建材产品中微量铀与钍的联合测定分析

乔英英，鲁 忍，王 艳

（中陕核工业集团综合分析测试有限公司，陕西西安 710024）

建材产品中微量铀与钍的测定是尤为重要的工作，但由于传统的单品测定方式不能够满足现代社会对检测产品微量铀与钍测定时效性的需求，故而本文开展了对建材产品中微量铀与钍的联合测定分析。同时，由于在建材产品中微量铀与钍的联合测定过程中，存在很多干扰因素，如杂质元素对铀与钍回收率的影响、酒石酸对铀与钍回收率的影响及盐酸对铀与钍回收率的影响，故而本文提出了相关的优化方案，以期进一步提升建材产品中微量铀与钍的联合测定水平。

1 测定建材产品中微量铀与钍的重要意义

放射性物质对人体的危害较大，若放射性物质含量超标则会导致人体健康受到较为严重的影响，而建材产品是现代社会居民普遍会接触到的物品，若其中含有的放射性物质超标，长期接触则会导致人体受放射性物质影响患有疾病。调查研究显示，放射性物质主要来源于天然辐射源，如地球辐射、宇宙辐射等，地球上的物品长期接受放射性物质的影响也会导致物品中含有放射性物质，如在膳食、建筑材料中就普遍存在铀、钍等放射性物质，因此，在物品上市之前对物品进行放射性物质的测定是尤为重要的。

目前，放射性物质铀、钍的检测方式主要包括两种，一种为物理法测定微量铀与钍，另一种则是化学法测定微量铀与钍。其中物理法主要是利用相关的检测设备进行测定，但目前此类设备价格昂贵且体型较大，使用成本较高且存在测定结果与实际含量相差较大的问题，仅能够满足对部分物品进行微量铀与钍的测定，其适用性及功能性不佳，故而现阶段普遍采用的是化学法进行微量铀与钍的测定。化学法主要利用的是分光光度法进行微量铀与钍的测定，该方法主要是利用分光光度计检测物品中微量铀与钍的含量，操作流程较为简便且不需要使用大型的仪器设备，具有较高的经济价值，故而现阶段在我国建材产品微量铀与钍测定中被广泛使用。但据调查研究表明，化学法测定微量铀与钍时仅能够对单体进行建材，即先检测铀的含量之后再进行钍的检测，并不能够实现微量铀与钍的联合测定，故而本文开展了对化学法测定建材产品中微量铀与钍的联合检测方法开展了研究。

2 主要仪器与试剂

2.1 主要仪器

721分光光度计和玻璃色层柱，821分光光度计由光源、单色光器、比色皿座架、光/电转换器、放大器及电源等组成，该分光光度计的电源能够发射360~800nm 的光波。

2.2 主要试剂

萃淋树脂CL-TBP、铀标准溶液、钍标准溶液、氟化铵、硝酸铵、氯化铵、混合铵盐、三乙醇胺、酒石酸、铀显色剂、钍显色剂等。

2.3 实验方法优势

本实验主要利用混合铵盐进行样本的分解，在样本中分离出铀、钍元素，随后经过萃取、蒸馏后进行测定。首先，该种方式能够良好地分离出试样中含有铀、钍元素的物质，且在萃取的过程中，能够将含有铀、钍元素的物质以离子的形式被吸附在交换柱上，减少了干扰因素对铀、钍元素分离的影响。其次，该方法操作较为简单，能够实现联合测定，减少单独测定消耗的时间，且仅制备一次实验试剂即可，达到了节约资源的目的，

3 实验操作步骤

3.1 熔样

（1）提取实验样品，使用精密仪器称取0.1~0.5 g样品放置于烧杯中，随后在烧杯中放入混合铵盐溶液，溶液剂量为5~8 g。

（2）使用搅拌棒将混合铵盐与实验样品充分搅拌，促使实验样品融入溶液中，搅拌均匀后，需要将溶液放置于电炉上加热，在加热的过程中，需要保证电炉为恒温，加热至溶液冒白烟即可。加热完成后，需要待溶液冷却一段时间后向溶液中添加水、高氯酸，其中，水添加量为5~8 mL，高氯酸添加量为1 mL。添加完成后，将溶液放置于室内环境中，待溶液冷却后添加上柱液，上柱液剂量为10~15 mL，添加完成后需要对溶液进行搅拌，搅拌均匀后将溶液放置于电热炉上加热，直至溶液沸腾后取下，放置于室内环境冷却，从而完成铀、钍的提取。

3.2 上柱分离

使用平衡液对交换柱进行平衡处理，处理完成后使用上柱液对使用过的烧杯、漏斗、搅拌棒等工具进行清理，清理次数不得小于3次，清理完成之后弃去。待溶液冷却至室温度后进行溶液的过滤，随后将溶液放置于交换柱中。向交换柱中添加盐酸，盐酸剂量为12 mL，添加方式为平均分3次添加，添加完成后便能够提取溶液中的钍元素。制备容量瓶，在容量瓶中添加尿素、抗坏血酸溶液，添加剂量分别为3~5滴和1 mL，提取分离出钍元素的溶液放置于容量瓶中，备用。随后，再使用12 mL 蒸馏水分三次解析溶液中的铀，备用。该步骤完成之后，需要向交换柱中添加水清洗并弃去。

3.3 显色测定

显色测定是实验的重点环节，在进行显色测定时，需要对轴与钍分别进行显色测定。

（1）从对轴的显色测定的角度来分析。向解析出轴的溶液中添加混合掩蔽剂、酚酞指示剂、氢氧化钠溶液，其中，混合掩蔽剂的剂量为2 mL、酚酞指示剂为1滴，添加完成后，需要向溶液中缓慢添加氢氧化钠溶液，其中，氢氧化钠溶液浓度为40%。在氢氧化钠溶液添加的过程中，要尽量匀速、匀量添加，在添加时需要对溶液进行搅拌，直至溶液呈现微红即可。溶液微红之后，使用盐酸对溶液进行消色处理，直至溶液恢复为初始颜色之后向溶液中添加铀缓冲溶液。铀缓冲溶液为三乙醇胺，添加计量为2 mL。随后，将溶液摇匀，静置，使用721分光光度计在583 nm 处用3 cm 比色皿测定吸光度，根据吸光度的效果确定铀的测定结果。

（2）从对钍的显色测定的角度来分析。在进行钍显色测定时，需要向解析出钍的溶液中添加乙醇、草酸溶液，其中，乙醇添加量为2.5 mL，草酸溶液添加量为2 mL，草酸溶液浓度为10%。添加完成后摇匀，随后添加钍的显色剂。钍显色剂为偶氮胂，添加量为2 mL。添加完成后，摇匀溶液，再添加盐酸稀释容易，在波长660 nm 处用3 cm 比色皿测定吸光度，根据吸光度的效果确定铀的测定结果。

3.4 铀、钍工作曲线的绘制

铀、钍工作曲线绘制的目的是为铀、钍元素测定提供对比与参考，故选取铀的标准溶液与钍的标准溶液进行曲线的绘制，为铀与钍显色测定形成对比。将铀与钍的标准溶液放置于烧杯中，添加混合铵盐，眼晕，测定吸光度，绘制工作曲线。铀、钍标准溶液工作曲线如图1所示。

图1 铀、钍标准溶液工作曲线图

3.5 计算

根据显色测定计算样品中铀、钍的含量，计算公式如下。

式中，X为铀/钍的含量；γ为工作曲线上查的铀/钍含量；ω为样品的重量；c为铀/钍的回收率。

4 实验条件优化

4.1 上柱液酸度的选择

通过分析可知，在对样品溶液进行铀与钍的提取时，主要采用的是萃取的方法，而在该过程中，需要添加盐酸，而实际上，盐酸的酸度会对实验结果产生影响，若酸度过高，则会导致实验成本增加，若酸度过低，则铀与钍的提取效果将会降低。针对此问题，对萃取过程中添加盐酸的步骤进行了优化。研究显示，硝酸的浓度对铀与钍的回收影响并不大，故而本实验将盐酸改为硝酸。同时，据分析，硝酸浓度在1~9时对铀与钍回收率的影响最低，因此，本实验选择7 N的硝酸作为上柱液。

4.2 酒石酸用量对铀、钍回收的影响

样品中不仅含有铀与钍，同时也含有锆元素、钛元素、铬元素、钒元素等，这些元素均会对样品溶液分离铀与钍时产生干扰，例如，若样品中含有锆元素，则会导致钍的测定结果偏高，因此，为消除杂质元素对目标元素提取的影响，需要在上柱液中添加酒石酸。为验证酒石酸能够在阻止杂质元素干扰铀与钍提取的同时不影响铀与钍的提取，本实验选择向样品溶液中添加质量分数为0.5%、1%、2%、3%的酒石酸，并分析酒石酸对铀与钍回收率的影响，实验结果如表1所示。

表1 酒石酸对铀与钍回收率的影响分析表

实验表明，酒石酸用量在3%以内不会对钍回收率产生较大的影响，故本实验选择使用2%浓度的酒石酸。

4.3 硝酸铝用量对铀、钍回收的影响

通过分析可知，在样品溶液的熔样及柱分离的过程中均会使用到混合铵盐，而实际上，样品溶液添加混合铵盐之后将会产生一定量的氟并在溶液中形成氟离子，氟离子将会对铀的测定产生影响，因此，还需要消除氟离子的影响。通过调查研究显示，硝酸铝能够很好地清除氟离子，故选取添加硝酸铝溶液抑制氟离子的负面影响。为了选取合适浓度的硝酸铝，本实验分别向样品溶液中添加浓度为3%、5%、7.5%、10%、15%、20%的硝酸铝溶液，分析硝酸铝溶液对铀与钍回收率的影响，表2为酸铝溶液对铀与钍回收率的影响。

表2 酸铝溶液对铀与钍回收率的影响

通过表2可发现，当硝酸铝浓度为7.5%时对钍回收率的影响最低，当硝酸铝浓度为10%时对铀回收率的影响最低。综合实验结果分析发现，10%的硝酸铝浓度为最佳选择，故本实验选取浓度10%的硝酸铝。

4.4 铀、钍的洗脱曲线

在对交换柱进行铀、钍的洗脱时，对铀的洗脱采用蒸馏水洗脱，对钍的洗脱采用盐酸洗脱，盐酸的酸度为6 N，洗脱的方式均采用淋洗的方式。通过分析回收淋洗液中含有的铀、钍含量发现，在前2 mL 的回收洗脱液中并不含有铀、钍，故为了保证资源的合理利用，可先选择2 mL 蒸馏水和2 mL 盐酸分别对盛放铀、钍溶液的烧杯进行洗脱，并弃去洗脱液，对后续的洗脱液进行回收，以保证铀、钍的回收效果。同时，通过研究发现，当蒸馏水与盐酸用量达到12 mL后，后续的洗脱液也不含有铀、钍，故选取的蒸馏水与盐酸剂量均为12 mL。

5 结论

本实验主要采用的是化学法测定建材产品中的铀、钍含量，利用混合铵盐制备样品溶液，随后采用蒸馏水与盐酸解析的方法进行铀、钍的萃取，获取铀实验溶液、钍实验溶液，并使用721分光光度计对铀实验溶液、钍实验溶液进行显色测定，根据计算公式计算出建材样品中铀、钍含量。在实验过程中，为了降低干扰影响，本实验选择使用7 N 硝酸代替盐酸为铀、钍联合测定的上柱酸度，并添加10%硝酸铝消除氟离子对铀、钍回收率的影响，添加3%酒石酸消除干扰元素对铀、钍回收率的影响，以保证实验结果的准确性。