高钍体系中微量铀的ICP-MS法测定

杨丹丹，郭国龙，王春叶

(核工业北京化工冶金研究院，北京 101149)

从独居石矿石中提取铀过程中，用氢氧化钠溶液浸出铀，浸出液中含有铀、钍及磷、稀土等。对浸出液除杂，去除磷和稀土，得到富含钍和铀的碱浸渣。从碱浸渣中浸出铀，浸出液中钍、铀质量浓度分别为20、0.4 g/L左右，经过离子交换树脂吸附铀后的尾液中，钍质量浓度30～40 g/L，铀质量浓度20 mg/L，甚至更低。

铀的测定通常采用容量法、分光光度法、激光荧光法和电感耦合电离子体质谱法(ICP-MS)[1-7]。容量法和分光光度法的检出限高，需要试剂多，操作复杂。而电感耦合电离子体质谱法(ICP-MS)具有检出限低、动态线性范围宽、干扰少、精密度高、分析速度快、能够同时测定多种元素等优点[8]。目前，对于高钍体系中微量铀的测定，尚未见有相关报道。ICP-MS法虽然对体系中钍含量没有严格要求，但高含量钍会沾污仪器，对以后测定低含量钍带来干扰，要准确测定高钍体系中的微量铀，需要将钍与铀分离。试验采用CL-TBP萃淋树脂在5 moL/L盐酸体系中分离钍，以ICP-MS法测定高钍体系中微量铀，以满足高钍体系中铀的测定要求。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

仪器：NexION 350X四级杆ICP-MS仪，美国PE公司，工作参数见表1。

表1 ICP-MS仪工作参数

试剂：硝酸，盐酸，MOS级；试验用水均为高纯水。

CL-TBP萃淋树脂：75-120目，核工业北京化工冶金研究院。

1.2 萃淋树脂柱的制备

称取1 g CL-TBP树脂浸泡24 h后湿法装柱，用10 mL浓度为5 mol/L盐酸平衡后待用。

1.3 试验方法

移取一定体积待测溶液蒸发水分至近干，去除有机物，再用5 mol/L盐酸溶液1 mL溶解，溶解液转移至CL-TBP树脂柱吸附钍，然后用5 mol/L盐酸溶液10 mL淋洗萃淋树脂上的钍并将淋洗液弃去，控制淋洗速度1.0 mL/min。用12 mL水淋洗萃淋树脂上的铀至25 mL容量瓶中，定容，以ICP-MS法测定铀，以187Re为在线内标元素进行校正。

2 试验结果与讨论

2.1 铀与钍基体的分离

移取10 mL样品溶液于石英烧杯中，然后按试验方法处理溶液，以ICP-AES测定钍，ICP-MS法测定铀。结果表明：淋洗体积大于10 mL时，钍基本淋洗完全，而铀基本上不被淋洗。

钍被淋洗后，用水洗脱铀。10 mL水基本上能把铀淋洗下来。为了淋洗彻底，用12 mL水淋洗铀，然后定容至25 mL。

2.2 内标元素的确定

ICP-MS法测定过程中存在信号波动、基体效应等问题，可选用合适的内标元素加以校正补偿。分别以103Rh、115In、209Bi、187Re(质量浓度10 μg/L)为内标元素，对铀(质量浓度20 mg/L)进行测定，结果见表2。可以看出：103Rh、115In、209Bi、187Re都有很好的校正效果。考虑到内标元素的选择要符合尽量与待测元素质量数相近且样品中含量很低的原则，试验选择187Re作为测定铀的内标元素。

表2 内标元素的选择

2.3 校准曲线与相关系数

工作标准溶液铀质量浓度为0.0、0.1、0.2、1、5、10、20、40 μg/L，采用三通道蠕动泵，利用在线加内标法对工作标准溶液进行测定，并绘制校准曲线。设置校准曲线通过零点，得到校准曲线方程为

y=0.129x，相关系数r=0.999 992。

2.4 方法加标回收率

进行加标回收试验以验证方法的可行性。待测样品中加入0.1 mL质量浓度为100 mg/L的铀标准溶液，与样品溶液一起上柱分离，然后以ICP-MS法测定，结果见表3。可以看出，铀加标回收率在96.4%～108%之间。

表3 加标回收试验结果

2.5 方法精密度

按试验方法进行6次平行试验，根据测定结果计算相对标准偏差，结果见表4。可以看出，方法的相对标准偏差为2.73%，精度较高。

表4 方法精密度试验结果

2.6 方法检出限

按最优条件和仪器参数，对试剂空白连续测定11次，并计算标准偏差s，3倍标准偏差对应的浓度计算方法检出限，结果见表5。可以看出，方法检出限为6.0 ng/L。

表5 方法检出限

3 结论

用CL-TBP萃淋树脂吸附待测溶液中的铀和钍，然后用盐酸溶液淋洗钍，用水洗脱铀，可以将钍与铀分离。洗脱液中的铀以ICP-MS法测定，加标回收率为96.4%～108%，相对标准偏差2.73%，检出限6.0 ng/L。方法准确可靠，可以满足高钍体系中微量铀的分析要求。