电感耦合等离子发射光谱法测定核电设备冷却水中的痕量硼①

2018-07-11，,

中国核电 2018年2期

　，,　

(海南核电有限公司，海南　昌江　572733)

核电厂中设备冷却水系统(RRI)是设置在核岛设备和海水之间的一个闭式循环回路系统，该系统向核岛内各热交换器提供冷却水，并将其热负荷通过重要厂用水系统(SEC)传到海水中。当核电厂含放射性水质通过热交换器向设备冷却水系统发生泄漏时，需查找泄漏来源，并进行隔离，以防止放射性水质扩散导致设备和人员沾污。

由于核岛放射性水质中通常含硼，当含放射性水质向设备冷取水系统泄漏时，准确分析出设备冷却水系统(磷酸盐-铁基体)中痕量硼的变化趋势，对于查找确定泄漏点有较大帮助。

本文应用电感耦合等离子发射光谱(ICP-OES)分析技术，研究了设备冷却水系统中痕量硼测定时分析谱线及各项分析参数选择，并对分析的准确度进行了试验。

1　实验仪器及试剂

· ICP7400电感耦合等离子发射光谱仪生产厂家：珀金埃尔默(上海)有限公司;

· 硼标准溶液：1 000 mg·L-1,优级纯，生产厂家：默克集团密理博有限公司;

· 铁标准溶液：1 000 mg·L-1,优级纯，生产厂家：默克集团密理博有限公司;

· 十二水合磷酸三钠：分析纯，生产厂家：国药集团化学试剂有限公司。

2　仪器分析条件选择

2.1　分析谱线选择

核电厂设备冷却水系统水质中磷酸盐含量：100～500 mg/L；铁含量：0～5 mg/L。利用ICP-OES分析痕量硼，在选择硼分析谱线时应考虑水质基体影响，遵循所选分析谱线灵敏度高、干扰少原则[1]。在硼谱线库中选定四条谱线：B208.893 nm；B208.959 nm；B249.678 nm； B249.773 nm，用四条谱线对硼含量为500 μg/L水溶液进行扫描，比对四条谱线的信背比，最终选定信背比最高的B249.773 nm作为最终分析谱线，信背比结果见表1。

表1　四条谱线扫描500 μg/L硼溶液时的信背比结果

2.2　仪器最佳分析参数

利用ICP-OES分析痕量硼时，影响仪器分析性能的主要参数有高频发生器功率、辅助气流量、雾化气流量、分析泵速。试验模拟设备冷却水出现放射性水质泄漏情况，即配制磷酸盐300 mg/L+铁含量1 mg/L+硼含量500 ug/L溶液，以B249.773 nm作为分析谱线，以信背比作为仪器灵敏度指标，研究4个分析参数的最优值。

2.2.1高频发生器功率选择

高频发生器功率的大小影响等离子体温度以及离子化的程度，从而改变灵敏度和精确度。试验结果显示当高频发生器功率增大时,背景信号和峰值信号都随之增大，但信背比随之下降，所以本法选定高频发生器功率为950 W，具体结果见表2。

表2　信背比随高频发生器功率的变化Table 2　The changes of SBR varies with the high frequency generator power

2.2.2辅助气流量选择

辅助气给等离子体提供电离气体，其流量影响等离子体温度以及离子化的程度。ICP7400辅助气流量有0.5 L/min、1.0 L/min、1.5 L/min三种模式可选择。利用三种辅助气流量测定上述混合溶液的信背比，具体数值见表3。结果表明：随着辅助气流量增加，背景信号和峰值信号随之减弱，但信背比增加，因此辅助气流量选定为1.5 L/min。

表3　信背比随辅助气流量变化Table 3　The changes of SBR varies with the auxiliary air flow

2.2.3雾化气流量选择

雾化气流量决定氩气通过雾化器的速度，影响样品引入的速度和雾化的均匀性。试验结果表明：随着雾化气流量增加，背景信号与峰值信号都先增强后减弱。当雾化气流量为0.75 L/min时，信背比最大。因此辅助气流量选定为0.75 L/min，具体数值见表4。

表4　信背比随雾化气流量变化Table 4　The changes of SBR varies with the atomization gas flow

2.2.4分析泵速选择

分析泵速决定仪器分析时的进样速度，进样速度过快或过慢都将影响仪器分析时的灵敏度。试验结果表明：随着分析泵速增加，背景信号随之减小，峰值信号波动范围较小。信背比先增加，随后趋于稳定，当分析泵速75 r/min，信背比最大。因此分析泵速选定为75 r/min，具体数值见表5。

表5　信背比随分析泵速变化Table 5　The changes of SBR varies with the analysis pump

2.3　基体干扰

以B249.773 nm作为设备冷却水质(磷酸盐-铁基体)的分析谱线时,溶液中磷酸盐和铁基体对硼的分析有增强效应。随磷酸盐浓度升高，分析硼时的信背比随之增强；随铁浓度升高，硼的信背比现先增高，之后趋于稳定，具体分析结果见表6。

表6　磷酸盐和铁基体对硼测定的影响Table 6　The influence of phosphate matrix and iron matrix on boron determination

在分析设备冷却水中硼含量时，需消除磷酸盐和铁基体的影响。由于设备冷却水中磷酸盐和铁变化量较大，若采用基体匹配法消除基体干扰，则每次需测定水质中磷酸盐和铁含量，并按相应含量配制含硼标准曲线，整个过程耗时较长。本文采用操作较为简便的标准加入法来消除基体干扰，即称取同一份样品数份，分别加入不同浓度的硼标准溶液，以加入的标准溶液浓度为横坐标，对应的峰值信号为纵坐标，并对绘制好点的标准曲线进行外推，其与横坐标交点即为待测溶液中的硼浓度，以此消除样品溶液磷酸盐和铁基体对于硼测定的干扰。