一种四氟化钍中稀土元素含量的分析方法技术

本发明专利技术涉及一种四氟化钍中稀土元素含量的分析方法，包括步骤：将四氟化钍粉末溶解于碳酸铵溶液中，得到第一溶液；在第一溶液中加入双氧水，离心分离得到水相和固相；在水相中加入酸，加热得到不含氟和铵的第二溶液，将固相溶解于硝酸中，得到第三溶液；将第二溶液和第三溶液合并得到溶解液，用硝酸稀释溶解液得到上机试样；除了不添加四氟化钍粉末之外，重复上述步骤，得到空白溶液；移取若干份溶解液，分别加入不同量的稀土混合标准溶液，得到若干份加标溶液；利用电感耦合等离子体质谱仪对空白溶液、加标溶液和上机试样的稀土元素进行测定。根据本发明专利技术的四氟化钍中稀土元素含量的分析方法，可以高效准确地对四氟化钍中的稀土元素含量进行测定。

An analytical method for the content of rare earth elements in four thorium fluoride

The analysis method, the present invention relates to a rare earth element content of four thorium fluoride comprises the steps of: four thorium fluoride powder dissolved in ammonium carbonate solution, obtained the first solution; adding hydrogen peroxide in the first solution, centrifugal separation to obtain aqueous and solid phase; adding acid in aqueous solution, heating second fluoride and ammonium solution the solid phase is dissolved in nitric acid solution, third; second and third combined solution solution solution, diluted with nitric acid solution obtained on samples; in addition to add four thorium fluoride powder, repeat the above steps to get the blank solution; removing several copies of a solution, rare earth mixed standard solution were added the same, get copies of standard solution of rare earth elements; blank solution, standard solution and sample with computer by inductively coupled plasma mass spectrometry Determination\u3002 According to the analytical method of the content of rare earth elements in four thorium fluoride, the content of rare earth elements in four thorium fluoride can be measured efficiently and accurately.

【技术实现步骤摘要】
一种四氟化钍中稀土元素含量的分析方法
本专利技术涉及化学检测方法，更具体地涉及一种四氟化钍中稀土元素含量的分析方法。
技术介绍
四氟化钍是液态燃料钍基核能反应堆的重要燃料。对钍燃料的杂质含量检测，是进堆钍燃料质量控制的重要内容。在自然界中，钍极少以独立矿物赋存，大多与稀土矿物共生，而稀土元素尤其是Sm、Eu、Gd和Dy是热中子吸收截面较高的元素，其含量的高低直接影响核燃料的质量，因此需要对四氟化钍粉末中的稀土元素含量进行准确测定。四氟化钍粉末中杂质的分析需要进行样品前处理，其第一步是四氟化钍粉末的溶解。由于氟与钍的结合能力很强，因此四氟化钍很难溶解于热的硝酸或盐酸。四氟化钍可以在热浓硫酸中溶解，但由于浓硫酸的危险性，这种溶解方法不适合日常操作。四氟化钍可以溶解于热硝酸铝溶液中，但硝酸铝溶液中的总溶解性固体含量(TDS)过高，不适用于仪器分析。四氟化钍还可以溶解于热的碳酸铵溶液中，但它是碱性溶液，不适用于直接上机分析，因此，需要先将碱性溶解液转化为酸性溶液。此时若直接加酸，由于氟元素仍以离子形式存在于溶解液中，氟和钍会重新沉淀生成四氟化钍。这一问题必须设法解决，此前未有相关报道。目前，测定稀土元素大多采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)。ICP-AES光谱干扰多，而钍是多谱线元素，谱线非常密集，对许多元素的测定都有干扰，但是，若事先分离钍元素则将使分析流程过长。ICP-MS具有灵敏度高、线性范围宽、抗干扰能力好、谱线简单、分析速度快及同时进行多元素、定性和定量分析的优点；但过量钍元素的存在会导致基体效应问题。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种四氟化钍中稀土元素含量的分析方法，从而对四氟化钍粉末中的十五种稀土杂质元素的含量进行测定。本专利技术所述的四氟化钍中稀土元素含量的分析方法，包括步骤：S1，试样溶液的制备：S11，将四氟化钍粉末溶解于碳酸铵溶液中，得到第一溶液；S12，在第一溶液中加入双氧水，离心分离得到水相和固相；S13，在水相中加入酸，加热得到不含氟和铵的第二溶液，将固相溶解于硝酸中，得到第三溶液；S14，将第二溶液和第三溶液合并得到溶解液，用硝酸稀释溶解液得到上机试样；S2，空白溶液的制备：除了不添加四氟化钍粉末之外，重复上述步骤S11-S14，得到空白溶液；S3，加标溶液的制备：移取若干份溶解液，分别加入不同量的稀土混合标准溶液，从而得到若干份加标溶液；S4，利用电感耦合等离子体质谱仪通过标准加入法对空白溶液、加标溶液和上机试样的稀土元素进行测定。已知钍盐溶液在中性或弱酸性条件下加入双氧水生成凝胶状的沉淀。令人意想不到的是，本专利技术开拓性地使得钍盐溶液在碱性条件下加入双氧水同样生成凝胶状的沉淀，从而使得钍可通过沉淀被分离出来。具体地，沉淀以固相的形式可与水相中的氟分离。所述步骤S11包括：将四氟化钍粉末置于密闭的聚四氟乙烯罐中，加入碳酸铵和水，然后将聚四氟乙烯罐置于电热消解仪上，加热使得四氟化钍粉末溶解，从而得到第一溶液。所述步骤S12包括：将第一溶液转入塑料离心管内，加入双氧水和水，通过超声除气和离心分离得到水相和固相。应该理解，这里加入的水为超纯水，用于对沉淀进行稀释，以避免由于粘性太大而无法进行后续的离心操作。所述步骤S13包括：将水相转移至聚四氟乙烯烧杯中，加入酸，加热，使得水相中的氟和铵被去除。应该理解，这里加入的酸首先是过量的浓硝酸，从而有利于硝酸中的氢离子与氟结合并通过蒸发快速地去除。这里加入的酸接下来是过量的盐酸和浓硝酸，促使水相中的铵受热分解，直到溶液接近澄清。所述步骤S13具体为：将水相转移至聚四氟乙烯烧杯中，加入4-6mL浓硝酸，加热蒸发，逐次分别加入0.5mL5％盐酸和0.5mL浓硝酸，待溶液近澄清时，再加入3-5mL3M硝酸，溶液澄清，得到不含氟和铵的第二溶液；将固相溶解于3M硝酸中，得到第三溶液。应该理解，溶解固相的硝酸除了可以是核燃料分析实验室中常用的3M硝酸以外，也可以是其他浓度。所述步骤S14包括：将第二溶液和第三溶液合并得到溶解液，用1％硝酸稀释定容得到上机试样。应该理解，通过稀释可以使钍含量降低，因为钍含量太高对后续的ICP-MS分析不利，有基体抑制效应。所述步骤S3包括：移取四份溶解液，分别加入不同量的稀土混合标准溶液，加入硝酸溶液定容，从而得到四份加标溶液。在一个优选的实施例中，该加标溶液中的各稀土元素的加标浓度分别为0.1ug/L、1ug/L、5ug/L、10ug/L。所述步骤S4包括：选择各稀土元素的同位素，设置电感耦合等离子体质谱仪的工作参数，以115In为内标，对空白溶液、加标溶液和上机试样的稀土元素进行测定。应该理解，该工作参数包括等离子体气流量为15-18L/min；辅助气流量为1.10-1.30L/min；载气流量为1.00-1.10L/min；RF功率为1500-1700W；测量方式为跳峰；扫描次数20次；重复次数3次；分辨率(10％峰高)为0.7amu。各稀土元素的同位素如下表1所示：表1元素同位素元素同位素Ce140Sm147Dy161Tb159Er166Tm169Eu153Yb173Gd157Y89Ho165Lu175La139Pr141Nd143应该理解，电感耦合等离子体质谱仪测定中的干扰主要来自氧化物、同量异位素及多原子离子，因此，根据本专利技术的待测稀土元素的同位素的选择应当为：在测定时尽量选择丰度大，且无同量异位素干扰的同位素峰进行测定。对氧化物干扰严重的同位素建立校正方程进行校正。本专利技术的四氟化钍中稀土元素含量的分析方法，通过从溶解到分离的一系列简单有效的前处理操作，不引入任何干扰分析的杂质，通过沉淀分离钍与氟，通过水相加酸简单地除去氟，通过硝酸溶解固相又能简单地重新溶解钍。具体地，本专利技术通过碳酸铵溶解四氟化钍，反应条件温和，且不易引入金属类杂质，同时解决了钍与氟在酸性条件下难以分离的难题。总之，根据本专利技术的四氟化钍中稀土元素含量的分析流程，可以高效准确地对四氟化钍中的稀土元素含量进行测定。另外，本专利技术的四氟化钍中稀土元素含量的仪器检测方法采用ICP-MS标准加入法，以简化操作并减少干扰，有效解决了基体效应的问题。具体实施方式下面本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述。实施例1(1)试样溶液的制备称取0.1000g四氟化钍粉末(精确到0.0001g)，置于60mL带盖聚四氟乙烯罐中，加入1.5g分析纯碳酸铵和3mL高纯水。将聚四氟乙烯罐置于电热消解仪上，在80℃下加热4小时，样品溶解澄清，冷却后取下。将澄清液转入15mL塑料离心管内，向塑料离心管内加入1mL的双氧水，摇匀溶液后，加约60℃热水使溶液增至约12mL。将上述塑料离心管置于60℃水温下超声至基本无气泡，置于离心机上离心5min，将水相转移至聚四氟乙烯烧杯中。将聚四氟乙烯烧杯置于电加热板上于240℃下加热，分两次加入2mL浓硝酸，待溶液蒸至约5mL左右，再向烧杯中分别总共加入2mL5％HCl和2mL浓硝酸，待溶液近澄清时，再加入3mL3M硝酸，继续加热至溶液澄清。塑料离心管内的固相用3mL3M硝酸溶解。将上述两种溶液混合，用高纯水清洗、定容至30mL(称重法)，此为溶解液。取2mL该溶解液用1％硝酸稀释25倍，此为上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种四氟化钍中稀土元素含量的分析方法，其特征在于，该分析方法包括步骤：S1，试样溶液的制备：S11，将四氟化钍粉末溶解于碳酸铵溶液中，得到第一溶液；S12，在第一溶液中加入双氧水，离心分离得到水相和固相；S13，在水相中加入酸，加热得到不含氟和铵的第二溶液，将固相溶解于硝酸中，得到第三溶液；S14，将第二溶液和第三溶液合并得到溶解液，用硝酸稀释溶解液得到上机试样；S2，空白溶液的制备：除了不添加四氟化钍粉末之外，重复上述步骤S11‑S14，得到空白溶液；S3，加标溶液的制备：移取若干份溶解液，分别加入不同量的稀土混合标准溶液，从而得到若干份加标溶液；以及S4，利用电感耦合等离子体质谱仪通过标准加入法对空白溶液、加标溶液和上机试样的稀土元素进行测定。

【技术特征摘要】
1.一种四氟化钍中稀土元素含量的分析方法，其特征在于，该分析方法包括步骤：S1，试样溶液的制备：S11，将四氟化钍粉末溶解于碳酸铵溶液中，得到第一溶液；S12，在第一溶液中加入双氧水，离心分离得到水相和固相；S13，在水相中加入酸，加热得到不含氟和铵的第二溶液，将固相溶解于硝酸中，得到第三溶液；S14，将第二溶液和第三溶液合并得到溶解液，用硝酸稀释溶解液得到上机试样；S2，空白溶液的制备：除了不添加四氟化钍粉末之外，重复上述步骤S11-S14，得到空白溶液；S3，加标溶液的制备：移取若干份溶解液，分别加入不同量的稀土混合标准溶液，从而得到若干份加标溶液；以及S4，利用电感耦合等离子体质谱仪通过标准加入法对空白溶液、加标溶液和上机试样的稀土元素进行测定。2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S11包括：将四氟化钍粉末置于密闭的聚四氟乙烯罐中，加入碳酸铵和水，然后将聚四氟乙烯罐置于电热消解仪上，加热使得四氟化钍粉末溶解，从而得到第一溶液。3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S12包括：将第一溶液转入塑料离心管内，加入双氧水和水，通过超声除气和离心分离得到水相和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓云，韩玲，曹长青，林俊，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31