一种气体氟化物的红外光谱定量分析方法技术

本发明专利技术公开了一种气体氟化物的红外光谱定量分析方法。其包括：①氟化物制备中，对不同反应时间所得气体，进行红外光谱检测；②t为横坐标，单位压力吸光度为纵坐标，获得单位压力吸光度变化曲线；③单位压力吸光度相对t进行积分得积分面积；④重复①‑③，制备不同质量的氟化物，获得至少三组积分面积，收集每组氟化物质量；⑤积分面积为横坐标，氟化物质量为纵坐标，拟合获得标准线性回归方程；⑥将任意反应曲线的积分面积代入方程，即可。本发明专利技术在红外光谱技术基础上，结合冷凝收集操作，建立单位压力吸光度变化曲线积分面积与冷凝收集量之间关系，获取相关的标准曲线后即可直接计算出氟化物的质量，简化了操作流程，提高分析效率。

【技术实现步骤摘要】
一种气体氟化物的红外光谱定量分析方法
本专利技术属于核能工业技术和干法冶金
，具体涉及一种气体氟化物的红外光谱定量分析方法。
技术介绍
氟化挥发法是干法后处理中分离回收铀的关键技术，由于氟化挥发产物中除了F2之外，还含有UF6、MoF6、TcF6等具有较强氧化性和腐蚀性的氟化物气体，它们对空气中水分尤其敏感，极易发生水解反应产生金属氟氧化物和有毒的HF，同时还可与大多数金属物质发生反应，因此常规的仪器(例如气相色谱法、气相质谱法等)难以对其实现有效准确的分析。红外光谱仪具有灵敏度高、快速检测及耐腐蚀性的特点，与气相色谱法、气相质谱法相比，其光谱资料最为丰富成熟。大部分气体在中红外波段(400-4000cm-1)内具有明显吸收，而且分析过程不需要进行前处理，因此红外光谱法常被用于气体的分析。红外光谱技术在气体的定量分析中，通常是根据该气体在某波段上的吸光度A与其浓度呈线性关系的规律(即比尔-朗伯定律)，关系表达式为A＝a*b*c，其中a为吸收系数，b为样品池厚度，c为物质浓度。吸收系数是物质具有的特定数值，但文献中的数值并不能通用，由于仪器的精度和操作条件的不同，所得数值常存在差异，在实际工作中，为保证定量分析的准确度，吸收系数还得借助纯物质重新测定。由于大部分的挥发性氟化物具有较强的反应活性，在其制备过程中难以保证其高纯度，给吸收系数的准确测定带来困难，因而无法保证吸光度与浓度之间的准确关系(即标准曲线)，为干法后处理中氟化挥发产物的定量分析带来了挑战。而且，现有红外光谱定量分析技术的更多用途在于通过标准曲线确定待测气体的浓度，即相对于纯气体的百分数，而最终气体的质量(m)仍需要根据理想气体方程(PV＝nRT)作进一步计算确定，从理想气态方程式可知，环境温度的变化、管路体积的确定及其在管路上的反应损失都将给后续的计算带来不可避免的误差。综上所述，本领域迫切需要发展一种针对强腐蚀性氟化物气体的定量分析方法。
技术实现思路
本专利技术实际解决的技术问题是克服了现有红外光谱技术对于强腐蚀性气体氟化物，无法通过吸收系数进行定量分析，以及目前基于理想气态方程进行气体的定量分析时通常带来的不必要误差的缺陷，提供了一种气体氟化物的红外光谱定量分析方法。本专利技术的分析方法更为直接简便、准确，在红外光谱技术基础上，结合冷凝收集操作，建立单位压力吸光度变化曲线积分面积与冷凝收集量之间的依赖关系，获取相关的标准曲线后即可直接计算出目标气体氟化物的质量，简化了操作流程，提高分析效率。本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题。本专利技术提供了一种气体氟化物的红外光谱定量分析方法，其包括下述步骤：(1)气体氟化物制备过程中，取样不同反应时间的获得的气体混合物，进行红外光谱检测；每次红外光谱检测时，获得一组反应时间、单位压力吸光度；(2)以步骤(1)红外光谱检测的反应时间为横坐标，以所述单位压力吸光度为纵坐标，获得所述气体氟化物的单位压力吸光度变化曲线；(3)对于步骤(2)所述的单位压力吸光度变化曲线，所述单位压力吸光度相对所述反应时间进行积分获得的积分面积；收集步骤(1)制备过程中的所述气体氟化物；(4)至少重复步骤(1)-(3)三次，制备不同质量的所述气体氟化物，获得至少三组积分面积，相应的分别收集每组制得的气体氟化物质量；(5)以积分面积为横坐标，以制备过程中收集的气体氟化物质量为纵坐标，拟合获得标准线性回归方程；(6)任意反应投料制备所述气体氟化物，重复步骤(1)-(2)，获得气体氟化物的单位压力吸光度变化曲线，将曲线的积分面积代入步骤(5)的所述标准线性回归方程，即可获得该反应所得气体氟化物质量。步骤(1)中，所述的气体氟化物可为本领域常规的具有红外特征峰(500-5000cm-1)的气体氟化物，尤其适用于腐蚀性气体氟化物，例如MoF6、UF6，WF6，ReF6，TcF6，PuF6或NpF6等等。步骤(1)中，所述的气体氟化物的制备方法可为本领域常规的用于制备所述气体氟化物的制备方法，一般为金属与F2进行反应。例如，当所述气体氟化物为MoF6，可采用金属Mo箔与F2进行反应获得。所述气体氟化物的制备条件或工艺均可为本领域常规。步骤(1)中，所述取样的压力可为本领域常规，一般为0-100torr。为避免红外光谱检测时取样量对误差的影响，所述取样的压力较佳地在0-50torr。步骤(1)中，所述取样的次数只要能够获得步骤(2)中的所述气体氟化物的单位压力吸光度变化曲线即可。例如，可从开始反应，每3-5分钟记录1次气体红外光谱图，可检测至反应完全或者未完全反应，直至能够绘制所述气体氟化物的单位压力吸光度变化曲线，或者，直至反应完全。步骤(1)中，所述红外光谱检测的方法和条件均为本领域常规。每次红外光谱检测，所得红外光谱图中可直接获得一所述反应时间、以及所述气体氟化物的吸光度，计算获得所述单位压力吸光度(torr-1)。步骤(1)中，所述单位压力吸光度是指红外光谱检测时，所得吸光度值与取样压力的比值。步骤(1)中，计算步骤(2)所述曲线的积分面积的方法可为本领域常规。例如可采用originpro进行数据处理。步骤(3)中，所述积分面积是指的所述单位压力吸光度相对所述反应时间进行积分获得的面积。步骤(3)中，所述气体氟化物质量可为任意值，较佳地在0-500mg范围内。步骤(3)中，收集步骤(1)制备过程中的所述气体氟化物的方法可为本领域常规。较佳地，通过下述步骤收集和计算氟化物：(1)将反应产生的气体氟化物通入置于干冰(-78℃)中的冷阱中，冷却收集冷凝物；(2)将所述冷凝物进行溶解分析，确定反应产生的氟化物。所述溶解分析的方法和操作可为本领域常规，一般向所述冷凝物中加入稀硝酸或去离子水，使氟化物发生水解反应充分溶解，最终通过元素分析测量溶液中金属离子的含量，计算出气体氟化物的冷凝质量。根据常识可知，步骤(5)中，要想所述标准线性回归方程的准确度越高，绘制曲线时所需点值越多，即步骤(4)中重复的不同投料的次数越多。步骤(6)中，任意反应投料制备所述气体氟化物，可以反应完全，也可以未反应完全，也即代入步骤(5)的所述标准线性回归方程的曲线的积分面积可以为任何反应时刻获得的积分面积。本专利技术中，所述气体氟化物的红外光谱定量分析方法时，所需分析系统较佳地包括依次连接的一气体预热部分、一反应器部分、一冷凝收集部分和一尾气处理部分；所述气体预热部分用于预热反应气体，所述反应器部分为提供反应的场所，所述冷凝收集部分用于收集所述气体氟化物，所述尾气处理部分用于处理未被所述冷凝收集部分冷凝的气体；还包括一红外检测部分，所述红外检测部分与所述反应器部分相连接，用于实时检测所述反应器部分反应获得的产物。其中，根据本领域常识可知，在所述反应器部分放入反应金属后，进行反应前，需确定所述分析系统的气密性。若系统气密性好，较佳地需将所述分析系统的各部分(例如反应器部分、冷凝收集部分的管路和冷阱)进行加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体氟化物的红外光谱定量分析方法，其特征在于，其包括下述步骤：/n(1)气体氟化物制备过程中，取样不同反应时间的获得的气体混合物，进行红外光谱检测；每次红外光谱检测时，获得一组反应时间、单位压力吸光度；/n(2)以步骤(1)红外光谱检测的反应时间为横坐标，以所述单位压力吸光度为纵坐标，获得所述气体氟化物的单位压力吸光度变化曲线；/n(3)对于步骤(2)所述的单位压力吸光度变化曲线，所述单位压力吸光度相对所述反应时间进行积分获得的积分面积；收集步骤(1)制备过程中的所述气体氟化物；/n(4)至少重复步骤(1)-(3)三次，制备不同质量的所述气体氟化物，获得至少三组积分面积，相应的分别收集每组制得的气体氟化物质量；/n(5)以积分面积为横坐标，以制备过程中收集的气体氟化物质量为纵坐标，拟合获得标准线性回归方程；/n(6)任意反应投料制备所述气体氟化物，重复步骤(1)-(2)，获得气体氟化物的单位压力吸光度变化曲线，将曲线的积分面积代入步骤(5)的所述标准线性回归方程，即可获得该反应所得气体氟化物质量。/n

【技术特征摘要】
1.一种气体氟化物的红外光谱定量分析方法，其特征在于，其包括下述步骤：
(1)气体氟化物制备过程中，取样不同反应时间的获得的气体混合物，进行红外光谱检测；每次红外光谱检测时，获得一组反应时间、单位压力吸光度；
(2)以步骤(1)红外光谱检测的反应时间为横坐标，以所述单位压力吸光度为纵坐标，获得所述气体氟化物的单位压力吸光度变化曲线；
(3)对于步骤(2)所述的单位压力吸光度变化曲线，所述单位压力吸光度相对所述反应时间进行积分获得的积分面积；收集步骤(1)制备过程中的所述气体氟化物；
(4)至少重复步骤(1)-(3)三次，制备不同质量的所述气体氟化物，获得至少三组积分面积，相应的分别收集每组制得的气体氟化物质量；
(5)以积分面积为横坐标，以制备过程中收集的气体氟化物质量为纵坐标，拟合获得标准线性回归方程；
(6)任意反应投料制备所述气体氟化物，重复步骤(1)-(2)，获得气体氟化物的单位压力吸光度变化曲线，将曲线的积分面积代入步骤(5)的所述标准线性回归方程，即可获得该反应所得气体氟化物质量。


2.如权利要求1所述的气体氟化物的红外光谱定量分析方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的气体氟化物为腐蚀性气体氟化物；
和/或，步骤(1)中，所述的气体氟化物的制备方法为金属与F2进行反应；
和/或，步骤(1)中，所述取样的压力为0-100torr；
和/或，步骤(1)中，所述取样的次数只要能够获得步骤(2)中的所述气体氟化物的单位压力吸光度变化曲线即可。


3.如权利要求2所述的气体氟化物的红外光谱定量分析方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的气体氟化物为MoF6、UF6，WF6，ReF6，TcF6，PuF6或NpF6；
和/或，步骤(1)中，当所述气体氟化物为MoF6，采用金属Mo箔与F2进行反应获得；
和/或，步骤(1)中，所述取样的压力为0-50torr；
和/或，步骤(1)中，从开始反应，每3-5分钟，取样一次反应产生的混合气，记录1次气体红外光谱图，直至能够绘制所述气体氟化物的单位压力吸光度变化曲线，或者，直至反应完全。


4.如权利要求1所述的气体氟化物的红外光谱定量分析方法，其特征在于，步骤(3)中，所述气体氟化物质量为0-500mg；
和/或，步骤(3)中，通过下述步骤收集所述气体氟化物：(1)将反应产生的气体氟化物通入置于冷却介质中的冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：程治强，崔荣荣，窦强，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