鈾及鈾合金中鋯、鈮、鐵、鎳、銅、錳含量的測定發射光譜法

白海香 袁翠宏 趙竹霞

摘 要：本方法通過對樣品的前處理、稱樣量的選擇、溶解方法的選擇、鈾分離方法的選擇、共存元素間的干擾試驗及精密度與加標回收實驗的考察，建立了電感耦合等離子體發射光譜法測定鈾及鈾合金中鋯、鈮、鐵、鎳、銅、錳含量的方法，本方法分離了鈾基體，避免了鈾基體對鋯、鈮、鐵、鎳、銅、錳的光譜干擾，本方法精密度良好，具備良好的穩定性。

關鍵詞：鈾及鈾合金;鋯含量;鈮含量;鐵含量;鎳含量;銅含量;錳含量;發射光譜法

1實驗部分

1.1方法原理

樣品經硝酸、鹽酸和氫氟酸分解，在稀硝酸介質下經二甲苯-磷酸三丁酯萃取分離大量的鈾后，在方法選定的電感耦合等離子體發射光譜儀測量條件下，以霧化進樣方式，用標準曲線法測得組分及雜質元素的含量。

1.2試劑或材料

1.2.1硝酸：優級純，（HNO3）=1.42g/mL，在亞沸蒸餾器中重蒸后使用。

1.2.2硝酸溶液：c（HNO3）=5.5mol/L，用硝酸（1.2.1）與水配制。

1.2.3鹽酸：優級純，（HCl）=1.19g/mL，在亞沸蒸餾器中重蒸后使用。

1.2.4鹽酸溶液：c（HCl）=6mol/L，用鹽酸（1.2.3）與水配制。

1.2.5混酸溶液：由鹽酸溶液（1.2.4）與硝酸（1.2.1）按體積比3：2配制。

1.2.6氫氟酸：（HF）=1.19g/mL。

1.2.7磷酸三丁脂：優級純。

1.2.8二甲苯：優級純。

1.2.9萃取劑：由磷酸三丁脂（1.2.7）與二甲苯（1.2.8）按體積比1：3配制。

1.2.10洗樣酸：硝酸（1.2.1）與去離子水按體積比1：3配制。

1.2.11無水乙醇。

1.2.12待測元素的國家標準溶液。

1.2.13系列標準溶液：將各待測元素國家標準溶液（1.2.12）按表1配制成系列標準溶液。

1.3儀器設備

1.3.1電感耦合等離子體發射光譜儀：型號Optima5300DV。

1.3.2電熱板：最高溫度350℃。

1.3.3電子天平：分度值為0.1mg。

1.3.4石英分液漏斗：60mL。

1.4儀器參數

儀器參數見表2：

1.5實驗方法

樣品處理：取約2g樣品于100mL燒杯中，經洗樣酸（1.2.10）加熱，直至出現金屬光澤，用去離子水沖洗三次，再用無水乙醇（1.2.11）清洗脫水，用電熱板（1.3.2）在140℃下烘干，備用。

空白試驗：隨同樣品做空白試驗。

樣品溶解：準確稱取樣品0.4000g，精確至0.1mg，置于石英燒杯中，加入3mL混酸溶液（1.2.5），置于電熱板（1.3.2）上，在230℃～260℃下加熱溶解。待樣品劇烈反應完全后，加入0.25mL氫氟酸（1.2.6），于230℃～260℃繼續加熱2min，樣品溶液呈亮黃色后取下，冷卻至室溫。用硝酸溶液（1.2.2）將試液全部轉入已加有20mL萃取劑（1.2.9）的石英分液漏斗（1.3.4）中，分三次清洗燒杯，每次約3mL，保證燒杯中的試液全部轉移入石英分液漏斗（1.3.4）中。振蕩分液漏斗30s后靜置10min，待分層完全后將水相轉移入100mL的容量瓶中，用硝酸溶液（1.2.2）分三次清洗分液漏斗內壁，將每次清洗的溶液全部轉移入容量瓶中，用硝酸溶液（1.2.2）稀釋至刻度，搖勻。在電感耦合等離子體發射光譜儀（1.3.1）上，在選定的工作參數和程序下，依次測定系列標準溶液2（1.2.13）、空白溶液和樣品溶液，用標準曲線法測定鋯、鈮、鐵、鎳、銅、錳元素的含量。

2結果與討論

2.1樣品的前處理

鈾及鈾合金樣品為車屑樣品，車削后，合金表面夾帶著車床上的油污與其它雜質，直接檢測會極大程度的影響樣品的準確性，更有可能對檢測設備造成影響，沾污檢測設備，影響檢測結果。

根據鈾合金的前處理經驗，一般采用冷硝酸（1+3）浸泡或熱硝酸（1+3）加熱處理，出現金屬光澤后，再使用去離子水與無水乙醇進行清洗，之后晾干備用。在實驗過程中發現，熱硝酸（1+3）加熱處理金屬需要的時間短，清潔度高，故本方法中選擇熱硝酸（1+3）加熱處理。

2.2稱樣量的選擇

稱樣量太小，稱量誤差大，且受空白和儀器的波動影響較大;同時峰值太小，則光譜儀儀的靈敏度就會不夠。一般來說，適當的增加稱樣量，可以減少稱量誤差，但稱樣量太大，對樣品溶解增加了很大難度，并且組分元素的強度可能超過儀器的檢測范圍。在實際操作時，應該取代表樣品的最小稱樣量。在相同的檢測條件下，選擇不同的稱樣量做實驗，實驗結果得知，樣品稱樣量選擇大于0.4g時，結果的精密度均滿足要求，選擇滿足條件的最小稱樣量0.4g。

2.3溶解方法的選擇

鈾合金中含有鋯和鈮元素時，因為鋯和鈮屬于難熔金屬，所以能否全部溶解直接關系到測定結果的準確度。樣品不加氫氟酸時，用硝鹽混酸雖然能將樣品溶解，但是樣品溶液渾濁不清亮，并且結果偏低，這是由于樣品溶液中鋯和鈮水解導致的。氫氟酸對鈮和鋯有較強的絡合能力，它是溶解鋯和鈮的最佳溶劑。

在相同溫度下，用硝鹽混酸溶解，加入氫氟酸，在實驗過程中，發現氫氟酸加入量過少時，溶液渾濁，導致霧化器堵塞，給檢測帶來困難。氫氟酸加入量在3滴以上均能使鈮和鋯全部溶解，但是為了避免氫氟酸對石英炬管的腐蝕，選擇氫氟酸的最小加入量，即溶解樣品時加入3滴氫氟酸。

2.4分離方法的選擇

當測量溶液中含有一定量的鈾基體時，鈾元素會對被測元素有顯著影響，因此測量時應考慮將樣品中的鈾基體與待測元素充分分離，因此針對0.1g的鈾及鈾合金分別采用反相色層分離法和萃取分離法進行鈾分離測定比對，分別稱取0.1g同一樣品12份，分為兩組，一組溶解后采用高7cm的反相色層柱分離鈾;一組溶解后采用20 mL萃取劑萃取分離鈾后對樣品溶液中殘余的鈾量進行測定，計算鈾的萃取率。

由實驗得知，采用反相色層分離法和萃取分離方法萃取率相同，但由于色層柱較高不易清洗以及隨著分離次數的增加吸附鈾的效果明顯降低，因此采用萃取分離進行鈾及鈾合金中鈾的分離。

2.5共存元素間的干擾試驗

分別配制含有干擾元素的上限點（鈮和鋯含量為2%）和分析元素的下限點（雜質含量為20ug/g）的模擬樣品溶液，對鈮、鋯、鐵、鎳、銅、錳元素進行測定，通過各分析元素的測定結果與實際含量進行比對。

由實驗結果顯示，高含量Zr和Nb之間沒有干擾，高含量Zr和Nb對低含量Fe、Ni、Cu、Mn沒有干擾。

2.6精密度與加標回收實驗

分別稱取同一樣品24份，分為四組。第一組做為本底;第二組加入鈮、鋯元素的下限點0.2%、鐵、鎳、銅、錳元素下限的量;第三組加入元素鈮、鋯各2%、鐵、鎳、銅、錳元素下限的量;第四組加入元素鈮、鋯各2%、鐵、鎳、銅、錳元素5倍下限的量，樣品在相同的處理條件下進行測定，元素鈮和鋯的回收率及精密度實驗見表3，鐵、鎳、銅、錳元素方法下限的回收率及精密度實驗見表4，鐵、鎳、銅、錳元素五倍方法下限的回收率和精密度實驗見表5。

由表3、4、5的測量結果中可以得出，鈮和鋯的回收率在95%～105%之間，精密度均優于1%;鐵、鎳、銅、錳元素的平均回收率在 95%～103%之間，精密度均優于10%，滿足檢測要求。

3結論

通過對樣品的前處理、稱樣量的選擇、溶解方法的選擇、鈾分離方法的選擇、共存元素間的干擾試驗和精密度與加標回收實驗，建立了電感耦合等離子體發射光譜法測定鈾及鈾合金中鈮、鋯、鐵、鎳、銅、錳含量的方法，鈮和鋯的回收率在95%～105%之間，精密度均優于1%，鐵、鎳、銅、錳元素的平均回收率在95%～103%之間，精密度均優于10%，滿足檢測需求，本方法具備良好的穩定性。

參考文獻

[1] Kapulla H，Heine R，Experimental Results and Experience With the KfK-Tritium Calorimeter[J].Fusion Tedhnol，1992，28：1020～1025.