测定铀铌合金中铀含量的同位素稀释质谱法
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002] 本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种测定铀铌合金中铀含量的同位素稀释质 谱法。
[0003]
【背景技术】
[0004] U-Nb合金的化学组分对合金性能有很大影响，因此准确测定其化学组分是U - Nb合金工艺过程必不可少的质量监控步骤。U-Nb合金化学组分包括U、Nb和杂质元素含 量。其中Nb含量一般应用发射光谱法或X射线荧光光谱法进行测定，金属杂质元素应用发 射光谱法进行测定，而非金属杂质元素应用元素分析仪进行测定。近年来，随着质量监控的 日趋严格，以及核材料物料衡算的要求，U-Nb合金中基体U含量的测定越来越受到重视。常 见的光谱法测量技术，因为铀的谱线易受干扰，不适合于铀铌合金中铀含量的测量，其它化 学分析技术，因为牵涉到铀和铌以及其它杂质的定量分离，化学处理过程相当繁琐。
[0005]
【发明内容】
[0006] 为了克服现有技术领域存在的上述技术问题，本发明的目的在于，提供一种测定 铀铌合金中铀含量的同位素稀释质谱法，检测结果可靠。
[0007] 本发明提供的测定铀铌合金中铀含量的同位素稀释质谱法，包括以下步骤： (1) 主要仪器和试剂：MI1201型热电离质谱计(乌克兰SELMI公司）；分析天平(分辨力 0,01mg);涂样加热装置(质谱计配套专用，0?3. OA加热电流可调）；电热板（2000W，功率 可调）;铀同位素稀释剂(硝酸铀酰（U02 (N03) 2)溶液，铀的质量分数为0. 59065%，同位素 丰度：234U :1. 2367、235U :88. 1540、236U :0· 4346、238U :10· 1747)，实验室自制；硝酸（AR); 氢氟酸（AR);过氧化氢（AR)。石英玻璃烧杯（5mL);聚四氟乙烯烧杯（50mL);微量移液器 (1 μ L);灯丝插件（Re带，质谱计专用）； (2) 测定方法：铀铌合金的铀同位素丰度比测定：称取约适量铀铌合金试样于石英玻 璃烧杯中，加入适量7mol/L硝酸，再加入2?3滴过氧化氢，加热溶解完全，蒸至近干；力口 入一定量的〇. lmol/L硝酸，将其配制成含铀约5mg/mL的硝酸铀酰试样溶液；将灯丝插 件置于涂样加热装置上，移取1 μ L试样溶液，滴在灯丝上，加热使其转化为橘红色的三 氧化铀（U03)，将灯丝插件装盘后转入质谱计离子源；抽仪器系统真空，待离子源真空压 强小于lX10-4Pa，分析管道真空压强小于lX10-5Pa，向质谱计液氮冷阱注入液氮；升 高电离带电流至5. 5A左右，使187Re +离子流强度为0. 3V±0,01V ;再缓慢升高蒸发带 电流至2A±0. 1A，使238U +离子流强度为5V±0,1V左右，调节质谱计聚焦参数，使峰形 最佳，并使离子流信号强度较为稳定；应用多个法拉第杯接收器同时接收测量234U十、 235U +、236U +和238U +离子流强度，由仪器自动给出铀铌合金试样的铀同位素丰度比值 n (234U) / n (238U)、n (235U) / n (238U)、n (236U) / n (238U)，再根据比值计算出 相应的同位素丰度；混合试样溶液制备及其同位素丰度比测定：称取约IOOmg铀铌合金试 样(精确确至〇. Olmg)于聚四氟乙烯烧杯中，加入一定量7mol/L硝酸，置于电热板上加热溶 解完全，再加入2?3滴氢氟酸至溶解完全；使用减重法称取适量铀同位素稀释剂(精确至 0,01mg)，加入试样溶液中；再加入适量7mol/L硝酸，加热至近干，制备成混合试样；加入一 定量的0. lmol/L硝酸于混合试样中，将混合试样配制成含铀约5mg/mL的硝酸铀酰溶液；同 样，应用热电离质谱法，按铀铌合金的铀同位素丰度比测定中后续同样的质谱分析步骤测 量混合试样溶液的铀同位素丰度比值n (235U) / n (238U); (3)由公式
【主权项】
1. 一种测定铺魄合金中铺含量的同位素稀释质谱法，其特征在于：所述方法包括w下 步骤： (1) 主要仪器和试剂；MI1201型热电离质谱计(乌克兰SEliO公司）；分析天平(分辨力 0,01mg);涂样加热装置(质谱计配套专用，0?3. 0A加热电流可调）；电热板（2000W，功率可 调）；铺同位素稀释剂(硝酸铺醜（U化（N03) 2)溶液，铺的质量分数为0. 59065%，同位素丰 度；234U;1.2367、235U;88. 1540、236U;0. 4346、238U;10. 1747)，实验室自制；硝酸（AR);氨氣酸 (AR);过氧化氨（AR)，石英玻璃烧杯（5血）；聚四氣己帰烧杯（50血）；微量移液器（1 y L);灯 丝插件（Re带，质谱计专用）； (2) 测定方法；铺魄合金的铺同位素丰度比测定；称取约适量铺魄合金试样于石英玻 璃烧杯中，加入适量7mol/L硝酸，再加入2?3滴过氧化氨，加热溶解完全，蒸至近干；力口 入一定量的0,1mol/L硝酸，将其配制成含铺约5mg/血的硝酸铺醜试样溶液；将灯丝插件 置于涂样加热装置上，移取1 y L试样溶液，滴在灯丝上，加热使其转化为橘红色的H氧化 铺（U化)，将灯丝插件装盘后转入质谱计离子源；抽仪器系统真空，待离子源真空压强小于 lXl(T 4Pa，分析管道真空压强小于IX 1(T中a,向质谱计液氮冷阱注入液氮；升高电离带电 流至5. 5A左右，使iwRe +离子流强度为0. 3V + 0. 01V ;再缓慢升高蒸发带电流至2A + 0. 1A， 使238U +离子流强度为5V + 0,1V左右，调节质谱计聚焦参数，使峰形最佳，并使离子流信号 强度较为稳定；应用多个法拉第杯接收器同时接收测量234U +、235U +、236U+和238U +离子流 强度，由仪器自动给出铺魄合金试样的铺同位素丰度比值n ( 234U) / n ( 238U)、n ( 235U) / n ( 238U)、n ( 236U) / n ( 238U)，再根据比值计算出相应的同位素丰度；混合试样溶液制备及 其同位素丰度比测定：称取约lOOmg铺魄合金试样(精确确至0,01mg)于聚四氣己帰烧杯 中，加入一定量7mol/L硝酸，置于电热板上加热溶解完全，再加入2?3滴氨氣酸至溶解完 全；使用减重法称取适量铺同位素稀释剂(精确至0,01mg),加入试样溶液中；再加入适量 7mol/L硝酸，加热至近干，制备成混合试样；加入一定量的0,1mol/L硝酸于混合试样中，将 混合试样配制成含铺约5mg/mL的硝酸铺醜溶液；同样，应用热电离质谱法，按铺魄合金的 铺同位素丰度比测定中后续同样的质谱分析步骤测量混合试样溶液的铺同位素丰度比值n ( 235。）/ n ( 238。）； (3 )由公式
得出U-Nb合金中铺含量。
【专利摘要】本发明公开了一种测定铀铌合金中铀含量的同位素稀释质谱法，根据同位素稀释质谱法原理，推导了铀铌合金中铀含量的计算公式。研究了铀铌合金的分解方法，优化了取样量和稀释剂用量，探讨了质谱谱线干扰和合金元素干扰对测量结果的影响。加入硝酸和氢氟酸定量溶解铀铌合金，再定量加入铀同位素稀释剂，直接制备成混合试样溶液，应用质谱法测定混合溶液、铀铌合金试样的铀同位素比，最后计算出铀铌合金中铀含量。确定的方法无需定量分离铀。为了对分析结果的准确性进行验证，应用XRF法、ICP-AES法和元素分析法测量铀铌合金中铌含量和杂质元素总量，反推得到相应的铀含量，其结果同实验方法的结果是一致的。对铀铌合金样品进行分析，测定结果的相对标准不确定度为0.2％（６次测定），扩展不确定度为0.5％（95％置信水平）。
【IPC分类】G01N30-06, G01N30-72
【公开号】CN104597174
【申请号】CN201310535057
【发明人】刘占向
【申请人】青岛齐力铸钢有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2013年11月4日