高釷體系中微量鈾的ICP-MS法測定

楊丹丹，郭國龍，王春葉

(核工業北京化工冶金研究院，北京 101149)

從獨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、鈾質量濃度分別為20、0.4 g/L左右，經過離子交換樹脂吸附鈾后的尾液中，釷質量濃度30～40 g/L，鈾質量濃度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，操作復雜。而電感耦合電離子體質譜法(ICP-MS)具有檢出限低、動態線性范圍寬、干擾少、精密度高、分析速度快、能夠同時測定多種元素等優點[8]。目前，對于高釷體系中微量鈾的測定，尚未見有相關報道。ICP-MS法雖然對體系中釷含量沒有嚴格要求，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，工作參數見表1。

表1 ICP-MS儀工作參數

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水分至近干，去除有機物，再用5 mol/L鹽酸溶液1 mL溶解，溶解液轉移至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為在線內標元素進行校正。

2 試驗結果與討論

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 內標元素的確定

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

表2 內標元素的選擇

2.3 校準曲線與相關系數

工作標準溶液鈾質量濃度為0.0、0.1、0.2、1、5、10、20、40 μg/L，采用三通道蠕動泵，利用在線加內標法對工作標準溶液進行測定，并繪制校準曲線。設置校準曲線通過零點，得到校準曲線方程為

y=0.129x，相關系數r=0.999 992。

2.4 方法加標回收率

進行加標回收試驗以驗證方法的可行性。待測樣品中加入0.1 mL質量濃度為100 mg/L的鈾標準溶液，與樣品溶液一起上柱分離，然后以ICP-MS法測定，結果見表3。可以看出，鈾加標回收率在96.4%～108%之間。

表3 加標回收試驗結果

2.5 方法精密度

按試驗方法進行6次平行試驗，根據測定結果計算相對標準偏差，結果見表4。可以看出，方法的相對標準偏差為2.73%，精度較高。

表4 方法精密度試驗結果

2.6 方法檢出限

按最優條件和儀器參數，對試劑空白連續測定11次，并計算標準偏差s，3倍標準偏差對應的濃度計算方法檢出限，結果見表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，加標回收率為96.4%～108%，相對標準偏差2.73%，檢出限6.0 ng/L。方法準確可靠，可以滿足高釷體系中微量鈾的分析要求。