超声雾化电感耦合等离子体发射光谱法测定二氧化铀中痕量钐、铕、钆、镝

摘要：二氧化铀样品用HC1溶解，经过阴离子交换树脂和CL-PMBP萃淋树脂两步分离，超声雾化ICP—AES法同时测定其中的钐、铕、钆、镝含量。方法回收率在90％～113％之间，相对标准偏差小于5％。

关键词：超声雾化；ICP—AES；化学分离；二氧化铀；稀土元素

核燃料中钐、铕、钆、镝等稀土元素有很大的热中子俘获截面，直接影响到核燃料的性能和质量。因此，必须对核燃料中的稀土杂质含量进行控制和准确的测定。以往一般采用以电弧为光源的化学光谱法测定铀化合物中的稀土杂质元素，近年来以ICP—AES法测定稀土杂质元素也有报道，但这些方法所采用的分离法的分离周期一般都较长，操作繁琐，受外界的影响因素较多。本实验在分离方面采用强碱性阴离子交换树脂和萃淋树脂两步分离法将铀与其中非稀土杂质和稀土杂质元素相分离；在样品雾化方面利用超声雾化，选择理想的分析条件，ICP—AES法同时测定其中的痕量稀土杂质。

1实验部分

1．1仪器及工作条件

ARL-3580B，ICP／DC单道+多道真空型光量计，光谱范围170800n／n，光栅刻线1080条／mm。正向功率650W，反射功率<10w，振荡频率27．12MHz。等离子气流量0．8L／min，载气流量0．5L／min，冷却气流量7．5L／min。蠕动泵进样速率1．3mlJmin。超声波雾化器，功率20w，振荡频率1．7MHz，去溶温度140oC。积分时间多道10S、单道5S，观测高度15min。

1．2试剂及装置

钐、铕、钆、镝的氧化物均为光谱纯；HCl(优级纯，热扩散纯化)；HNO3(优级纯，二次蒸馏纯化)；水为去离子水(二次蒸馏)。

色层柱制备：阴离子交换树脂色层柱(9×300min)，湿法装入27 mL 201×4型强碱性阴离子交换树脂(0．25～0．55min)，HC1(1+1)洗柱至合格，水洗至中性；萃淋树脂色层柱(6×70min)，称取0．5gCL—PMBP萃淋树脂(0．125～0．175min)，加入适量水，在不断搅拌下滴加数滴乙醇至树脂完全沉于水中，湿法装柱，用10 mL HC1(1+1)洗柱，再用水洗至中性。

标准溶液：单个稀土氧化物经850℃灼烧2h后，准确称量配制成3mol／L HC1介质、单个稀土质量浓度为1．0mg／mL的贮备液，用时，用各贮备液配制成3mol／LHC1介质的标准系列，见表1。

1．3实验方法

称取二氧化铀试样1．0g(精确至0．0001g)置于100mL石英坩埚中，加入适量稀HC1和几滴HNO3，加热，试样溶解后蒸至近干，用9mol／L HC1转移至已平衡好的阴离子交换柱上，9mol／L HC1溶液淋洗，流速为0．6mL／min，弃去前9mL，收集21mL淋洗液，将收集液蒸干，加几滴1mol／L HC1溶液溶解干渣，2mol／L NaOH溶液调pH至3．5～4，然后转移至已平衡好的萃淋树脂分离柱上，控制流速0．4mL／min，8mL pH3．5～4．0的HC1溶液淋洗非稀土杂质，再用1mol／L HC1洗脱稀土，收集5mL洗脱液，蒸干。3mol／L HC1溶解残渣并定容至10mL，按给定的工作条件，超声雾化，ICP—AES法测定其中的稀土含量。

2结果和讨论

2．1化学分离条件的选择

2．1．1铀与杂质元素的分离

铀在阴离子交换树脂上的交换能力随HC1浓度增加而增大，当HC1浓度大于8mol／L时，铀的交换能力趋于稳定，本实验选用9mol／L HC1分离基体铀和杂质元素，弃去前9mL，收集后21mL淋洗液可使铀和杂质元素基本分离完全。

2．1．2非稀土杂质与稀土杂质元素的分离

分离稀土与非稀土元素一般采用PMBP萃取法6，本方法采用CL-PMBP萃淋树脂色层分离法，结果表明，CL-PMBP较PMBP使用方便、性能稳定、且PMBP溶解乳化的丢失减少，不易流失。实验结果表明，当选用pH3．5—4的HC1溶液淋洗时，淋洗8mL大多非稀土元素均被淋洗下来，而稀土可稳定地吸附在色层柱上，选用1mol／LHC1，5mL可洗脱完全稀土。

2．2元素干扰实验及分析线的选择

经过CL-PMBP萃淋树脂分离，Cr等元素不能与稀土元素完全分离，干扰实验表明，当Cr≤250μg／mL时，基本上不影响稀土杂质的测定结果。本实验用250μg／mL Cr和高号标准溶液进行多道和单道扫描，观察光谱干扰情况，以分析元素的谱线不受或少受光谱干扰为原则选择元素分析线，同时确定背景扣除的位置，见表2。

2．3酸度影响实验

实验结果表明，各待测稀土杂质元素的谱线强度值随待测溶液介质HC1浓度的增大而逐渐减弱，酸度小于3mol／L时，影响不明显，大于3mol／L时则显著。因此，待测溶液的酸度选择为3mol／L且与标准溶液保持一致。

2．4载气流量的选择

载气流量、观测高度和功率是ICP-AES法的三要素。载气流量一方面影响样品提升量和进入ICP中的量，另一方面影响分析物在ICP中的停留时间和对分析物的稀释作用。本实验在功率650W和观测高度15min的情况下，对载气流量进行选择，逐渐增大载气流量，当达0．5L／min时，各待测稀土元素的信背比出现最大值，再进一步增大时，信背比变小。

2．5雾化器的选择

一般气动雾化器的雾化效率只有3％~5％，大约95％的雾珠由于颗粒大不能悬浮于载气流中，而排出雾室之外，但超声波雾化器却能产生颗粒较细(一般在几微米以下)、粒度分布比较均匀、密度较大的气溶胶，其雾化效率达20％以上，检出限较普通气动雾化器可提高一个数量级以上(见表2)。另外本实验采用去溶进样系统，这样可以减少OH分子带状光谱对待测元素分析线的干扰。对于二氧化铀中痕量的稀土杂质元素测定，本实验选择超声波雾化器。

2．6去溶温度的选择

在利用超声雾化时，本实验对120~180℃的去溶温度进行试验，随着去溶温度的升高，稀土元素的谱线强度增强，但记忆效应也同时增强，因温度太高也易损坏加热器，本实验选择去溶温度为140℃。

2．7方法精密度和准确度实验

以选定的条件，对样品加入标准作回收实验(见表3)，结果表明，回收率在90％113％之间，相对标准偏差小于5％。

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