核电厂含硼样品阳离子在硼酸基体和纯水基体中分析结果差异性的研究（ICP-MS）

陈灯

摘 要

采用Thermo Fisher电感耦合等离子体质谱仪分别在硼酸基体和纯水基体中分析核电站一回路或辅助系统含硼样品中的阳离子，判断含硼样品阳离子采用纯水基体分析的可行性，以提高分析效率，节约分析成本。

关键词

电感耦合等离子体质谱仪;硼酸基体;纯水基体;阳离子

中图分类号： O657.63;TS213.3             文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.15.042

为保证核电站一回路及其辅助系统的安全稳定运行，需定期对其水样（含硼）进行分析，分析时采用硼酸基体做空白和绘制曲线，试剂配制耗时较长。核电站二回路及其辅助系统其水质均为除盐水，采用纯水基体分析，纯水基体分析更为快捷，试剂配制耗时较短。若纯水基体分析方法可以满足含硼基体样品的分析需求，可以减少了相关标准点试剂的配制、硼酸配制等，共用一条标准曲线，可大幅度提高分析效率。本次研究使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）分别在纯水基体和硼酸基体中测定含硼样品中钠、镁、铝、钙元素，用单因素方差分析（P-value）对比两种基体下的分析结果，验证含硼样品使用纯水基体分析方法的可行性。

1 实验部分

1.1 主要仪器

1）iCAP RQ电感耦合等离子体质谱仪：型号iCAP RQ00699，经计量检定;

2）实验中所用到的计量器具均经计量检定。

1.2 主要试剂及和标准工作液

1）钠、镁、铝、钙（A标准）：国家标准物质中心，均为1000mg/L，用于标准曲线绘制;

2）钠、镁、铝、钙（B标准）：默克标准物质，均为1000mg/L，用于质控验证;

3）HNO3：60% GR级;

4）氩气：钢瓶气，纯度99.999%。

1.3 标准溶液的配制和工作曲线的绘制

1.3.1 5000mg/L硼酸母液的配制

称取28.61g（精确至0.01g）核级硼酸固体，用高纯水将硼酸固体溶解于500mL的专用玻璃烧杯中搅拌均匀后转移至1000mL专用容量瓶中定容至刻度，移至专用试剂瓶内存储备用。

1.3.2 中间标准溶液的配制

ICP-MS可以同时测定多种元素的能力，根据测试，水中金属元素可以按下列组合进行测定，而彼此间不会产生干扰。

A中间工作混合标准溶液：Na、Mg、Al、Ca;

B中间校验混合标准溶液：Na、Mg、Al、Ca。

1）四元工作储存标准;

用移液枪分别移取2.00mL Na、Mg、Al、Ca  A标准溶液母液于1000mL洁净专用容量瓶中，加入1.00mL60%硝酸（UP），用高纯水稀释至刻度，配制成含2.00mg/L Na、Mg、Al、Ca四元工作储存标准，移至专用试剂瓶内存储备用。

2）四元校验储存标准;

用移液枪分别移取2.00mL Na、Mg、Al、Ca B标准溶液母液于1000mL洁净专用容量瓶中，加入1.00mL60%硝酸（UP），用高純水稀释至刻度，配制成含2.00mg/L Na、Mg、Al、Ca四元校验储存标准，移至专用试剂瓶内存储备用。

1.3.3 标准工作点的配制

1）A工作混合标准溶液（纯水体系）

用移液枪移分别取0.50mL、1.00mL、2.00mL、2.50mL四元工作储存标准置于100mL洁净专用容量瓶中，定容至刻度线，摇匀，配置成10μg/L、20μg/L、40μg/L、50μg/L标准样品;

2）B校验混合标准溶液（纯水体系）

用移液枪移取1.00mL四元校验储存标准置于100mL洁净专用容量瓶中，用高纯水定容至刻度线，摇匀，配置成20μg/L校验样品;

3）A工作混合标准溶液（500mg/L硼酸体系）

用移液枪移取0.50mL、1.00mL、2.00mL、2.50mL四元工作储存标准，并分别加入10mL 5000mg/L硼酸母液置于100mL洁净专用容量瓶中，定容至刻度线，摇匀，配置成10μg/L、20μg/L、40μg/L、50μg/L含硼标准样品;

4）B校验混合标准溶液（500mg/L硼酸体系）

用5.00mL移液枪移取1.00mL四元校验储存标准，10mL 5000mg/L硼酸母置于100mL洁净专用容量瓶中，用高纯水定容至刻度线，摇匀，配置成20μg/L含硼校验样品;

5）实验条件

仪器采用冷焰分析模式（CP）：

工作气体流量：14L/min;雾化器流量：1.03L/min;射频功率：550W;测量次数：5次;

6）标准曲线的绘制及校验分析

试剂配制好后，待仪器稳定，按仪器工作条件，将空白样品（水基空白为高纯水、硼基空白为500mg/L硼酸水）、标准样品依次吸入分别绘制纯水基体标准曲线和硼酸基体（500mg/L）标准曲线，待线性相关系数均大于0.995后，分别将不同基体校验样品（QC）进行测量，校验结果满足实验室质控曲线要求后，进行样品分析。

1.4 分析步骤

1）样品来源

样品均取自核电站一回路主系统水，样1取自1号机组一回路水（硼浓度约1011mg/L），样2取自3号机组一回路水（硼浓度约513mg/L）。

2）样品处理

为了防止过高的硼浓度堵塞雾化器，且与标准样品（硼酸基体）硼浓度接近，保证基体相近，将样1稀释2倍后进行测量。

3）试样分析

将样1和样2分别在纯水基体标准曲线和硼酸基体（500mg /L）标准曲线中测量8次，得到相应结果。

2 结果分析与讨论

根据样品信号计数，从标准曲线中获得样品浓度值（μg / k g），回收率在90%～110%之间。

本研究采用单因素方差分析分别对两个样品每个元素进行判定，例如：对样1中的钠在两种基体下的分析结果（各8个）进行P-value值计算。P-value表示观测到的显著水平，当P-value>0.05表示没有显著差异，置信度为：95%。

根据计算含硼样品样1和样2在两种基体中四种元素P-value值均大于0.05，即没有显著差异。说明含硼样品既可以在纯水体系中分析，也可以在硼酸基体中分析。一回路样品（硼基）和二回路样品（水基）分析均可以采用较为便捷的纯水基体方法测量，减少了试剂配制耗时，且一、二回路样品分析无须在纯水基体和硼酸基体中切换，极大提高了分析效率。含硼样品在纯水基体中分析只需将样品硼浓度稀释至500mg/L左右，硼浓度小于500mg/L的样品直接分析即可，分析结束后需用2%GR级硝酸对进样管路进行清洗。