一种测定二氧化钍中金属杂质含量的方法技术

本发明专利技术提供的一种测定二氧化钍中金属杂质含量的方法包括以下步骤：提供待测溶液、空白溶液和标准溶液；待测溶液通过微波消解法消解待测样品制得，含二氧化钍基体及金属杂质；空白溶液通过微波消解不含待测样品的空白样制得；标准溶液含二氧化钍基体及已知浓度的金属杂质，标准溶液中二氧化钍基体的浓度与待测溶液中二氧化钍基体的浓度相同；将标准溶液、空白溶液和待测溶液引入电感耦合等离子体质谱仪，得到空白溶液及待测溶液中的金属杂质浓度，根据待测样品质量换算得待测样品中的金属杂质的含量。采用本方法操作简单避免了操作繁琐、稳定性、重现性差等问题。

A METHOD FOR DETERMINATION OF METAL IMPURITIES IN THORIUM DIOXIDE

The method for determining the content of metal impurities in thorium dioxide includes the following steps: providing the solution to be measured, blank solution and standard solution; preparing the solution to be measured by microwave digestion, containing thorium dioxide matrix and metal impurities; and digesting the blank solution by microwave without the sample to be measured. The standard solution contains thorium dioxide matrix and metal impurities of known concentration. The concentration of thorium dioxide matrix in standard solution is the same as that of thorium dioxide matrix in the solution to be measured. The standard solution, blank solution and the solution to be measured are introduced into inductively coupled plasma mass spectrometer to obtain blank solution and solution to be measured. The concentration of metal impurities in the sample can be converted to the content of metal impurities in the sample according to the quality of the sample to be measured. The method is simple to operate and avoids the problems of tedious operation, poor stability and reproducibility.

【技术实现步骤摘要】
一种测定二氧化钍中金属杂质含量的方法
本专利技术属于分析检测领域，涉及一种测定二氧化钍中金属杂质含量的方法。
技术介绍
核能发电目前是以铀为主要燃料，而铀在自然界的储量很小，作为核燃料的钍的储量是铀的3～4倍，目前为止还没有进行大范围商业化的开发和利用，而且较之铀矿更易开采；钍还是一种更为高效的燃料源，铀在进入反应堆之前必须经过高浓缩，而所有的钍都是可直接利用的核燃料。二氧化钍作为钍基熔盐固态堆的主要燃料，其中杂质元素含量的高低，直接影响到其作为核燃料的质量，甚至影响到反应堆的安全运行。因此需要对核燃料二氧化钍中的杂质元素进行准确的检验。二氧化钍在分析之前先要进行样品溶解前处理，目前对样品进行溶解的方法主要有湿法消解、高压消解。湿法消解是一般在敞开体系中消解，消解快速，但待测元素易被污染，部分易挥发元素例如(As、Se、B等)易挥发损失，且用酸量大；高压消解法密闭消解，降低了测定空白，避免挥发性待测元素的损失，但耗时较长；目前测定二氧化钍中杂质元素的方法有ICP-OES法、ICP-MS法。ICP-OES法具有多元素同时分析和灵敏度高的优点，但也存在一些问题：ICP-OES光谱干扰数量多，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，在测定之前需将钍分离，分离过程较为复杂，也容易引入污染和损失，且未分离彻底的钍对其他杂质元素也会形成一定的干扰，要进行检测具有一定的难度；ICP-MS法可多元素同时分析、检出限低、灵敏度高、线性范围宽、谱线简单，所得谱线的主峰除个别存在交叉干扰以外，都不与其他杂质峰产生重叠干扰。目前报道的方法均是将钍分离后再进行测定，都存在着操作处理步骤繁琐、稳定性、重现性差的问题，且常规金属元素与稀土金属元素与钍的分离方法不一样，需分别进行测量，加大了操作的繁琐性。
技术实现思路
针对现有技术中存在的钍基体浓度对检测影响大、操作繁琐、稳定性、重现性差等问题，本专利技术提供一种测定二氧化钍中金属杂质含量的方法。ICP-MS的干扰主要包括基体效应和光谱干扰两类。基体效应通过标准加入法减小。光谱干扰主要来自氧化物、同量异位素及多原子离子的干扰，测量时尽量选择丰度大，且无同量异位素干扰的同位素峰进行测定。对不可避免的同量异位素干扰的同位素可通过校正方程进行校正；氧化物干扰通过调节雾化气流速降低氧化物的产生，同时通过校正方程进行校正；多原子干扰较大的元素(例如过渡金属元素)采用KED模式减少干扰。根据本专利技术提供的一种测定二氧化钍中金属杂质含量的方法包括以下步骤：S1，提供待测溶液、空白溶液和标准溶液；所述待测溶液通过微波消解法消解待测样品制得，含二氧化钍基体及金属杂质；所述空白溶液通过微波消解不含待测样品的空白样制得；所述标准溶液含二氧化钍基体及已知浓度的金属杂质，且所述标准溶液中二氧化钍基体的浓度与待测溶液中二氧化钍基体的浓度相同；S2，将不同浓度的标准溶液引入电感耦合等离子体质谱仪，测定标准溶液中的金属杂质的响应值，绘制金属杂质的响应值关于金属杂质浓度的标准曲线；然后将空白溶液及待测溶液引入电感耦合等离子体质谱仪，分别得到空白溶液及待测溶液中的金属杂质的响应值，代入标准曲线计算，分别得到空白溶液及待测溶液中的金属杂质浓度，进而根据待测样品质量换算得待测样品中的金属杂质的含量。如此，采用本方法操作简单，微波消解法反应速率快、制备时间短、酸的用量少、降低了测定空白，避免挥发性金属杂质的损失，减少对环境的污染，改善实验人员的工作环境。采用ICP-MS测试，仪器检出限低，在10-13～10-11级，干扰少，能满足金属杂质的测定。利用标准加入法成功的克服了基体效应。标准溶液工作曲线有一定钍基体浓度溶液，在电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)上测试时既能消除高基体浓度对测试结果的影响，又能尽可能地提高了仪器的方法检出限，得到快速准确的结果。优选的，该步骤S1包含在消解系统中加入浓硝酸、超纯水和氢氟酸对待测样品进行微波消解，制得待测溶液。采用浓硝酸、超纯水和氢氟酸进行二氧化钍样品消解，对ICP-MS测试干扰相对较少，且雾化效率高。如此，比以往常温常压敞口体系消解法，减少了沾污的环节，避免了挥发性元素的损失，能准确反映出样品中金属杂质的含量。优选的，该待测溶液的二氧化钍基体浓度为800μg/mL-1200μg/mL。优选的，该金属杂质包括Li、Be、B、V、Sc、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、In、Sn、SbCs、Ba、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Hf、Ta、W、Re、Pb、Bi、U中的一种或多种。优选的，该微波消解系统设定：功率为700W，升温时间20min，温度至180℃，保温时间30min。其中，每0.1g二氧化钍样品中加入1.5mL-3.5mL超纯浓硝酸，1.5mL-3.5mL18.2MΩcm-1的超纯水，0.1mL-0.2mL质量百分比浓度为0.1％-2％的氢氟酸进行消解。优选的，该待测溶液的二氧化钍基体浓度为800μg/mL-1200μg/mL。浓度太高基体效应太强，浓度太低痕量杂质因低于检出限可能测不出，因此用二氧化钍基体浓度为800μg/mL-1200μg/mL基体，既能保持较低的检出限，基体效应又没有太强。优选的，该S2包括采用内标校正标准加入法定量分析待测溶液、空白溶液、标准溶液的金属杂质的响应值。优选的，该内标校正标准加入法包括采用铑标准工作溶液为内标。优选的，该内标为铑标准工作溶液，该铑标准工作溶液的浓度为10ppb-20ppb。优选的，该步骤S2包括采用石英进样系统将标准溶液、待测溶液及空白溶液引入电感耦合等离子体质谱仪。优选的，该步骤S2包括分别选择标准模式校正方程或碰撞反应池动能歧视技术对每个金属杂质进行测定。优选的，设定电感耦合等离子体质谱仪的工作条件为：等离子体气流量15L/min；辅助气流量1.2L/min；雾化气流量0.90～1.00L/min；等离子体RF功率1100～1600W；模式跳峰；扫描次数20；重复次数3；校准：标加模式。优选的，该消解罐和容量瓶均为塑料容器。用塑料容器避免元素的溶出，用玻璃制品易有元素的溶出和吸附。优选的，该消解罐采用聚四氟乙烯材质。聚四氟乙烯材质最高可耐受240℃，且无机元素本底较低。优选的，该消解罐和容量瓶均经过稀硝酸浸泡，再用18.2MΩ.cm-1超纯水浸泡，超声波清洗，以保证测试结果的准确性。优选的，该步骤S1-S3的均在百级工作台和万级实验室内进行。总之，本专利技术提供的方法克服现有方法测定法存在的操作处理步骤繁琐、灵敏度低、稳定性、重现性差的技术缺陷。具有简单快速、可靠、精密度及准确度高的特点。本专利技术优选了样品的溶解方法、试样的基体浓度、仪器参数，测定元素的质量数，采用103Rh作为内标，采用标准模式(STD)校正方程和碰撞反应池动能歧视技术(KED)，消除同质异位素、多原子离子和多电荷离子的干扰，利用标准加入法成功的克服了ICP-MS的基体效应，同时测定出46种元素的含量，方法的精密度优于10％，平均回收率在94.1％～108.5％之间。方法操作简单、准确可靠，满足项目分析技术指标要求。各金属杂质检出限为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测定二氧化钍中金属杂质含量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1，提供待测溶液、空白溶液和标准溶液；所述待测溶液通过微波消解法消解待测样品制得，含二氧化钍基体及金属杂质；所述空白溶液通过微波消解不含待测样品的空白样制得；所述标准溶液含二氧化钍基体及已知浓度的金属杂质，且所述标准溶液中二氧化钍基体的浓度与待测溶液中二氧化钍基体的浓度相同；S2，将不同浓度的标准溶液引入电感耦合等离子体质谱仪，测定标准溶液中的金属杂质的响应值，绘制金属杂质的响应值关于金属杂质浓度的标准曲线；然后将空白溶液及待测溶液引入电感耦合等离子体质谱仪，分别得到空白溶液及待测溶液中的金属杂质的响应值，代入标准曲线计算，分别得到空白溶液及待测溶液中的金属杂质浓度，进而根据待测样品质量换算得待测样品中的金属杂质的含量。

【技术特征摘要】
1.一种测定二氧化钍中金属杂质含量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1，提供待测溶液、空白溶液和标准溶液；所述待测溶液通过微波消解法消解待测样品制得，含二氧化钍基体及金属杂质；所述空白溶液通过微波消解不含待测样品的空白样制得；所述标准溶液含二氧化钍基体及已知浓度的金属杂质，且所述标准溶液中二氧化钍基体的浓度与待测溶液中二氧化钍基体的浓度相同；S2，将不同浓度的标准溶液引入电感耦合等离子体质谱仪，测定标准溶液中的金属杂质的响应值，绘制金属杂质的响应值关于金属杂质浓度的标准曲线；然后将空白溶液及待测溶液引入电感耦合等离子体质谱仪，分别得到空白溶液及待测溶液中的金属杂质的响应值，代入标准曲线计算，分别得到空白溶液及待测溶液中的金属杂质浓度，进而根据待测样品质量换算得待测样品中的金属杂质的含量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包含在消解系统中加入浓硝酸、超纯水和氢氟酸对待测样品进行微波消解，制得待测溶液。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测溶液中的二氧化钍基体的浓度为800μg/mL-1200μg/mL。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛海霞，崔荣荣，罗艳，赵中奇，何淑华，周伟，窦强，张岚，李晴暖，
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