三氧化铀中25种杂质元素的ICP-AES法测定

2020-11-26覃波夏占国李吉花张海明胡亚莉晁余涛杨小晶

商品与质量 2020年9期

覃波夏占国李吉花张海明胡亚莉晁余涛杨小晶

中核四〇四有限公司第三分公司甘肃兰州 732850

杂质元素的测定方法，除用化学法及原子吸收光谱法外，主要采用经典的发射光谱法，以及后来发展起来的化学分离发射光谱法，近年来多采用ICP-AES法。ICP-AES分析技术具有检出限低，测量动态范围宽，基体效应小，准确度好，精密度高，可多元素同时测定的特点。铀中杂质的分离方法主要有离子交换法、溶剂萃取法和萃取色谱法。萃取色谱法的特点是将溶剂萃取的选择性和离子交换的高效性结合起来，兼具了前两者的优点，分离效果好，可同时分离多种元素[1]。

本文采用TBP萃淋树脂分离铀，对分离条件进行研究，实现了铀中待测杂质元素与基体的分离，用ICP-AES法进行测定，建立了三氧化铀中 Ag、Al、As、Ba、Be、Bi、Ca、Cd、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Mo、Na、Ni、Pb、Sb、Sn、Sr、Ti、V、Zn等25种微量杂质元素测定的分析方法。

1 实验部分

1.1 方法原理

将样品溶解转化为硝酸铀酰后，在5mol/L HNO3介质中，通过TBP萃淋树脂色谱柱使铀与杂质元素分离，铀吸附在萃取树脂上，而杂质元素被淋洗下来，用ICP光谱仪测定杂质元素的含量。

1.2 仪器和设备

（1）IRIS Intrepid II XSP /Glove光谱仪，美国TJA公司，CID检测器，石英垂直雾化器，旋流雾化室。

（2）TBP萃取色谱分离柱，内径8 mm，内装60% TBP萃淋树脂，树脂床高160 mm，流速0．8mL/min，用5mol/L硝酸溶液淋洗后备用。

1.3 试剂与材料

（1）TBP萃淋树脂：80～120目，含60%TBP，用水浸泡一天，并冲洗干净备用。

（2）硝酸，电子纯。

（3）氩气 (Ar)，φ(Ar)≥ 99．99%。

1.4 实验步骤

称取三氧化铀样品500mg，于石英坩锅中，用2mL浓硝酸加热溶解，并浓缩蒸至近干，加入0．5mL5mol/L硝酸溶液。转入用5mol/L硝酸溶液平衡好的色谱分离柱内进行分离，并以5mol/L硝酸溶液淋洗杂质元素，弃去前2mL，收集后10mL流出液。在ICP光谱仪上进行测定，计算各杂质元素的含量[2]。

2 结果和讨论

2.1 分离条件的选择

（1）淋洗液浓度试验。分别试验了2mol/mL～7mol/mL 硝酸作为淋洗液，试验结果表明：采用TBP萃淋树脂进行铀与杂质元素分离，用3mol/mL～6 mol/mL的硝酸溶液作为淋洗液，分离效果较好。本试验采用5 mol/mL硝酸溶液作为杂质元素的淋洗液。

（2）色谱柱吸附能力和铀的解吸。分别取（200～1100）mg的铀，加入萃取色谱柱进行分离，并用5mol/L 硝酸溶液淋洗，收集15mL淋洗液，测定其中铀浓度。实验结果表明，在5mol/L硝酸介质下，当铀绝对量小于1000mg时，经TBP萃淋树脂色谱柱分离后，淋洗液中残留的铀量低于10μg。吸附在色谱柱上的铀，可用水将其解吸下来。

（3）淋洗曲线。取一定量的标准溶液，加热浓缩至约0．5mL，转入5mol/L硝酸平衡过的色谱柱中，并用同种溶液淋洗，每1mL收集一次，进行ICP-AES测定，绘制淋洗曲线。结果表明，各元素在第3～10mL范围内可淋洗完全，因此采用弃去前2mL，再接收10mL淋洗液即可定量测定样品中杂质元素含量。

（4）铀对光谱测定的影响。在含有待测杂质元素的标准溶液中，分别加入不同量的铀，按实验方法测定杂质元素的含量。铀对待测杂质元素光谱测定的影响实验表明，当铀量为30μg时，待测杂质元素的光谱测定仍不受影响[3]。

2.2 分析线、检出限及测量下限

对各元素分析线的谱峰干扰、背景、曲线线性和相关系数等进行分析比较，确定分析线（Ag328．0、Al396．1、 As189．0、Ba455．4、Be313．0、Bi223．0、Ca317．9、Cd226．5 、Cr283．5、Cu324．7、Fe259．9、K766．4、Li670．7、Mg279．5、Mn257．6、Mo202．0、Na589．5、Ni231．6、Pb220．3、Sb206．8、Sn189．9、Sr407．7、Ti323．4、V309．3、Zn213．8）。采用空白溶液测定 10 次，统计测量结果的标准偏差σ，按3σ计算检出限和方法测量下限。实验结果表明，在确定谱线下，各元素的检出限在（0．0003～0．06）μg/mL之间，对500mg的三氧化铀样品，各元素的测定下限在（0．1 ～ 1．0）μg/g。