多接收电感耦合等离子体质谱在单个铀颗粒物分析中的应用研究

为准确地获取单个铀颗粒物中具有核保障监督和核取证意义的铀同位素组成信息和~(230)Th/~(234)U比值,本研究基于多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS),建立了不同粒径铀颗粒物中铀同位素比值的测量方法和不经化学分离纯化流程的~(230)Th/~(234)U分析技术。在评估铀钍本底的基础上,采用外标法校正同位素的质量分馏效应,进样0.40 ng/g的天然铀工作溶液跳峰测量离子计数器检测效率,使用已知铀钍比例的标样校正铀钍响应差异,完成分析方法的不确定度评估。结果表明,化学处理过程引入的~(238)U和~(232)Th分别小于8×10~(-5)ng和1.5×10~(-3)ng,MC-ICP-MS对粒径0.5~5.0μm铀颗粒物中~(235)U/~(238)U测量的相对扩展不确定度3.6%(k=2),主要来自本底扣除引入的不确定度和B类不确定度;对粒径5μm铀颗粒物中~(235)U/~(238)U测量的相对扩展不确定度0.2%(k=2),主要来自法拉第杯检测器对弱信号测量的不确定度;对更大粒径铀颗粒物中~(234)U/~(235)U和~(236)U/~(235)U测量的相对扩展不确定度分别小于3.5%和3.8%(k=2),主要来自B类不确定度。不经铀钍分离纯化流程,MC-ICP-MS可测得粒径几十微米铀颗粒物中~(230)Th/~(234)U比值信息,并诊断浓缩铀颗粒物生产年龄。     

激光烧蚀-多接收电感耦合等离子体质谱法测定铀颗粒物中铅杂质的同位素比值

为有效获取铀颗粒物中具有取证价值的铅杂质同位素信息,建立了激光烧蚀-多接收电感耦合等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)测定铀颗粒物中铅杂质同位素比值的方法.探究了诸多同位素分馏效应校正方法下铅本底对同位素测量的影响,选用的LA-MC-ICP-MS系统的本底对比值测量结果的影响小于0.001(208Pb的信号强度大于2.2× 103 cps),确定采用NIST SRM612为外标校正质量分馏,固定激光束斑直径30μm、脉冲重复率20 Hz、调节能量密度使LA-MC-ICP-MS分析NIST SRM612和铀颗粒物样品所得208Pb分别小于1.5×105 cps和3×104 cps,标准物质CRM124-4样品中206Pb/208Pb、206Pb/207Pb和207Pb/208Pb比值测量结果的相对实验标准不确定度小于0.48％、0.68％和0.40％.实际样品分析结果表明,本方法可有效区分铀颗粒物中的铅同位素比值差异,有助于鉴别其来源.     

植物样品中低水平铀同位素分析

建立了一种植物样品中痕量铀同位素(~(238)U、~(235)U和~(234)U)的分析方法。通过高温灰化去除植物样品中有机质,采用混合酸消解样品灰分,应用UTEVA萃取色谱分离和纯化铀。化学分离过程中铀的回收率达94%,对Na、K、Ca等基体和干扰元素的去除率超过99%。用高灵敏度ICP-MS/MS同时测定了3种天然铀同位素含量,对~(238)U、~(235)U、~(234)U的检出限分别为3.05、0.34和0.04 pg/g,其中对~(238)U和~(235)U的检出限比文献报道值低1个数量级。对小麦粉标准参考物质中~(238)U的分析结果与参考值吻合,表明本分析方法可靠。将本方法应用于中国西安地区植物样品中铀同位素的分析,结果表明,该地区植物中铀含量和铀同位素比值处于天然水平,未发现人为铀污染。这是中国植物样品中3种天然铀同位素水平的首次调查。     

X射线荧光法测定天然铀产品中铀含量的不确定度评定

利用X射线荧光法测定天然铀产品中铀含量,对测定结果的不确定度进行评定.建立了数学模型,分析了不确定度来源,计算合成标准不确定度和扩展不确定度.结果表明,标准曲线拟合、测量重复性、天平称量和标准样品量值对测定结果影响较大,当样品中铀的质量分数为84.736％时,其扩展不确定度U=0.078％(k=2).     

同位素稀释-液相色谱-电感耦合等离子质谱(ICP-MS)法测定大米中的甲基汞

目前国标方法GB 5009.17—2021测量样品中甲基汞(含量≤0.1 mg/kg)的精密度为20%、定量限为0.02 mg/kg,对于定量限以下的样品检测存在困难;为了能精确地测量国家食品安全检测领域关注的甲基汞污染物,通过在样品中加入同位素稀释剂后以GB 5009.17—2021国标方法进行样品前处理,以液相色谱分离出汞形态,用ICP-MS检测同位素比值,考虑质量歧视效应后以同位素稀释质谱法定量,建立了同位素稀释-液相色谱-电感耦合等离子质谱法测定大米样品中甲基汞含量的方法。当样品中甲基汞含量在0.01~0.03 mg/kg时,方法的精密度为0.3%~22.8%,不确定度U为0.002~0.004 mg/kg,k=2。以鱼肉中总汞与甲基汞成分分析标准物质(GBW10029)作为质控样,测定得到三种大米样品中甲基汞含量(以Hg计)分别为(8±2)、(24±3)、(19±4) ng/g,经过不确定度评估后表明方法的准确度较高;质控样(GBW10029)甲基汞的证书值(以Hg计)为 (0.84±0.03) mg/kg,而测量结果为(0.83±0.08) mg/kg,对质控样的测量结果说明该方法可靠;同位素稀释法将浓度的测量转换成同位素的丰度比的测量,可避免前处理过程带来的误差,同位素稀释与质谱结合可用于大米中甲基汞的高精度分析。     

铀矿石中铀测量结果的不确定度评定

分析了容量法测定铀矿石中铀含量测量不确定度的影响因素。对样品质量、滴定样品溶液消耗的钒酸铵溶液的体积、钒酸铵对铀的滴定度等不确定度分量进行了分析和计算。铀矿石中铀含量为0．427％时，测量结果的扩展不确定度为0．020％。     

人工放射性核素236U的分析方法进展及其应用

铀-236是一种重要的人工放射性核素, 是三种天然铀同位素之外可以应用在环境示踪、核应急、核取证以及核保障中的一种铀同位素. 人工²³⁶U主要是由核燃料²³⁵U经过中子照射后吸收中子产生, 因此, 不同“年龄”阶段核燃料中的²³⁶U和其他同位素的比值(指纹特征)截然不同. 同时不同反应堆类型中相应指纹特征也不尽相同. 通过监测核燃料、可疑核材料以及环境样品中不同²³⁶U/²³⁸U、²³⁶U/²³⁵U同位素比值等指纹特征即可确认反应堆运行状况、追溯核材料来源出处, 甚至可以开展放射性核污染物在环境中的迁移模拟等问题. 铀-236属于低丰度同位素, 其在核样品和环境样品中含量极低, 因此, 精确测定其同位素比值对²³⁶U在环境示踪、核应急、核取证以及核保障中的应用尤为重要. 本综述中, 作者总结了近年来痕量²³⁶U测定时样品前处理和检测分析技术的发展, 尤其着重于²³⁶U同位素比值的质谱检测技术的发展, 以及²³⁶U在核保障和环境中的示踪应用的研究进展. 最后, 对痕量²³⁶U检测和应用方面的研究提出展望.     

土壤及蔬菜中微量汞的同位素稀释电感耦合等离子体质谱测定

建立了微波消解电感耦合等离子体质谱同位素稀释(ID/ICP-MS)测定微量汞的方法。考察了仪器参数及测量条件对汞同位素比值RHg(202Hg/200Hg)测量的影响,根据同位素比值测量误差的传递因子优化了富集同位素稀释剂(202Hg98%)的加入量,并以铊同位素比值(205Tl/203Tl)作为RHg(202Hg/200Hg)测量时发生质量歧视效应的校正因子;通过反同位素稀释法标定了富集汞同位素稀释剂的浓度。利用所建立的ID/ICP-MS方法测定了杨树叶(GBW07604)和湖积物(GBW07423)2种标准参考物中汞的含量,回收率分别为112%和100%。该方法具有准确度高、精密度好等优点,且样品前处理简便,适用于土壤及蔬菜等样品中微量及痕量汞的准确测定。     

双波长分光光度法直接测定矿石中的铀

本文应用铀-5-Br-PADAP-氟离子-氯化十六烷基吡啶四元配合物体系双波长等吸收点法,使干扰组分在所选取的两个波长处的吸光度差等于零,从而消除了干扰组分对铀测定的影响,确定了不经分离直接测定矿石中铀的方法。方法简便、快速,准确度高。实验部分 1.主要试剂和仪器: 标准铀溶液:由基准U_3O_8配成20μg U/ml(1:4 HC1液)。混合配合剂:1.5％ NaF-3.0％CyDTA-1.5％酒石酸-0.25％EDTA溶液(1％氢氧化钠介质)。混合显色剂:0.05％     

环境样品中铀的HR-ICP-MS测定

高分辨电感耦合等离子体质谱法(HR-ICP-MS)是痕量元素分析的有效手段。本文采用HR-ICP-MS对环境样品(土壤、底泥、茶叶、地表水)中铀浓度和同位素比值进行了测定。土壤、底泥、茶叶样品采用微波消解法进行溶解;水样采用45μm滤膜过滤后直接测定。实验对样品制备、仪器参数设定、记忆效应消除、质量歧视效应修正等进行了探索,建立了环境样品中痕量铀浓度和同位素比值测定方法。土壤制样过程中铀的加标回收率为97.7%,铀检出限0.51ng·L~(-1)。     

解密铀元素

简介了铀元素的发现历史、基本核性质、独特的电子结构以及相关的配位化学性质;同时,还介绍了铀元素在核燃料、分子催化、单分子磁体、超导等方面的应用。     

赝势平面波计算铀及铀化合物结构研究

Ultrasoft pseudopotential was generated for uranium and the plane waves pseudopotential formalism was used to study its crystal structures at zero temperature as a function of pressure. The alpha phases of uranium were fully relaxed. The zero-pressure zero-temperature equilibrium volumes and bulk moduli are consistent with previous calculations, and in excellent agreement with the experiment. This is also the case for cell parameters and pressure-induced phase transitions. In the calculation of NaCl and CaF2 structure type of compound of uranium, the difference of theoretical lattice constant and the experimental value is less than 3%. For UO2+x the trend of the lattice shinking with the x value increase is in accord with the experiment. For large U2C3 and U2N3 complex cells the difference of theoretical lattice constant and the experimental value is less than 3%, and the difference of coordination of atom is less than 5%.     

Salicylate of Uranium

The reactions of uranium pentaethoxide with salicylic acid have been carried out in different stoichiometric ratios, yielding products of the type, U(OEt)₃(C₇H₄O₃), U(OEt)(C₇H₄O₃)₂, U(C₇H₄O₂)₂(C₇H₄O₃), and U₂(C₇H₄O₃)₃. A detailed study of the complexation reactions of uranyl ion with salicylic acid have also been made by potentiomertic and conductometric methods. The formation of 1:1 and 1:2 complexes have been confirmed by preparative studies. Two compounds, viz. (C₅H₆N)₂UO₂(C₇H₄O₃)₂ (NH₄)₂UO₂(C₇H₄O₃)₂ have been isolated.     

阴极溶出伏安法测定含铀废水中的痕量铀

采用新型自动伏安极谱仪对含铀废水中的痕量铀进行测定。用浓硝酸和双氧水处理废水试样,以氯冉酸为铀络合剂,5 mmol/L的氯冉酸用量为0.1 mL;试液的pH值调节为2.4~2.6。以悬汞电极为工作电极,以微分脉冲为测定模式,标准加入法进行定量分析。在优化的实验条件下,方法的检出限为0.076 ng/mL,实际样品的加标回收率在80%~105%之间,测定结果的相对标准偏差为5.2%(n=6)。该方法操作简便,重现性好,试样用量少,可用于含铀废水中痕量铀的快速测定。     

Atomistic Model of Uranium

The electronic state and potential data of U₂ molecules are performed by first principle calculations with B3LYP hybrid exchange-correlation functional, the valence electrons of U atom are treated with the (5s4p3d4f)/[3s3p2d2f] contraction basis sets, and the cores are approximated with the relativistic effective core potential. The results show that the ground electronic state is X⁹∑⁺_g . The pair potential data are fitted with a Murrell-Sorbie analytical potential function. The U-U embedded atom method (EAM) interatomic potential is deter-mined based on the generalized gradient approximation calculation within the framework of the density functional theory using Perdew-Burke-Ernzerhof exchange-correlation functional at the spin-polarized level. The physical properties, such as the cohesive energy, the lattice constant, the bulk modulus, the shear modulus, the sc/fcc relative energy, the hcp/fcc rela-tive energy, the shear modulus and the monovacancy formation energy are used to evaluate the EAM potential parameters. The U-U pair potential determined by the first principle calculations is in agreement with that defined by the EAM potential parameters. The EAM calculated formation energy of the monovacancy in the fcc structure is also found to be in close agreement with DFT calculation.     

低浓缩铀靶辐照后溶液中铀的化学种态及主要裂变元素的影响

利用化学种态分析软件CHEMSPEC计算了低浓缩铀靶辐照后溶液中铀(U)的化学种态分布及其主要裂变元素对U化学种态的影响。结果表明,在单组分体系中,pH值和铀酰浓度都会显著影响U的化学种态分布。随着铀酰浓度的增大,溶液中将会生成多核配合物;在较高的NO₃^-浓度下,U在溶液中主要以UO₂²⁺和UO₂NO₃⁺的形式存在。CO₂对不同浓度铀的种态分布影响结果表明,当铀酰浓度较低时,铀的化学种态多以碳酸铀酰的形式存在;当铀酰浓度较高时,铀的化学种态多以氢氧铀酰或柱铀矿沉淀的形式存在。计算发现,当裂片元素Tc、I、Mo的浓度小于0.01 mol·L^-1并分别以TcO₄^-、I^-、MoO₄^2-的种态存在时,这些裂片元素不改变铀的各化学种态的分布。