一种五氟化钽发射剂及其制备方法

1.本发明涉及同位素测量技术领域，更具体的说是涉及一种五氟化钽发射剂及其制备方法。


背景技术：

2.同位素测试技术因测试精度远超常规测试，被广泛应用在各个领域。随着对测试样品的要求越来越苛刻，而对测试结果的要求越来越高，如何用有限样品获得更强、更稳定的离子信号是同位素方法中的重点。
3.锶同位素是同位素体系中的重要组成，在地质定年、地球演化、环境监测、生物溯源、古气候重建、海平面重建等方面有广泛应用。现有技术中的同位素测试在满足测试精度和准确度要求的同时对锶的含量要求至少在微克量级(10-6
～10-7
g)，而对于纳克量级(10-9
g)测试的精度急剧下降，准确性也不再可靠。根本原因是在极低同位素含量时，很难电离出单一、稳定的高强度离子流，使得测试达不到满意的结果。即现有技术中的发射剂难以满足需求。
4.因此，如何提供一种满足纳克量级甚至更低含量样品的锶同位素测量要求的发射剂是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种五氟化钽发射剂溶液的制备方法使制得的产品满足纳克量级甚至更低含量样品的锶同位素测量要求。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种五氟化钽发射剂的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)称取tacl5粉末溶解于hf溶液中，然后加入hno3溶液、h3po4，最后加入高纯水混匀后得到发射剂溶液；
9.(2)将发射剂溶液通过离子交换树脂交换柱，收集滤液；
10.(3)向滤液中加入离子交换树脂，静置3-5d后去除离子交换树脂，得到纯化五氟化钽发射剂。
11.优选的，步骤(1)中所述tacl5、hf溶液、hno3溶液、h3po4的质量比为6：3：9：7。
12.优选的，步骤(1)中所述hf溶液浓度为22n，hno3溶液浓度为14n。
13.优选的，步骤(1)中所述高纯水电导率为18.2兆欧。
14.优选的，步骤(1)中加入的高纯水量以tacl5粉末计，使tacl5在混合液中浓度达到0.02g/ml。
15.优选的，所述离子交换树脂为sr-spec特效离子交换树脂。
16.此外，本发明还提供了采用上述方案制备得到的低锶本底值的五氟化钽发射剂。
17.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种五氟化钽发射剂及其制备方法，具有如下有益效果：
18.提供了一种新的五氟化钽发射剂溶液制备方法，能有效地满足纳克量级甚至更低含量样品的锶sr同位素测量要求，对于纳克级微量锶样品，无论采用标准锶溶液或是岩石粉末，在加入五氟化钽发射剂溶液的条件下，离子信号强度完全达到仪器的正常测量范围，同位素比值的测量结果落在标准物质的推荐值范围内。制得的五氟化钽发射剂溶液的锶本底值极低，将样品需求量降低了2～3个数量级，提高了灵敏度，对于很难获取或难于再现的样品分析提供了新的选择，有利于锶同位素测量技术在更广阔领域中的应用。
具体实施方式
19.下面将结合本发明的实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.实施例1
21.五氟化钽发射剂的制备：
22.(1)称取1.2g tacl5粉末溶解于0.6g 22n hf溶液中，然后加入1.8g 14n hno3溶液、1.4g h3po4，最后加入高纯水(18.2兆欧)至溶液体积60ml，混匀后得到发射剂溶液；
23.(2)将发射剂溶液通过通过装有sr-spec特效离子交换树脂(法国triskem公司)的交换柱，收集滤液；
24.(3)向滤液中加入sr-spec特效离子交换树脂(法国triskem公司)，静置3-5d后去除离子交换树脂后得到纯化五氟化钽发射剂。
25.实验例
26.五氟化钽发射剂锶本底值测量
27.吸取100微升纯化的taf5发射剂溶液，加入适量浓度已知的、高纯的
84
sr稀释剂，将混合溶液静置数天，以期达到稀释剂和发射剂之间的锶同位素平衡。
28.吸取2微升发射剂和稀释剂的混合溶液，转移至已去气干净的钨金属灯丝上，缓慢加热灯丝至灯丝显暗红色，随后采用热电离质谱计测量混合溶液的锶同位素组成。根据测得的
84
sr/
86
sr比值计算得到每微升发射剂溶液的锶本底值。
29.结果如下表1。
30.表1.二次纯化的五氟化钽发射剂溶液sr本底值测量结果
31.编号发射剂溶液
84
sr/
86
sr测量值sr本底计算值(皮克/微升)1二次纯化50.500.0222二次纯化51.900.0213二次纯化52.770.021平均值
ꢀꢀ
0.02
32.从3份重复测量结果得到，二次纯化的五氟化钽发射剂溶液的sr本底平均值为每微升0.02皮克(pg)。在热电离质谱计测量锶同位素比值时，每个样品所需发射剂溶液用量仅为1微升，因此，来自发射剂溶液的本底不会显著地影响全流程的sr本底值。
33.具体进行同位素测量实验，如下：
34.(一)微量样品的锶标准溶液测量
35.利用锶标准溶液(nist srmnbs 987)，开展纳克级样品锶同位素测量。在热电离质谱计测量锶同位素时，锶样品用量按2.5纳克、1纳克、0.1纳克进行试验。根据样品用量，吸取相应体积的nbs 987溶液测量。热电离质谱计测量锶同位素比值时，采用单灯丝结构钨金属带加热蒸发电离锶元素，结果如下表2所示。
36.表2.微量标准物质溶液(nbs 987)sr同位素测量结果
[0037][0038]
备注：每个样品的测量采集60-75次扫描；每个扫描采集时间4秒，静置1秒；标准物质nbs987的
87
sr/
86
sr参考值范围：0.710248
±
30。
[0039]
结果显示，测量过程中，锶离子信号强度高且稳定，测得的同位素比值精度和准确度满足测量需求。
[0040]
在2份锶用量为2.5纳克样品测量时，
88
sr离子信号强度可以到达8.4v和3.5v，测得的
87
sr/
86
sr比值为0.710265
±
1和0.710244
±
12，与标准物质的推荐值范围重合。
[0041]
在误差范围内，4份锶用量为1纳克样品重复测量值均与标准物质的推荐值范围重
合，其
87
sr/
86
sr比值范围在0.710237
±
9至0.710290
±
12之间。
[0042]
在误差范围内，6份锶用量为0.1纳克样品重复测量值也均落在标准物质的推荐值范围，其
87
sr/
86
sr比值范围在0.710204
±
19至0.710278
±
14之间。
[0043]
(二)标准岩石粉末(bcr-2玄武岩)纳克级锶同位素测量
[0044]
岩石标准粉末样品铅元素分离纯化在净化实验室完成，采用thermo fisher scientific公司triton plus热电离质谱计测量铅同位素比值。准确地称取适量的岩石粉末样品于7毫升的teflon闷罐中，加入200微升纯化14n hno3酸溶液，摇匀后加入2毫升纯化22n hf酸溶液，混合均匀后密闭加热一周左右，以充分溶解样品。
[0045]
结果如表3所示：
[0046]
表3.微量标准岩石粉末(bcr-2玄武岩)sr同位素测量结果
[0047]
[0048][0049]
备注：每个样品的测量采集60-75次扫描；每个扫描采集时间4秒，静置1秒；
[0050]
标准岩石粉末bcr-2的
87
sr
/86
sr参考值范围：0.704097-0.705035；
[0051]
序号1-2：0.10g溶样，取1/5分离纯化sr，稀释至2ppm；序号3-7：0.10g溶样，分离纯化sr，稀释至2ppm；
[0052]
序号8-11：0.09g溶样，取1/3分离纯化sr，稀释至2ppm；序号9-15：0.02g溶样，分离纯化sr，稀释至2ppm；
[0053]
序号16-17：0.10g溶样，取1/5分离纯化sr，稀释至2ppm；序号18-20：0.10g溶样，分离纯化sr，稀释至2ppm；
[0054]
序号21-25：0.09g溶样，取1/3分离纯化sr，稀释至2ppm；序号26-28：0.02g溶样，分
离纯化sr，稀释至2ppm。
[0055]
试验结果显示，不同方式获得的bcr-2玄武岩的锶溶液样品
88
sr离子信号强度大多数超过1v，且在测试过程中能够保持稳定的离子信号强度。2纳克和1纳克锶样品用量的测量结果基本一致，能够满足微量样品sr同位素比值测量要求。
[0056]
28份微量样品的重复测量结果均落在bcr-2玄武岩标准物质的推荐值的范围内(0.704097-0.705035)，测得的
87
sr/
86
sr比值变化在0.704923
±
25至0.705125
±
19之间，平均值为0.705036。
[0057]
对比例
[0058]
在相同配置和测量方法的情况下，对不加发射剂的标准溶液(nbs 987)进行了对比实验，sr样品用量分别为200纳克和10纳克。
[0059]
在实验过程中可以发现，将钨金属灯丝的电流强度升至3000ma左右，
88
sr离子信号强度可以到达1v左右，但极不稳定，且在2分钟内急剧衰减至1mv左右，继续升高电流强度至4500ma，信号强度基本上低于1mv，无法进行数据采集。
[0060]
采用钽金属灯丝、铼金属灯丝进行锶同位素测量的试验。结果发现，发射剂溶液+单带结构钽金属灯丝组合也可以应用于锶同位素比值测量，但效果明显低于发射剂溶液+单带结构的钨灯丝带组合。发射剂溶液+单带结构的铼灯丝带组合不能满足微量样品测量的要求。
[0061]
本发明的技术方案研发五氟化钽发射剂溶液的新的制备方法，制得的产品满足纳克量级甚至更低含量样品的锶同位素测量要求。
[0062]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0063]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。