核電廠含硼樣品陽離子在硼酸基體和純水基體中分析結果差異性的研究（ICP-MS）

陳燈

摘 要

采用Thermo Fisher電感耦合等離子體質譜儀分別在硼酸基體和純水基體中分析核電站一回路或輔助系統含硼樣品中的陽離子，判斷含硼樣品陽離子采用純水基體分析的可行性，以提高分析效率，節約分析成本。

關鍵詞

電感耦合等離子體質譜儀;硼酸基體;純水基體;陽離子

中圖分類號： O657.63;TS213.3 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.042

為保證核電站一回路及其輔助系統的安全穩定運行，需定期對其水樣（含硼）進行分析，分析時采用硼酸基體做空白和繪制曲線，試劑配制耗時較長。核電站二回路及其輔助系統其水質均為除鹽水，采用純水基體分析，純水基體分析更為快捷，試劑配制耗時較短。若純水基體分析方法可以滿足含硼基體樣品的分析需求，可以減少了相關標準點試劑的配制、硼酸配制等，共用一條標準曲線，可大幅度提高分析效率。本次研究使用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）分別在純水基體和硼酸基體中測定含硼樣品中鈉、鎂、鋁、鈣元素，用單因素方差分析（P-value）對比兩種基體下的分析結果，驗證含硼樣品使用純水基體分析方法的可行性。

1 實驗部分

1.1 主要儀器

1）iCAP RQ電感耦合等離子體質譜儀：型號iCAP RQ00699，經計量檢定;

2）實驗中所用到的計量器具均經計量檢定。

1.2 主要試劑及和標準工作液

1）鈉、鎂、鋁、鈣（A標準）：國家標準物質中心，均為1000mg/L，用于標準曲線繪制;

2）鈉、鎂、鋁、鈣（B標準）：默克標準物質，均為1000mg/L，用于質控驗證;

3）HNO3：60% GR級;

4）氬氣：鋼瓶氣，純度99.999%。

1.3 標準溶液的配制和工作曲線的繪制

1.3.1 5000mg/L硼酸母液的配制

稱取28.61g（精確至0.01g）核級硼酸固體，用高純水將硼酸固體溶解于500mL的專用玻璃燒杯中攪拌均勻后轉移至1000mL專用容量瓶中定容至刻度，移至專用試劑瓶內存儲備用。

1.3.2 中間標準溶液的配制

ICP-MS可以同時測定多種元素的能力，根據測試，水中金屬元素可以按下列組合進行測定，而彼此間不會產生干擾。

A中間工作混合標準溶液：Na、Mg、Al、Ca;

B中間校驗混合標準溶液：Na、Mg、Al、Ca。

1）四元工作儲存標準;

用移液槍分別移取2.00mL Na、Mg、Al、Ca ?A標準溶液母液于1000mL潔凈專用容量瓶中，加入1.00mL60%硝酸（UP），用高純水稀釋至刻度，配制成含2.00mg/L Na、Mg、Al、Ca四元工作儲存標準，移至專用試劑瓶內存儲備用。

2）四元校驗儲存標準;

用移液槍分別移取2.00mL Na、Mg、Al、Ca B標準溶液母液于1000mL潔凈專用容量瓶中，加入1.00mL60%硝酸（UP），用高純水稀釋至刻度，配制成含2.00mg/L Na、Mg、Al、Ca四元校驗儲存標準，移至專用試劑瓶內存儲備用。

1.3.3 標準工作點的配制

1）A工作混合標準溶液（純水體系）

用移液槍移分別取0.50mL、1.00mL、2.00mL、2.50mL四元工作儲存標準置于100mL潔凈專用容量瓶中，定容至刻度線，搖勻，配置成10μg/L、20μg/L、40μg/L、50μg/L標準樣品;

2）B校驗混合標準溶液（純水體系）

用移液槍移取1.00mL四元校驗儲存標準置于100mL潔凈專用容量瓶中，用高純水定容至刻度線，搖勻，配置成20μg/L校驗樣品;

3）A工作混合標準溶液（500mg/L硼酸體系）

用移液槍移取0.50mL、1.00mL、2.00mL、2.50mL四元工作儲存標準，并分別加入10mL 5000mg/L硼酸母液置于100mL潔凈專用容量瓶中，定容至刻度線，搖勻，配置成10μg/L、20μg/L、40μg/L、50μg/L含硼標準樣品;

4）B校驗混合標準溶液（500mg/L硼酸體系）

用5.00mL移液槍移取1.00mL四元校驗儲存標準，10mL 5000mg/L硼酸母置于100mL潔凈專用容量瓶中，用高純水定容至刻度線，搖勻，配置成20μg/L含硼校驗樣品;

5）實驗條件

儀器采用冷焰分析模式（CP）：

工作氣體流量：14L/min;霧化器流量：1.03L/min;射頻功率：550W;測量次數：5次;

6）標準曲線的繪制及校驗分析

試劑配制好后，待儀器穩定，按儀器工作條件，將空白樣品（水基空白為高純水、硼基空白為500mg/L硼酸水）、標準樣品依次吸入分別繪制純水基體標準曲線和硼酸基體（500mg/L）標準曲線，待線性相關系數均大于0.995后，分別將不同基體校驗樣品（QC）進行測量，校驗結果滿足實驗室質控曲線要求后，進行樣品分析。

1.4 分析步驟

1）樣品來源

樣品均取自核電站一回路主系統水，樣1取自1號機組一回路水（硼濃度約1011mg/L），樣2取自3號機組一回路水（硼濃度約513mg/L）。

2）樣品處理

為了防止過高的硼濃度堵塞霧化器，且與標準樣品（硼酸基體）硼濃度接近，保證基體相近，將樣1稀釋2倍后進行測量。

3）試樣分析

將樣1和樣2分別在純水基體標準曲線和硼酸基體（500mg /L）標準曲線中測量8次，得到相應結果。

2 結果分析與討論

根據樣品信號計數，從標準曲線中獲得樣品濃度值（μg / k g），回收率在90%～110%之間。

本研究采用單因素方差分析分別對兩個樣品每個元素進行判定，例如：對樣1中的鈉在兩種基體下的分析結果（各8個）進行P-value值計算。P-value表示觀測到的顯著水平，當P-value>0.05表示沒有顯著差異，置信度為：95%。

根據計算含硼樣品樣1和樣2在兩種基體中四種元素P-value值均大于0.05，即沒有顯著差異。說明含硼樣品既可以在純水體系中分析，也可以在硼酸基體中分析。一回路樣品（硼基）和二回路樣品（水基）分析均可以采用較為便捷的純水基體方法測量，減少了試劑配制耗時，且一、二回路樣品分析無須在純水基體和硼酸基體中切換，極大提高了分析效率。含硼樣品在純水基體中分析只需將樣品硼濃度稀釋至500mg/L左右，硼濃度小于500mg/L的樣品直接分析即可，分析結束后需用2%GR級硝酸對進樣管路進行清洗。