取。

3.2 上柱分離

使用平衡液對交換柱進行平衡處理，處理完成后使用上柱液對使用過的燒杯、漏斗、攪拌棒等工具進行清理，清理次數不得小于3次，清理完成之后棄去。待溶液冷卻至室溫度后進行溶液的過濾，隨后將溶液放置于交換柱中。向交換柱中添加鹽酸，鹽酸劑量為12 mL，添加方式為平均分3次添加，添加完成后便能夠提取溶液中的釷元素。制備容量瓶，在容量瓶中添加尿素、抗壞血酸溶液，添加劑量分別為3~5滴和1 mL，提取分離出釷元素的溶液放置于容量瓶中，備用。隨后，再使用12 mL 蒸餾水分三次解析溶液中的鈾，備用。該步驟完成之后，需要向交換柱中添加水清洗并棄去。

3.3 顯色測定

顯色測定是實驗的重點環節，在進行顯色測定時，需要對軸與釷分別進行顯色測定。

（1）從對軸的顯色測定的角度來分析。向解析出軸的溶液中添加混合掩蔽劑、酚酞指示劑、氫氧化鈉溶液，其中，混合掩蔽劑的劑量為2 mL、酚酞指示劑為1滴，添加完成后，需要向溶液中緩慢添加氫氧化鈉溶液，其中，氫氧化鈉溶液濃度為40%。在氫氧化鈉溶液添加的過程中，要盡量勻速、勻量添加，在添加時需要對溶液進行攪拌，直至溶液呈現微紅即可。溶液微紅之后，使用鹽酸對溶液進行消色處理，直至溶液恢復為初始顏色之后向溶液中添加鈾緩沖溶液。鈾緩沖溶液為三乙醇胺，添加計量為2 mL。隨后，將溶液搖勻，靜置，使用721分光光度計在583 nm 處用3 cm 比色皿測定吸光度，根據吸光度的效果確定鈾的測定結果。

（2）從對釷的顯色測定的角度來分析。在進行釷顯色測定時，需要向解析出釷的溶液中添加乙醇、草酸溶液，其中，乙醇添加量為2.5 mL，草酸溶液添加量為2 mL，草酸溶液濃度為10%。添加完成后搖勻，隨后添加釷的顯色劑。釷顯色劑為偶氮胂，添加量為2 mL。添加完成后，搖勻溶液，再添加鹽酸稀釋容易，在波長660 nm 處用3 cm 比色皿測定吸光度，根據吸光度的效果確定鈾的測定結果。

3.4 鈾、釷工作曲線的繪制

鈾、釷工作曲線繪制的目的是為鈾、釷元素測定提供對比與參考，故選取鈾的標準溶液與釷的標準溶液進行曲線的繪制，為鈾與釷顯色測定形成對比。將鈾與釷的標準溶液放置于燒杯中，添加混合銨鹽，眼暈，測定吸光度，繪制工作曲線。鈾、釷標準溶液工作曲線如圖1所示。

圖1 鈾、釷標準溶液工作曲線圖

3.5 計算

根據顯色測定計算樣品中鈾、釷的含量，計算公式如下。

式中，X為鈾/釷的含量；γ為工作曲線上查的鈾/釷含量；ω為樣品的重量；c為鈾/釷的回收率。

4 實驗條件優化

4.1 上柱液酸度的選擇

通過分析可知，在對樣品溶液進行鈾與釷的提取時，主要采用的是萃取的方法，而在該過程中，需要添加鹽酸，而實際上，鹽酸的酸度會對實驗結果產生影響，若酸度過高，則會導致實驗成本增加，若酸度過低，則鈾與釷的提取效果將會降低。針對此問題，對萃取過程中添加鹽酸的步驟進行了優化。研究顯示，硝酸的濃度對鈾與釷的回收影響并不大，故而本實驗將鹽酸改為硝酸。同時，據分析，硝酸濃度在1~9時對鈾與釷回收率的影響最低，因此，本實驗選擇7 N的硝酸作為上柱液。

4.2 酒石酸用量對鈾、釷回收的影響

樣品中不僅含有鈾與釷，同時也含有鋯元素、鈦元素、鉻元素、釩元素等，這些元素均會對樣品溶液分離鈾與釷時產生干擾，例如，若樣品中含有鋯元素，則會導致釷的測定結果偏高，因此，為消除雜質元素對目標元素提取的影響，需要在上柱液中添加酒石酸。為驗證酒石酸能夠在阻止雜質元素干擾鈾與釷提取的同時不影響鈾與釷的提取，本實驗選擇向樣品溶液中添加質量分數為0.5%、1%、2%、3%的酒石酸，并分析酒石酸對鈾與釷回收率的影響，實驗結果如表1所示。

表1 酒石酸對鈾與釷回收率的影響分析表

實驗表明，酒石酸用量在3%以內不會對釷回收率產生較大的影響，故本實驗選擇使用2%濃度的酒石酸。

4.3 硝酸鋁用量對鈾、釷回收的影響

通過分析可知，在樣品溶液的熔樣及柱分離的過程中均會使用到混合銨鹽，而實際上，樣品溶液添加混合銨鹽之后將會產生一定量的氟并在溶液中形成氟離子，氟離子將會對鈾的測定產生影響，因此，還需要消除氟離子的影響。通過調查研究顯示，硝酸鋁能夠很好地清除氟離子，故選取添加硝酸鋁溶液抑制氟離子的負面影響。為了選取合適濃度的硝酸鋁，本實驗分別向樣品溶液中添加濃度為3%、5%、7.5%、10%、15%、20%的硝酸鋁溶液，分析硝酸鋁溶液對鈾與釷回收率的影響，表2為酸鋁溶液對鈾與釷回收率的影響。

表2 酸鋁溶液對鈾與釷回收率的影響

通過表2可發現，當硝酸鋁濃度為7.5%時對釷回收率的影響最低，當硝酸鋁濃度為10%時對鈾回收率的影響最低。綜合實驗結果分析發現，10%的硝酸鋁濃度為最佳選擇，故本實驗選取濃度10%的硝酸鋁。

4.4 鈾、釷的洗脫曲線

在對交換柱進行鈾、釷的洗脫時，對鈾的洗脫采用蒸餾水洗脫，對釷的洗脫采用鹽酸洗脫，鹽酸的酸度為6 N，洗脫的方式均采用淋洗的方式。通過分析回收淋洗液中含有的鈾、釷含量發現，在前2 mL 的回收洗脫液中并不含有鈾、釷，故為了保證資源的合理利用，可先選擇2 mL 蒸餾水和2 mL 鹽酸分別對盛放鈾、釷溶液的燒杯進行洗脫，并棄去洗脫液，對后續的洗脫液進行回收，以保證鈾、釷的回收效果。同時，通過研究發現，當蒸餾水與鹽酸用量達到12 mL后，后續的洗脫液也不含有鈾、釷，故選取的蒸餾水與鹽酸劑量均為12 mL。

5 結論

本實驗主要采用的是化學法測定建材產品中的鈾、釷含量，利用混合銨鹽制備樣品溶液，隨后采用蒸餾水與鹽酸解析的方法進行鈾、釷的萃取，獲取鈾實驗溶液、釷實驗溶液，并使用721分光光度計對鈾實驗溶液、釷實驗溶液進行顯色測定，根據計算公式計算出建材樣品中鈾、釷含量。在實驗過程中，為了降低干擾影響，本實驗選擇使用7 N 硝酸代替鹽酸為鈾、釷聯合測定的上柱酸度，并添加10%硝酸鋁消除氟離子對鈾、釷回收率的影響，添加3%酒石酸消除干擾元素對鈾、釷回收率的影響，以保證實驗結果的準確性。