IC-MC-ICP-MS測(cè)量環(huán)境水樣品中钚同位素比值的方法研究

胡曉楠，李力力，陳　彥，朱留超，常　利

(中國(guó)原子能科學(xué)研究院放射化學(xué)研究所，北京　102413)

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IC-MC-ICP-MS測(cè)量環(huán)境水樣品中钚同位素比值的方法研究

胡曉楠，李力力，陳彥，朱留超，常利

(中國(guó)原子能科學(xué)研究院放射化學(xué)研究所，北京102413)

為了實(shí)現(xiàn)快速分離钚與其他基體，準(zhǔn)確測(cè)定钚同位素比值，建立了離子色譜(IC)與多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜(MC-ICP-MS)聯(lián)用測(cè)定環(huán)境水樣品中钚同位素比值的方法。實(shí)驗(yàn)選取7.5 mol/L硝酸作為色譜柱的上柱液， 以0.35 mol/L HNO3和0.01 mol/L HF的混合溶液為淋洗液，用Pu計(jì)數(shù)最高點(diǎn)法(peak apex ratio)作為最終同位素比值的測(cè)定方法。實(shí)驗(yàn)對(duì)模擬環(huán)境水樣進(jìn)行測(cè)定，測(cè)量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.50%，與Pu標(biāo)準(zhǔn)同位素比值的相對(duì)偏差為5.7%。采用該方法對(duì)實(shí)際環(huán)境水樣品進(jìn)行測(cè)定，測(cè)量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.97%，與傳統(tǒng)的TBP-7402色譜柱離線分離法測(cè)量的钚同位素比值進(jìn)行對(duì)比，相對(duì)偏差為1.3%。結(jié)果表明，該方法的樣品預(yù)處理簡(jiǎn)單、分離速度快、結(jié)果可靠，具有廣闊的應(yīng)用前景。

環(huán)境水樣品；钚；離子色譜(IC)；多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜(MC-ICP-MS)

環(huán)境取樣分析是國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)核保障的重要技術(shù)之一，是發(fā)現(xiàn)未申報(bào)核活動(dòng)的重要手段[1-3]。钚是核保障核查中關(guān)注的重要元素，钚的整體分析技術(shù)是獲得環(huán)境擦拭樣品中钚同位素信息的重要方法。相較于其他超痕量钚的分析方法(如激光共振電離質(zhì)譜、加速器質(zhì)譜、中子活化分析、熱電離質(zhì)譜等)，多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜(MC-ICP-MS)法具有分析速度快、靈敏度高、測(cè)量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，是測(cè)量環(huán)境樣品中钚同位素比值的理想方法[4]。環(huán)境水樣品中钚元素濃度為10-12g/g量級(jí)，鈾元素濃度為10-9g/g量級(jí)[6-7]，因此在測(cè)量時(shí)需對(duì)水樣品進(jìn)行濃縮。采用質(zhì)譜法測(cè)定環(huán)境水樣品中痕量或者超痕量钚時(shí)，除其他基體干擾外，239Pu的測(cè)定結(jié)果主要受樣品中238U與1H形成的238U1H+影響。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[8]，MC-ICP-MS在常規(guī)運(yùn)行時(shí)，要實(shí)現(xiàn)Pu同位素的精確測(cè)定，要求待測(cè)液中鈾含量小于10-10g/g，故將環(huán)境水樣品中鈾、钚進(jìn)行高效分離是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵因素之一。離子色譜(IC)法利用離子交換樹(shù)脂對(duì)不同離子親和力的不同將元素分離，由于離子色譜柱對(duì)樣品中的鹽分不敏感，更適合環(huán)境水樣品的分離分析。將IC與MC-ICP-MS聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)IC的高分離能力與MC-ICP-MS的高分辨能力及準(zhǔn)確的同位素比值測(cè)量能力相結(jié)合，可提高樣品的分析效率。GüNTHER-LEOPOLD等[5]將HPLC-MC-ICP-MS應(yīng)用于核燃料廢液的鈾钚分離，并進(jìn)行钚同位素比值測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較好。

本研究擬將IC與MC-ICP-MS聯(lián)用，通過(guò)離子色譜柱的選擇，色譜柱、淋洗液組成、鈾钚分離流程的優(yōu)化等實(shí)驗(yàn)條件，實(shí)現(xiàn)钚與其他基體元素的分離和痕量钚同位素比值的準(zhǔn)確測(cè)定，并通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品、模擬核設(shè)施廢水樣品、實(shí)際的放化實(shí)驗(yàn)室廢水樣品進(jìn)行測(cè)定，驗(yàn)證該方法的可靠性。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑和儀器

Isoprobe型MC-ICP-MS：英國(guó)GV公司產(chǎn)品；ICS-5000型離子色譜儀(Ionpac AS4A-SC型弱堿性陰離子色譜柱)：美國(guó)戴安公司產(chǎn)品；超純水裝置：美國(guó)Millipore公司產(chǎn)品；BP211D精密電子天平：德國(guó)賽多利斯股份公司產(chǎn)品；TDL型低速離心機(jī)：美國(guó)Agilent公司產(chǎn)品；TBP萃淋樹(shù)脂、7402萃淋樹(shù)脂：60～80目，均由核工業(yè)化工冶金研究院提供；硝酸：分析純，北京化學(xué)試劑研究所產(chǎn)品；亞硝酸鈉、氫氟酸：分析純，均為北京益利精細(xì)化學(xué)品有限公司產(chǎn)品；U標(biāo)準(zhǔn)溶液(GBW(E)080173，100×10-6，5%HNO3)：由核工業(yè)化工冶金研究院提供；Pu標(biāo)準(zhǔn)溶液，四水硫酸钚標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.1～0.2 g/g)，實(shí)驗(yàn)室工作標(biāo)準(zhǔn)，n(240Pu)/n(239Pu)=0.406 833(0.088%，k=2)。

1.2實(shí)驗(yàn)原理

在水溶液中，Pu4+是最穩(wěn)定的價(jià)態(tài)，即使在較高濃度的硝酸溶液中也幾乎不發(fā)生氧化反應(yīng)。當(dāng)HNO3的濃度大于7 mol/L時(shí)，Pu4+可與硝酸根有效絡(luò)合為[Pu(NO3)5]-和[Pu(NO3)6]2-，進(jìn)而被陰離子色譜柱吸附，而在此酸度下，鈾酰離子不會(huì)形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，因此可將鈾去除。然后，再用0.35 mol/L HNO3溶液將钚洗脫下來(lái)，實(shí)現(xiàn)鈾、钚的準(zhǔn)確分離。在分析樣品之前，應(yīng)使用NaNO2溶液將Pu調(diào)至穩(wěn)定的價(jià)態(tài)，即保證Pu以Pu4+形式存在，氧化后使用加熱方式去除過(guò)量的NO2-[9]。

1.3樣品制備

由于IC和MC-ICP-MS對(duì)進(jìn)樣液有一定的要求，實(shí)際的環(huán)境樣品中含有較多雜質(zhì)，會(huì)干擾鈾、钚的分離及钚同位素比值的測(cè)定。因此，本實(shí)驗(yàn)從簡(jiǎn)單基體著手，首先進(jìn)行鈾钚標(biāo)準(zhǔn)溶液的分離與測(cè)定，然后進(jìn)行模擬環(huán)境水樣品的分離與測(cè)定，最后通過(guò)實(shí)際環(huán)境水樣品的分離與測(cè)定來(lái)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方法的可靠性。

1.3.1鈾、钚標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備取1 mL 钚標(biāo)準(zhǔn)溶液，用去離子水稀釋至5 mL，加入0.1 mL 4 mol/L NaNO2溶液將Pu氧化為Pu4+，靜置，待多余的NO2-分解后，加入4.9 mL 鈾標(biāo)準(zhǔn)溶液，搖勻后加入10 mL 15 mol/L HNO3溶液，將樣品液的硝酸濃度調(diào)至7～8 mol/L。此樣品中，U的濃度為25×10-6g/g，Pu的濃度約為5×10-9g/g，共得到20 mL鈾钚標(biāo)準(zhǔn)溶液，待測(cè)。

1.3.2模擬核設(shè)施廢水樣品的制備從本實(shí)驗(yàn)室曾測(cè)量過(guò)的核設(shè)施排出廢水樣品數(shù)據(jù)可知，鹽分的主要組成為硝酸鉀及硝酸鈉，含量約為60 g/L。本實(shí)驗(yàn)以硝酸鈉為代表，取20 mL 1.3.1節(jié)制備的鈾钚標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入1.2 g硝酸鈉，模擬核設(shè)施廢液樣品中鹽分組成，研究離子色譜柱對(duì)鹽分的敏感度。

1.3.3實(shí)際的放化實(shí)驗(yàn)室廢水樣品的前處理

從放射化學(xué)實(shí)驗(yàn)室取得兩組廢水樣品，為滿足MC-ICP-MS檢測(cè)限的要求，每組樣品取50 L。通過(guò)加熱蒸發(fā)對(duì)樣品進(jìn)行減容處理，待溶液蒸至近干時(shí)，用15 mL 7.5 mol/L HNO3溶液浸取沉淀15 min后，以2 500 r/min離心5 min，留存上清液；用5 mL 7.5 mol/L HNO3溶液浸取沉淀1次，并于同樣條件下進(jìn)行離心操作，合并2次上清液；經(jīng)45 μm濾膜過(guò)濾，濾液蒸干后，加入5 mL 7.5 mol/L HNO3溶液，使其酸濃度與色譜柱平衡酸濃度保持一致，待測(cè)。

1.3.4TBP-7402色譜柱環(huán)境水樣品分析過(guò)程

使用濕法裝柱法將TBP-7402色譜柱裝好，靜置平衡12 h。用1.3.3節(jié)方法處理水樣品，將處理好的水樣上柱，用15 mL 6 mol/L HNO3平衡TBP色譜柱，分多次洗滌原燒杯，洗滌液以2 mL/min流速通過(guò)色譜柱。用30 mL 3 mol/L HNO3和0.02 mol/L 氨基磺酸亞鐵溶液還原解吸钚，流速1 mL/min。向钚解吸液中加入0.2 mL 4 mol/L NaNO2氧化钚，反應(yīng)完全后，加熱分解多余的NaNO2，上7402色譜柱。用10 mL 3 mol/L HNO3多次洗滌原燒杯，洗滌液以2 mL/min流速通過(guò)色譜柱。依次用20 mL 6 mol/L HCl和30 mL 3 mol/L HNO3淋洗色譜柱，流速與吸附流速相同。用10 mL 0.15 mol/L HNO3-0.025 mol/L草酸溶液以0.5 mL/min流速解吸钚，解吸液直接用于質(zhì)譜測(cè)量。

多源流理論認(rèn)為，指標(biāo)、焦點(diǎn)事件和反饋構(gòu)成了政策議程的觸發(fā)機(jī)制，有助于公共問(wèn)題被界定為政策議題。在我國(guó)計(jì)劃生育政策變遷的過(guò)程中，媒體扮演了觸發(fā)機(jī)制里的工具性角色，通過(guò)構(gòu)建明晰指標(biāo)、推動(dòng)焦點(diǎn)事件、強(qiáng)化問(wèn)題反饋，提升了政策變遷觸發(fā)機(jī)制的效果。

1.4IC-MC-ICP-MS聯(lián)用的實(shí)現(xiàn)

使用7.6 mol/L HNO3作為離子色譜柱的上柱液，進(jìn)樣速度為1 mL/min。10 min后，樣品液由進(jìn)樣環(huán)通過(guò)輸液泵進(jìn)入離子色譜柱中，收集流出液(此時(shí)樣品液中的鈾在流出液中)。上柱完成后，以0.35 mol/L HNO3與0.01 mol/L HF的混合溶液作為淋洗液將钚淋洗下來(lái)，淋洗速度為0.1 mL/min，收集淋洗液。使用20 mL液閃瓶收集洗脫液，1 mL 質(zhì)譜進(jìn)樣小瓶收集Pu淋洗液，采用兩通閥直接連接質(zhì)譜儀與離子色譜儀。由于淋洗液酸度與質(zhì)譜適宜的進(jìn)樣液酸度相同，可直接進(jìn)行MC-ICP-MS钚同位素比值的測(cè)定。樣品平行測(cè)定12次，每次用時(shí)10 s，共消耗200 μL進(jìn)樣液。所有的分離實(shí)驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行。

離子色譜系統(tǒng)與MC-ICP-MS系統(tǒng)間的接口是聯(lián)用技術(shù)的關(guān)鍵，它協(xié)調(diào)著色譜系統(tǒng)和質(zhì)譜系統(tǒng)的輸出和輸入速率，接口的存在既要不影響前一級(jí)色譜儀器對(duì)組分的分離性能，又要同時(shí)滿足后一級(jí)儀器對(duì)進(jìn)樣的要求和儀器的工作條件[10]。由于IC淋洗液與MC-ICP-MS進(jìn)樣液的組成相同，流速一致，故采用PEEK兩通閥直接將兩臺(tái)儀器連接進(jìn)行色質(zhì)聯(lián)用。PEEK兩通閥能夠耐受強(qiáng)酸的侵蝕，且死體積很小，連接十分緊密。聯(lián)用時(shí)，在收集上柱液和淋洗液時(shí)打開(kāi)兩通閥，直接使用液閃瓶收集液體，當(dāng)淋洗液開(kāi)始進(jìn)入色譜柱時(shí)，關(guān)閉兩通閥進(jìn)樣即可，聯(lián)用示意圖示于圖1。

圖1　IC-MC-ICP-MS聯(lián)用示意圖Fig.1　Sketch map of IC-MC-ICP-MS

2　結(jié)果與討論

2.1離子色譜法分離鈾钚的條件優(yōu)化

2.1.1離子色譜柱的選擇根據(jù)鈾和钚的分離機(jī)理，選取戴安公司生產(chǎn)的AS4A-SC、AS14A、AS22A三種陰離子色譜柱作為分離柱，考察其對(duì)鈾钚分離的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，只有AS4A-SC型弱堿性陰離子色譜柱可以完成鈾钚的分離工作，而AS14A型和AS22A型強(qiáng)堿性陰離子色譜柱在1.2.2節(jié)中的上柱液和淋洗液條件下，均不能吸附钚的絡(luò)合離子，無(wú)法完成鈾钚的分離工作。這可能是因?yàn)殛庪x子色譜柱一般的工作環(huán)境為堿性，而本實(shí)驗(yàn)的上柱分離過(guò)程均在強(qiáng)酸性條件下進(jìn)行，強(qiáng)酸對(duì)色譜柱產(chǎn)生了破壞，導(dǎo)致強(qiáng)堿性陰離子色譜柱的柱效降低，對(duì)陰離子絡(luò)合物的親和力下降，致使鈾钚無(wú)法分離。因此，本實(shí)驗(yàn)采用AS4A-SC型弱堿性陰離子色譜柱進(jìn)行鈾钚分離。

2.1.2最佳色譜柱條件的確定根據(jù)文獻(xiàn)[11]，推斷最佳色譜柱上柱液的HNO3濃度應(yīng)在7～8 mol/L范圍內(nèi)，故使用配制的鈾钚標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液進(jìn)行上柱液硝酸濃度條件實(shí)驗(yàn)。分別選取濃度為7.0、7.2、7.4、7.6、7.8 mol/L 上柱液硝酸，在MC-ICP-MS上測(cè)定其分離后钚的計(jì)數(shù)，結(jié)果示于圖2?？梢钥闯?，雖然上柱液硝酸濃度不斷變化，但钚的同位素總計(jì)數(shù)均在12 000左右，沒(méi)有明顯變化，故認(rèn)為7～8 mol/L硝酸能保證钚的有效上柱。

圖2　上柱液的硝酸濃度與钚總計(jì)數(shù)的關(guān)系Fig.2　Relationship between the acidity of column and the counts of Pu

由于實(shí)驗(yàn)分離得到的鈾溶液酸度為7.5 mol/L，不符合MC-ICP-MS進(jìn)樣條件，故取1 mL鈾洗脫液，加入15 mL去離子水將其稀釋，根據(jù)1.3.1節(jié)制備的標(biāo)準(zhǔn)樣品液濃度,推算其中鈾的濃度為3.906 3×10-9g/g。分別制備1.0×10-9、2.0×10-9、4.0×10-9、6.0×10-9、1.0×10-8g/g鈾標(biāo)準(zhǔn)溶液，使用MC-ICP-MS進(jìn)行鈾濃度的測(cè)定，繪制鈾濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線，該曲線線性關(guān)系良好，示于圖3。

圖3　鈾的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3　Standard curve of uranium

表1　鈾回收率的測(cè)定

注：1.0.35 mol/L HNO3+0.01 mol/L HF；2.0.2 mol/L HNO3+0.01 mol/L HF；3.0.35 mol/L HNO3+0.05 mol/L HF圖4　不同洗脫液組成與钚計(jì)數(shù)的關(guān)系Fig.4　Relationship between the eluent composition and the counts of Pu

2.1.3最佳洗脫液組成的確定實(shí)驗(yàn)最初采用0.35 mol/L HNO3溶液作為洗脫液，該洗脫液可以將钚洗脫，但钚的計(jì)數(shù)較低；隨后采用文獻(xiàn)[12]提到的用0.35 mol/L HNO3與0.01 mol/L HF的混合溶液作為淋洗液，此時(shí)钚的計(jì)數(shù)有明顯提升。為了研究HNO3濃度和HF濃度對(duì)洗脫效果的影響，配制了0.35 mol/L HNO3+0.01 mol/L HF、0.2 mol/L HNO3+0.01 mol/L HF、0.35 mol/L HNO3+0.05 mol/L HF 3組洗脫液，利用MC-ICP-MS對(duì)鈾钚分離后钚同位素的總計(jì)數(shù)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果示于圖4。可見(jiàn)，當(dāng)HNO3濃度降低或HF濃度升高時(shí)，钚的計(jì)數(shù)均有明顯降低，說(shuō)明淋洗液的淋洗能力下降。

3種組成淋洗液所形成的淋洗曲線峰型示于圖5。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，峰型并未發(fā)生明顯的變化。因此，本實(shí)驗(yàn)參考文獻(xiàn)[12]選用0.35 mol/L HNO3+0.01 mol/L HF混合溶液作為淋洗液。

圖5　淋洗液組成不同時(shí)，淋洗曲線對(duì)比情況Fig.5　Intercomparison of elution curves with different eluent compositions

2.2最優(yōu)動(dòng)態(tài)同位素比值測(cè)定方法

使用IC與MC-ICP-MS聯(lián)用分析樣品中钚同位素比值時(shí)，MC-ICP-MS可以同時(shí)對(duì)各個(gè)同位素產(chǎn)生的離子流進(jìn)行靜態(tài)檢測(cè)，使離子流得到全接收。由于是同時(shí)接收，故不受離子流信號(hào)強(qiáng)度不穩(wěn)定因素的影響。但是，由于钚洗脫時(shí)，钚的濃度是不斷變化的，使得钚的同位素不斷變動(dòng)，即，在低濃度部分，钚同位素比值波動(dòng)較大；在高濃度部分，钚同位素比值波動(dòng)較小。同位素比值計(jì)算方法主要有3種：1) 用Pu計(jì)數(shù)最高點(diǎn)處的同位素比值為最終同位素比值；2) 以隨濃度變化的同位素比值的平均值為最終同位素比值；3) 用同位素峰面積求和計(jì)算同位素比值[13]。

對(duì)3組鈾钚標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行钚同位素比值的在線測(cè)量，在優(yōu)化的儀器條件下，測(cè)得的钚同位素比值列于表2。

分別使用3種方法對(duì)所測(cè)得的同位素比值進(jìn)行處理，對(duì)比結(jié)果列于表3?？梢钥闯觯寒?dāng)儀器信號(hào)穩(wěn)定時(shí)(樣品1、2)，3種方法所得的钚同位素比值非常接近；當(dāng)儀器信號(hào)產(chǎn)生波動(dòng)時(shí)(樣品3)，方法2)、3)會(huì)由于信號(hào)的波動(dòng)產(chǎn)生較大的偏差，而方法1)測(cè)得的钚同位素比值較為穩(wěn)定。同時(shí)，對(duì)于3種樣品，通過(guò)濃度最高點(diǎn)法測(cè)得的Pu同位素比值與離線全接收法得到的測(cè)定值(0.384 2)接近，偏差均小于10%，可認(rèn)為該聯(lián)用方法中的同位素分餾效應(yīng)不影響測(cè)量結(jié)果。故本實(shí)驗(yàn)采用方法1)，即用Pu計(jì)數(shù)最高處的同位素比值作為最終同位素比值。

2.3模擬核設(shè)施廢水樣品的測(cè)定

對(duì)配制的模擬核設(shè)施廢水樣品進(jìn)行在線測(cè)定，實(shí)驗(yàn)分兩組進(jìn)行，共測(cè)量12次，動(dòng)態(tài)測(cè)量方法采用Pu計(jì)數(shù)最高處的同位素比值法，并與钚的標(biāo)準(zhǔn)溶液直接測(cè)量比值相比較，所得結(jié)果列于表4?？梢?jiàn)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)均在1%以下，測(cè)量結(jié)果較為準(zhǔn)確，平行性良好。由此可認(rèn)為，AS4A-SC型陰離子色譜柱可以耐受環(huán)境水樣中的高鹽分。

產(chǎn)生偏差的原因可能包括以下兩點(diǎn)：一是模擬環(huán)境水樣中钚的濃度較低；二是在線測(cè)量時(shí)，钚的濃度波動(dòng)較大。在實(shí)際操作中，可以通過(guò)增加取樣量和縮短測(cè)量時(shí)間來(lái)提高測(cè)量準(zhǔn)確度。

2.4實(shí)際的放化實(shí)驗(yàn)室廢水樣品的測(cè)定

對(duì)經(jīng)過(guò)處理的放化實(shí)驗(yàn)室廢水樣品進(jìn)行在線測(cè)定，同時(shí)與采用TBP-7402色譜柱方法離線測(cè)定的钚同位素比值進(jìn)行對(duì)比，測(cè)量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均在1%以下，且在線測(cè)得的钚同位素比值與傳統(tǒng)方法測(cè)得的钚同位素比值相近，結(jié)果列于表5。

表2　钚同位素總計(jì)數(shù)與240Pu/239Pu對(duì)照表

表3　3種動(dòng)態(tài)同位素比值測(cè)定方法所得的結(jié)果

表4　模擬環(huán)境水樣品測(cè)定結(jié)果

表5　實(shí)際環(huán)境水樣品的測(cè)定結(jié)果

3　結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)建立了IC-MC-ICP-MS法測(cè)量環(huán)境水樣品中Pu同位素比值。通過(guò)測(cè)定鈾钚標(biāo)準(zhǔn)樣品和模擬環(huán)境水樣品，驗(yàn)證了方法的可靠性。利用該方法進(jìn)行實(shí)際環(huán)境水樣品的測(cè)定，并將其與TBP-7402色譜柱離線分離法的結(jié)果相比較，二者具有良好的一致性。通過(guò)比較IC-MC-ICP-MS在線測(cè)量方法與傳統(tǒng)測(cè)量方法，表明了IC-MC-ICP-MS法具有樣品預(yù)處理簡(jiǎn)單、分離速度快等特點(diǎn)，該方法不但可用于環(huán)境水樣品中钚同位素比值的測(cè)量，也有望用于具有復(fù)雜基體的環(huán)境樣品，如土壤中Pu同位素比值的測(cè)定。

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Determination of Pu Isotope Ratio in Environmental Water Samples by IC-MC-ICP-MS

HU Xiao-nan, LI Li-li, CHEN Yan, ZHU Liu-chao, CHANG Li

(ChinaInstituteofAtomicEnergy,Beijing102413,China)

The environmental sampling (ES) analysis is one of important nuclear safeguards’ technologies of International Atomic Energy Agency (IAEA), which has been used for detecting the undeclared nuclear activities. Plutonium is regarded as the significant element in nuclear safeguards. In the aspect of ES, bulk analysis is adept at the analysis of plutonium ratio in environmental samples. In this paper, the method of on-line analysis of plutonium ratio in water samples was established by combination of ion chromatography (IC) and multicollector inductively coupled plasma mass spectrometry (MC-ICP-MS). The separation conditions of liquid chromatographic column, the column acidity, eluent composition were optimized. The AS4A-SC anion chromatographic column was made sure as separation medium. The separation conditions in which the acidity of column was 7.5 mol/L and the eluent composition was 0.35 mol/L HNO3mixed with 0.01 mol/L HF were determined by optimization experiments. The concentrations of uranium in various types of environmental water samples were measured. The interface was determined in order to combine IC and MC-ICP-MS. The effect was confirmed better when using PEEK two way valve to connect IC and MC-ICP-MS. The technique of peek apex ratio was adapted as the method for the measurement of dynamic plutonium ratio by MC-ICP-MS. The simulated water samples were measured. The RSD is 0.50%, and the relative bias compared with the plutonium certified reference material is 5.7%. The actual water samples were also measured. The RSD is 0.97%, and the relative bias is 1.3% compared with the typical separation methods by TBP and 7402 chromatography column. This method has high efficiency and fast analytical speed, which can be used for the measurement of plutonium ratio in other environmental samples with more complicated matrices.

environmental water sample; Pu; ion chromatography(IC); multicollector inductively coupled plasma mass spectrometry (MC-ICP-MS)

2015-04-24;

2015-07-31

胡曉楠(1989—)，男(漢族)，山東濱州人，碩士研究生，分析化學(xué)專業(yè)。

李力力(1969—)，女(漢族)，遼寧興城人，研究員，從事核燃料循環(huán)與分析研究。E-mail: lillianli668@sohu.com

O657.63

A

1004-2997(2016)01-0173-07

10.7538/zpxb.youxian.2016.0001

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-01-18；網(wǎng)絡(luò)出版地址：http:∥www.cnki.net/kcms/detail/11.2979.TH.20160118.1605.002.html