[发明专利]测定铀铌合金中铀含量的同位素稀释质谱法

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）。

主权项

一种测定铀铌合金中铀含量的同位素稀释质谱法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：（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，0～3.0A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（UO2（NO3）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（1μL）；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；加入一定量的0.1mol/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1μL试样溶液，滴在灯丝上，加热使其转化为橘红色的三氧化铀（UO3），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1×10‑4Pa，分析管道真空压强小于1×10‑5Pa，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＋、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100mg铀铌合金试样（精确确至0.01mg）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0.1mol/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：得出U‑Nb合金中铀含量。