[发明专利]一种测定溶液中稀土钆离子浓度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及离子浓度的检测技术领域，具体涉及测定溶液中钆离子浓度的方法。

背景技术

稀土钆元素因为有着独特的4f电子层结构，因此，其主要被用于制备磁光材料，磁致冷材料，原子反应堆中子吸收材料，化学反应的催化剂，以及制造彩色电视机用的荧光粉和磷光体。由于钆离子具有一定的致癌性，因此需要保证水体系中钆离子的浓度在一定范围内，以防其对人体造成伤害，此时便需要对水体系中钆离子的浓度进行检测分析。同时一些用到含钆化合物的特殊的场合，也可能需要对溶液体系中钆离子的浓度进行测定。

目前，溶液中稀土钆离子浓度的常用测定方法有草酸盐重量法、EDTA滴定法和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）。以上方法均有一定的不足之处：草酸盐重量法以及EDTA配位滴定法操作步骤繁琐，测试周期长，达不到快速检测分析的目的且草酸盐重量法成本较高；ICP-MS方法对样品的前处理要求苛刻，且要求待测溶液中钆元素含量在ppt-ppb数量级，因此高浓度样品需经多次稀释，但此过程易产生较大误差，影响分析结果。基于以上原因，建立一种快速、准确测量稀土离子的方法有着重要的意义和价值。

发明内容

基于以上研究现状，本发明目的是为了提供一种利用低场核磁共振技术测定溶液中钆离子浓度的方法。

本发明包括以下步骤：

1）制作敏感区域内含有钆离子的溶液中氢质子的横向弛豫速率1/T₂与Gd³⁺浓度的线性关系：配置Gd³⁺的浓度为1×10^-5～1×10^-1mol/kg的至少三种不同钆离子浓度的溶液，利用低场核磁共振分析仪中的自由感应衰减信号（FID）序列对标准油样进行测量，调节仪器共振中心的频率、90°脉冲的时间后。采用CPMG序列进行扫描，得到不同Gd³⁺浓度的横向弛豫时间T₂，建立Gd³⁺浓度溶液中氢质子的横向弛豫速率1/T₂与Gd³⁺浓度的标准曲线换算方程：Y=kX+b，其中Y为横向弛豫速率，X为Gd³⁺浓度的浓度，k为标准曲线的斜率，b为标准曲线在Y轴上的截距；

2）采用CPMG序列进行扫描，对待测样品溶液中的氢质子的横向弛豫速率1/T₂进行测定；

3）将待测样品溶液中的氢质子的横向弛豫速率1/T₂代入建立的Gd³⁺浓度溶液中氢质子的横向弛豫速率1/T₂与Gd³⁺浓度的标准曲线换算方程中，计算取得待测样品溶液中稀土钆离子的浓度。

在步骤1）含有钆离子的溶液可以为六水合氯化钆（GdCl₃·6H₂O）溶液、甲基丙烯酸钆（Gd(MAA)₃）溶液等含有钆离子的溶液。

本发明工作原理：低场核磁共振技术（场强小于0.5T）是根据样品中氢原子核在磁场中的共振特性以及其产生的信号特点来检测样品中含氢物质分布和含量的分析测试手段。低场核磁共振分析测试技术按照检测信号的差异分为基于信号幅值、图像（信号二维分布）、弛豫时间、扩散系数的分析检测四个方面。顺磁稀土离子钆离子（Gd³⁺）会在原子核磁矩附近形成很强的局部磁场，从而影响氢原子核的弛豫过程，使其横向弛豫时间大幅度减小、共振信号幅度增强。因此可以根据顺磁稀土钆离子溶液中氢质子的横向弛豫速率与钆离子浓度的关系快速检测出溶液中钆离子浓度。

本发明操作简单、准确度高，可实现快速检测和定量分析。

另外，如有其它顺磁稀土离子的存在会影响溶液中氢质子的横向弛豫速率，干扰判定Gd³⁺对溶液中氢质子的横向弛豫速率影响的准确性。因此为了确保检测更加准确，在步骤1）中各溶液中不含有除Gd³⁺外的其它顺磁稀土离子。

在步骤1）中钆离子浓度的溶液中的溶剂为含有氢质子，且可溶解Gd³⁺的溶剂。本发明是利用低场核磁共振技术检测样品溶液中氢质子的横向弛豫速率，若溶剂中不含氢质子无法检测，且若Gd³⁺不溶解在溶剂中，其无法影响溶液中氢质子的横向弛豫速率，因此不能准确定量判断出Gd³⁺浓度对溶液中氢质子横向弛豫速率的影响。