铀材料分析中的无机与同位素质谱法研究进展

第24卷第1期核　化　学　与　放　射　化　学V ol.24N o.1 2002年2月Journal of Nuclear and RadiochemistryFeb.2002 收稿日期:2001207205;　修订日期:2001210217 作者简介:王孝荣(1972-),男,山西保德人,助理研究员,核化工专业。

文章编号:025329950(2002)0120016205铀中微量237Np 的分析王孝荣,林灿生,刘峻岭,朱国辉,王效英,李金英中国原子能科学研究院放射化学研究所,北京　102413摘要:建立了准确测定常量铀中微量镎的方法。

方法包括萃取色层法分离和质谱法测量。

对影响测定准确度的关键问题进行了讨论。

结果表明,全程Np 的回收率>80%,对U 的去污因子DF >1×106。

用该法成功地测定了后处理流程台架温实验水相铀产品中237Np 的含量。

关键词:镎;萃取色层;质谱;铀产品;分析中图分类号:O6141352 文献标识码:A 超铀元素镎的长寿命同位素237Np 是一个极毒核素(T 1/2=2.144×106a ),也是冷却后的乏燃料中镎的唯一同位素。

核燃料后处理对铀产品中镎的控制要求十分严格[1～4]。

国内一直没有很好地解决铀产品中微量镎的准确测定问题。

对于微量镎用放射性活度法测量灵敏度不够[5]。

选用灵敏度较高的质谱法(ICP/MS )进行定量测量,能满足实际要求,但存在两个技术难点:一是常量的238U 对微量的237Np 干扰很大,根据样品中铀镎比以及质谱法的要求,分离程序对铀的去污因子应大于1×106;二是质谱仪对237Np 测量效率的刻度。

本文将萃取色层法与质谱测量相结合,用237Np 标准溶液标定ICP/MS 对237Np 的测量效率,以239Np 为示踪剂校正分离程序的化学产额,以建立铀中微量镎的分析方法,并对后处理流程台架温实验的样品进行分析。

热电离质谱法测定铀同位素过程中铼灯丝氧化对目标铀离子形成的影响汤书婷;闫峻;王晓明;曾远;朱健铭;崔建勇【摘要】采用热电离质谱法 (thermal ionization mass spectrometry, TIMS) 测定铀同位素过程中, 质量分馏效应会引起同位素比值测量值偏离真值, 一般采用外标校正法对质量分馏效应进行校正, 这要求测量过程中标准物质和样品产生一致的质量分馏行为.因此, 除考虑点样的一致性外, 测量过程中产生单一的目标离子也非常重要.本研究采用热电离质谱技术考察了铼灯丝氧化对铀同位素测定的影响.将1μg铀以硝酸盐溶液的形式点于铼样品带上, 通过监测铀及其氧化物的离子流强度, 发现铀主要存在U+和UOx+ (x=1或2) 的电离形态, 并且灯丝表面氧化程度越高, UOx+的产率越高 (UOx+/U+可达到1) .实验结果表明, 灯丝去气过程过早使灯丝暴露于大气或点样过程中, 以及使用较高的样品蒸干电流都会加剧灯丝的氧化.控制灯丝表面氧化或点样过程中加入石墨, 可有效降低UOx+的产率, 提高目标离子的电离效率.全蒸发测量结果表明, UOx+离子流强度大小对测量结果无明显影响, 但通过降低UOx+的离子流强度, 可提高测量结果的重现性, 进而提高测量过程中分馏行为的一致性.该研究可为提高铀同位素测定过程中样品的利用率提供理论依据.%The effect of surface oxidation of rhenium filament on determination uranium isotope was carried out by thermal ionization mass spectrometry (TIMS) .The method for the mass spectrometric analysis of uranium was standardized by loading UO2 (NO3) 2 sample on the vaporization filament and monitoring the intensities of the metal and theoxide peaks.The results showed that the uranium was mainly ionized to U+and UOx+ (x=1 or2) .The yield of UOx+could increase with the change of vaporizationfilament current at constant ionization filament current (ion intensity ratio of UOx+/U+could get to 1) .The extent of oxidation of rhenium filament was higher, the oxide ion intensity was greater.Different degassing conditions, such as cooling duration times before venting were compared.The most efficient measurement to inhibit the oxide layer building up was to store the beads in vacuum condition until the samples were loaded.The higher dry current also could get the filaments to be pared to the chemical state of loading samples such as UO2 Cl2 and UO2 (NO3) 2, relatively small ion intensity was observed when the measurements of inhibiting oxidation of filament were taken.It was emphasized that NO-3 had not obvious effect on the formation of oxide ions.Decreasing surface oxidation of rhenium filament or loading the sample with colloidal graphite could decrease the formation of UOx+ions and improve sample utilization during analysis employed U+.The yield of UOx+did not affect the results of determination of uranium isotopic ratio using total evaporation mode, but decreasing the formation of UOx+ions could gain a high degree of sample ionization with element ion and reproducible sample fractionation, and then improve the reproducibility of the results.At last, an accurate results could be gained by mass fractionation correction using standards.This study can provide a basis for improving sample utilization during analysis of uranium isotope.【期刊名称】《质谱学报》【年(卷),期】2018(039)005【总页数】7页(P552-558)【关键词】热电离质谱 (TIMS);铼灯丝;表面氧化;铀同位素;铀氧化物离子【作者】汤书婷;闫峻;王晓明;曾远;朱健铭;崔建勇【作者单位】核工业北京地质研究院,北京 100029;核工业北京地质研究院,北京100029;核工业北京地质研究院,北京 100029;核工业北京地质研究院,北京100029;核工业北京地质研究院,北京 100029;核工业北京地质研究院,北京100029【正文语种】中文【中图分类】O657.63;O615.2热电离质谱法(thermal ionization mass spectrometry, TIMS)是一种单元素测定技术，主要用于同位素分析。

近十年我国非传统稳定同位素地球化学研究进展一、本文概述在过去的十年中，我国非传统稳定同位素地球化学研究取得了显著的进展，不仅在理论探索上取得了重大突破，还在实际应用中发挥了重要作用。

非传统稳定同位素，如硼、锌、镁等同位素，在地球化学领域的应用逐渐受到重视，为研究地球物质循环、生态环境变化、气候变化等科学问题提供了新的视角和工具。

本文将对近十年我国非传统稳定同位素地球化学研究的进展进行全面的概述和梳理。

我们将介绍非传统稳定同位素地球化学的基本概念和研究意义，阐述其在地球科学研究中的重要性。

我们将从研究方法和技术手段的角度，介绍我国在这一领域取得的创新性成果和突破。

我们还将探讨非传统稳定同位素在地球化学各个分支领域中的应用，如地壳演化、地幔动力学、海洋化学、生物地球化学等，展示其在解决实际问题中的潜力和价值。

我们将总结近十年我国非传统稳定同位素地球化学研究的成果和经验，展望未来的研究方向和前景。

我们相信，随着科学技术的不断发展和研究方法的不断创新，非传统稳定同位素地球化学将在地球科学研究中发挥越来越重要的作用，为我国地球科学事业的发展做出更大的贡献。

二、非传统稳定同位素地球化学的理论基础与技术方法非传统稳定同位素地球化学作为地球科学的一个分支，主要研究非传统稳定同位素（如锂、镁、硅、铁等元素的同位素）在地球系统中的分布、行为及其变化，从而揭示地球的形成、演化及环境变迁等科学问题。

其理论基础主要建立在大质量分馏理论、同位素地球化学平衡及同位素分馏动力学之上。

大质量分馏理论是指同位素之间由于质量差异导致的物理和化学行为的差异，这是非传统稳定同位素研究的基础。

同位素地球化学平衡则是指在一定条件下，同位素之间达到动态平衡，其比值反映了地球化学过程的信息。

同位素分馏动力学则关注同位素分馏过程中速率的变化，为理解地球化学过程的机制提供了重要线索。

在技术方法上，非传统稳定同位素地球化学主要依赖于高精度的同位素分析技术，如多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）和二次离子质谱（SIMS）等。

科学技术创新2020.02图43结论由于污水沉积物长方块1上有横向均匀分布的斜圆通孔3使水份在挥发时，形成烟道效应，带动斜圆通孔3中水份在挥发时快速流动，加快一种新型污水沉积物长方块18中的水份在不使用能源的情况下，快速挥发。

参考文献[1]秦康生.一种新型污水沉积物长方块[P].中国专利：2018215576667，2018-09-25.[2]秦康生.一种加工新型污水沉积物长方块的装置[P].中国专利：2018215576402，2018-09-25.[3]秦康生.一种加工新型污水沉积物长方块的夹具[P].中国专利：2018215576614，2018-09-25.[4]郑周胜，黄慧婷.地方政府行为与环境污染的空间面板分析[J].统计与信息论坛，2011（10）.电感耦合等离子体质谱法测定煤中锗、镓、铀李悦陈吉浩刘涛（陕西煤田地质化验测试有限公司，陕西西安710054）中国煤炭资源丰富，煤质良莠不齐，并且不同煤质的煤中金属元素的含量有较大的差异。

很多稀有金属元素都是在煤中提炼得到[1]，例如锗、镓、铀等，同时煤中锗、镓、铀含量测定也是煤地勘样品重要的指标之一[2]。

能够确切高效的测定煤中金属元素的含量对提高煤资源的开发应用有着重要的意义。

锗、镓是煤中宝贵的稀散元素，在电子工业以及其他方面应用广泛。

铀是在煤中含有，是天然放射性元素，同时还是核工业中的必要原料。

然而煤中的这些金属元进入环境中对生物和人体有着严重的危害，因此为了准确评价煤中锗、镓、铀等元素的环境效应，预防和控制其对环境的污染以及考虑其工业的利用价值，测定煤中锗、镓、铀元素的含量十分必要[3]。

国家对煤中锗、镓、铀的测定均制定了相应的标准，目前已经采用的方法分别有苯芴酮分光光度法、罗丹明B 分光光度法和Br-PADAP 分光光度法[4-6]。

这三种分析方法均为化学分析法，测定步骤较多，劳动强度大，工作效率低。

电感耦合等离子体质谱（ICP-MS ）是一种新型的元素和同位素检测分析技术，能够准确的测定多种金属元素以及非金属元素，并且相比其他仪器它具有灵敏度高、检出限低、选择性好等优点，该技术是元素分析非常先进的技术手段，能够广泛应用于多个领域，例如环境、核材料、冶金分析等领域。

铀同位素分离铀同位素分离的研究起始于第二次世界大战期间。

1938年O.哈恩等人发现铀核裂变释放出大量能量，从此美国和德国为获得武器级浓缩铀都开展了分离铀同位素的研究工作。

1942年美国建造了电磁分离、气体扩散和热扩散三个铀同位素分离工厂，并联合生产了战争期间所用的U235。

现在分离铀同位素的方法主要有气体扩散法、气体离心法、喷嘴法、激光法、化学交换法、等离子体法等。

具有工业价值的是气体扩散法和气体离心法，激光法的工业应用已经取得重大进展。

本文将对以上提及的几种铀同位素分离方法的原理及优缺点进行简要介绍。

1. 电磁分离法电磁同位素分离(EMIS)技术是20世纪40年代初在美国曼哈顿计划中开发出来的，目的是制造武器级高浓铀，但是不久以后被放弃。

然而，它后来又重新出现，成为1992年发现的伊拉克秘密武器铀浓缩计划的主攻方向。

该法是基于带电原子在磁场作圆周运动时，铀同位素质量不同的离子旋转半径不同而被分离的方法，与质谱仪原理相同。

通过形成低能离子的强电流束，并使这些低能离子在穿过巨大的电磁体时所产生的磁场来实现铀同位素分离，由于轻同位素与重同位素圆周运动半径不同而被分离。

但是该技术的能耗巨大，约为气体扩散技术的十倍。

2. 气体动力学分离法（喷嘴法）喷嘴法的原理是六氟化铀与氢（或氦）的气体混合物通过喷嘴吹向凹形壁，即让流动着的六氟化铀混合气体受到高速直线或离心的加速度，使较重的U238同位素比较轻的U235更靠近壁面，这样利用曲面末端的“刮板”可将气体分成浓缩铀和贫化铀的两股流，如右图所示喷嘴法的单级分离系数介于气体扩散法和离心法之间，比能耗和比投资与气体扩散法相当或略大。

1956年联邦德国用喷嘴法分离了六氟化铀，80年代与巴西联合投资准备筹建示范工厂。

南非研制的涡流管法也是一种气体动力学方法。

由于气体动力学法的比能耗和比投资都很高，已经成功应用扩散法的国家一般都不再研制气体动力学方法。

南非气体动力学分离厂也是由于耗电过大，在1995年关闭。

热电离质谱法测定国际比对氧化铀芯块中的铀同位素比值张继龙;黎春;王岚;武朝辉;Cole Hexel;周志波;杨丽芳;李多宏;谭西早【摘要】采用全蒸发-热电离质谱技术测量了国际比对二氧化铀样品中的铀同位素比值.比对结果表明,本实验室提交的234U/2388U、235U/238U和236U/238U 值与IAEA公布的参考值偏差分别为0.02％、-0.003％和0.97％,在实验室间分析测试能力评价中,Z(或ξ)分数分别是0.03(或0.05)、-0.05(或-0.07)和0.15(或0.25),均被评价为满意.【期刊名称】《铀矿地质》【年(卷),期】2019(035)001【总页数】6页(P38-43)【关键词】二氧化铀芯块;国际比对;铀同位素比;热电离质谱;全蒸发【作者】张继龙;黎春;王岚;武朝辉;Cole Hexel;周志波;杨丽芳;李多宏;谭西早【作者单位】国家核安保技术中心,北京,102401;国家核安保技术中心,北京,102401;国家核安保技术中心,北京,102401;国家核安保技术中心,北京,102401;核分析化学与同位素实验室,美国能源部橡树岭国家实验室,橡树岭美国田纳西州,37830;国家核安保技术中心,北京,102401;国家核安保技术中心,北京,102401;国家核安保技术中心,北京,102401;国家核安保技术中心,北京,102401【正文语种】中文【中图分类】O657.63国际原子能机构（IAEA）核保障分析办公室（SGAS）为评估其网络实验室、候选网络实验室以及其它实验室的核材料分析能力，举办了核材料分析实验室比对的系列性能测试活动（Nuclear Material Round Robin，简称NMRORO）。

在2013年和2015年分别举办了第1轮和第2轮NMRORO。

该系列活动的第3轮在2017年举办，其比对内容包括：关于克级二氧化铀芯块中铀同位素比值和铀含量测试的实验室分析能力。

铀的分析技术进展综述了近年来国内外铀分析检测技术的研究和应用状况。

对各种检测技术的方法、优缺点等进行了比较，并对新方法进行了简述介绍，最后针对不同的铀检测要求推荐了使用方法。

标签：铀；分析技术；进展铀资源是我国重要的战略资源和能源矿产，也是我国核工业发展的基础原料。

铀资源开发利用的同时，也将铀加速扩散到环境中。

铀的分析检测，对铀矿的开发利用，环境保护等方面有重要意义。

铀共有3种天然同位素，234U、235U 和238U，其中234U是238U的子体。

天然234U、235U和238U的丰度为0.00058%、0.72%和99.274%。

铀的测定方法较多，比较成熟的方法有固体荧光法、液体激光荧光法、分光光度法、α谱方法。

1 常见方法1.1 固体荧光法本方法将铀酰盐与氟化钠在一定的温度下熔融制成氟化钠-铀熔珠或片，在特定波长的紫外光照射下，产生的荧光强度与铀浓度成正比，再将已知浓度的铀制成标准比对品，用相对比较法即可得出待测样品的铀的含量。

该方法可用于测量天然水、土壤、沉积物、生物和大气中的铀[1]。

1.2 液体激光荧光法该方法利用铀酰离子与荧光增强剂生成具有很高荧光效率的稳定的络合物，在氮激光器发射的波长为337.1nm的单色光照射下，发出波长为500、522和546nm的黄绿色荧光，产生的荧光强度在一定范围内同铀含量成正比。

该方法可直接测量水中铀的含量，其他样品需溶解后，使其中的铀元素转为铀酰离子[2]。

1.3 分光光度法用硝酸和高氯酸对生物样品灰进行浸取，溶液经磷酸盐沉淀来富集铀和钍，在盐析剂硝酸铝存在下以N235从硝酸溶液中同时萃取铀和钍。

N235是一种和三正辛胺相似的混合三烷基叔胺。

首先用8mol/L盐酸溶液反萃取钍，经反萃取钍后的有机相用0.2mol/L硝酸溶液反萃取铀。

用锌粒还原铀为正4价后，以铀试剂Ⅲ显色进行分光光度测定铀[3-4]。

1.4 α谱方法α谱方法可同时测量3种天然铀同位素，通过α射线的特征峰位置来定性，通过特征峰面积大小来定量。

重铀酸铵中铀235含量-回复题目：重铀酸铵中铀235的含量测定方法及其应用引言：重铀酸铵是一种重要的铀化合物，在核工业中广泛应用。

其中含有铀235同位素，对于核材料的质量控制和安全性评估具有重要意义。

本文将详细介绍重铀酸铵中铀235的含量测定方法及其应用，以期为核材料相关研究提供帮助。

一、重铀酸铵中铀235含量测定方法的基本原理在重铀酸铵中，铀235和铀238存在着同位素分离。

铀235是一种可裂变核素，具有丰富的应用价值。

铀化合物中铀235的含量通常用其同位素丰度表示，而同位素丰度的测定方法主要依靠质谱技术。

质谱技术有多种不同的应用方式，其中包括质谱仪和放射性测定方法。

质谱仪涉及质谱分析和质谱质量计，是测量质子、中子、电子、正电子、光子等粒子质量的主要手段。

放射性测定方法则通过测量样品中的放射性衰变并进行计数，以得出同位素的含量。

根据以上原理，下面将详细介绍几种常用的重铀酸铵中铀235含量测定方法。

二、重铀酸铵中铀235含量测定方法的具体步骤1. 纯化重铀酸铵样品：将重铀酸铵样品通过浓硝酸和硫酸等化学方法进行纯化，去除杂质。

2. 放射性测定方法：a. 提取铀235：利用溶液萃取、离子交换等方法，将铀235与重铀酸铵样品中的其他同位素分离开。

b. 放射性测定：将纯化后的铀235溶液进行放射性计数，获得铀235的计数结果。

c. 同位素丰度计算：通过比较铀235的计数结果和总铀计数结果，计算出铀235的同位素丰度。

3. 质谱技术方法：a. 提取铀235：利用溶液萃取、气体扩散等方法，将铀235与重铀酸铵样品中的其他同位素分离开。

b. 质谱分析：将铀235样品通过质谱仪进行质谱分析，获得铀235的质量谱图。

c. 同位素丰度计算：通过质谱分析结果，计算出铀235的同位素丰度。

三、应用与前景重铀酸铵中铀235含量的准确测定对于核材料的质量控制、安全性评估以及核反应堆运行状态的监测具有重要意义。

1. 核材料质量控制：通过测定重铀酸铵中铀235的含量，可以评估核材料的纯度和同位素分离效果，保证核材料的品质。

放射性核素的研究进展张如金;王帅;黄德娟;朱业安【摘要】本文综述了放射性核素迁移变化的历史发展进程和研究现状、主要的研究方法、内容以及部分研究成果,并着重研究了铀矿区土壤环境中放射性核素的迁移、影响核素迁移的因素、对人体健康带来的危害、以及一些特殊核素的迁移的现状与进展,并对当前存在的某些问题制定了合适的解决方案,并为今后的研究方向做出了科学的指导和提供了理论支撑.【期刊名称】《江西化工》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P1-4)【关键词】放射性核素;迁移;土壤环境;研究进展【作者】张如金;王帅;黄德娟;朱业安【作者单位】东华理工大学化学生物材料学院,江西南昌330013;东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室,江西南昌330013;江西省质谱科学与仪器重点实验室,江西南昌330013;东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室,江西南昌330013;江西省质谱科学与仪器重点实验室,江西南昌330013;东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室,江西南昌330013;江西省质谱科学与仪器重点实验室,江西南昌330013;东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室,江西南昌330013【正文语种】中文居里夫妇发现放射性核素是化学发展史上一项重要的里程碑事件，其后产生了一门与其息息相关、祸福与共的技术——核技术，并对世界的发展产生了深远影响。

仅仅过去半个的世纪，核技术已被广泛应用于军事、能源、航天、工业等与人类生活休戚相关的各个领域，随之而来的放射性核素污染已经成为当今全人类必须解决的环境污染问题[1]。

土壤是陆地自然生态系统的亚系统，是陆生生物赖以生存和发展的基础，也是环境转移放射性污染物质的重要介质之一[2]。

与环境中其他形式的污染不同，放射性污染是不容易被察觉的，但容易在生物体内积累，因此对生态系统会产生难以估量的影响。

所以，研究土壤放射性污染特点以及对生态系统和人类健康的影响成为污染生态学的前沿课题之一，而且对土壤放射性污染修复技术研究的重要性也变得越来越突出了。

水中铀同位素的分析方法及其验证李周;李鹏翔;张静;高泽全;保莉【摘要】针时水中铀同位紊的分析进行了流程设计.以232U标准溶液作为实时产额示踪剂,采用微量的Fe (OH)3沉淀对核素进行富集,利用阴离子交换树脂对核素进行纯化,电镀制源后置于α谱仪中测量.利用IAEA国际比对样品对分析流程进行了验证,验证结果表明,报出值与目标值的相对标准偏差均在±10％以内,评价结果良好.该方法可以应用于水中铀同位素的分析测量.【期刊名称】《四川环境》【年(卷),期】2016(035)005【总页数】4页(P37-40)【关键词】水样品;铀同位素;232U示踪剂;IAEA;方法验证【作者】李周;李鹏翔;张静;高泽全;保莉【作者单位】中国辐射防护研究院核环境科学研究所,太原030006;中国辐射防护研究院核环境科学研究所,太原030006;中国辐射防护研究院核环境科学研究所,太原030006;中国辐射防护研究院核环境科学研究所,太原030006;中国辐射防护研究院核环境科学研究所,太原030006【正文语种】中文【中图分类】X837铀是天然放射性核素，属锕系元素，广泛存在于各种环境介质中，它的散布方式包括风、降水、地质过程等。

铀作为一种核燃料，在核燃料循环过程中扮演着十分重要的角色，核燃料生产及其他核活动会向环境中释放铀。

出于废物管理及环境保护等目的，对各种环境介质中的铀同位素进行监测是十分必要的[1-2]。

自然界中铀的同位素主要有3种，包括238U(丰度为99.274%)、235U(丰度为0.72%)和234U(丰度为0.005 8%)，均为长半衰期核素。

铀能通过多种途径进入人体，食入是重要的途径之一，其中绝大部分会随着尿液排出，而小部分会沉积在骨骼和肾脏中[3]。

铀的测定方法很多，包括激光荧光法、α光谱法、质谱法等。

α光谱法是目前主要采用的测量手段，该方法可给出各核素的测量能谱，在各核素能量之间有一定差异的情况下，可以实现核素的有效区分，探测限水平较低，可以达到10-4 Bq水平，能够满足绝大部分样品的测量要求，与质谱法相比最大的优点是仪器相对便宜，有利于推广使用。