石墨爐原子吸收光譜法測定快堆三回路水中痕量鈉離子

□王 密

一、引言

電廠水汽中鈉離子含量是水汽質(zhì)量監(jiān)督的重要指標(biāo)之一，準(zhǔn)確測定水汽中痕量鈉離子對電力生產(chǎn)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要意義[1]。水汽中攜帶鈉雜質(zhì)時(shí)會導(dǎo)致金屬材料的點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕和疲勞腐蝕，為防止結(jié)鹽，減緩金屬部件的腐蝕，保證熱力系統(tǒng)安全運(yùn)行，必須對水汽中的鈉進(jìn)行嚴(yán)格控制[2]。中國實(shí)驗(yàn)快堆(CEFR)是中國建造的第一座快中子反應(yīng)堆，由鈉-鈉-水三條回路組成，對三回路水中雜質(zhì)指標(biāo)有嚴(yán)格要求，其中對蒸汽發(fā)生器入口給水質(zhì)量[3]提出了明確要求，規(guī)定鈉離子含量要小于3.0μg/L。CEFR使用金屬鈉作傳熱劑。金屬鈉的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?需要利用惰性氣體氬氣作覆蓋氣體以保護(hù)鈉的質(zhì)量，保證CEFR的安全運(yùn)行。

水汽中鈉含量的測定有多種方法，對于微量鈉離子的分析，有鈉離子濃度計(jì)、火焰原子吸收法等；對于痕量鈉離子的分析，有離子色譜法、石墨爐原子吸收光譜法、二階微分火焰原子發(fā)射光譜法等。石墨爐原子吸收光譜法具有快速、準(zhǔn)確、選擇性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)采用該法對快堆高純水中痕量鈉離子的分析進(jìn)行了研究，進(jìn)而為快堆三回路水中鈉的監(jiān)測提供一套分析方法。

二、實(shí)驗(yàn)部分

(一)儀器。AA-7003型原子吸收光譜儀；Milli-Q超純水機(jī)。

(二)試劑。1,000μg/mL Na+標(biāo)準(zhǔn)溶液(購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心)；實(shí)驗(yàn)用水電阻率為18.2MΩ/cm。

(三)儀器參數(shù)。波長：588.99nm；狹縫：0.2nm；負(fù)高壓：240V；保護(hù)氣：氬氣；保護(hù)氣流量：0.200L/min；保護(hù)氣壓力：0.200MPa；冷卻水流量：2L/min；外氣路流量：1.5L/min；內(nèi)氣路流量：200mL/min；元素?zé)綦娏鳎?.0mA；石墨爐進(jìn)樣量：20μL。

(四)分析參數(shù)。采樣速度：100Hz；計(jì)算方法：峰高；背景扣除方式：無；濃度單位：μg/L。

三、結(jié)果與討論

(一)原子化條件的選擇。在石墨爐原子化法中，應(yīng)選擇合適的干燥、灰化、原子化和清除的溫度與時(shí)間[4]。

1.原子化溫度和時(shí)間的選擇。原子化溫度的選擇原則是，選用達(dá)到最大吸收信號的最低溫度作為原子化溫度，從而延長石墨爐的使用壽命。配制50μg/L Na+標(biāo)準(zhǔn)溶液，設(shè)定灰化溫度為1,100℃，升溫時(shí)間3s，測定不同原子化溫度下的吸光度(ABS)。從表1得知，Na+在2,200℃以上可以達(dá)到最大吸光度，因此選用2,200℃作為最佳原子化溫度。從實(shí)驗(yàn)中還可以得到，3s升溫時(shí)間能保證完全原子化，因此以3s作為原子化時(shí)間。

表1 Na+吸光度與原子化溫度的關(guān)系

2.灰化溫度的選擇?；一瘻囟鹊倪x擇原則是，在保證被測元素沒有損失的前提下，應(yīng)盡可能使用較高的灰化溫度，從而減少局外組分的干擾。設(shè)定原子化溫度為2,200℃，測定50μg/L Na+標(biāo)準(zhǔn)溶液在不同灰化溫度下的吸光度。如表2所示，1,000℃時(shí)不完全灰化，局外組分對測定的干擾較大；1,200℃下Na+損失較大，因此選擇1,100℃作為最佳灰化溫度。

表2 Na+吸光度與灰化溫度的關(guān)系

3.石墨爐溫度曲線。圖1是經(jīng)過優(yōu)化的石墨爐原子吸收升溫曲線。

圖1 石墨爐升溫曲線

(二)方法的線性范圍和檢出限。配制濃度在3～30μg/L之間的Na+標(biāo)準(zhǔn)溶液，測定Na+的線性范圍，試驗(yàn)結(jié)果表明Na+在該濃度范圍內(nèi)，與峰高呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)R2大于0.9999。用公式：檢出限=3N/S(N：11次空白標(biāo)樣的標(biāo)準(zhǔn)偏差；S：標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率)計(jì)算方法檢出限，得到該方法下Na+的檢出限為1.5μg/L。

圖2 Na+吸光度與濃度關(guān)系曲線

(三)方法的精密度。配制10μg/L Na+標(biāo)準(zhǔn)溶液，重復(fù)進(jìn)樣6次，考察方法的精密度。從表3得知，該方法重復(fù)性良好，滿足相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD<10%的要求。

表3 精密度試驗(yàn)

(四)方法的準(zhǔn)確性。為了驗(yàn)證本方法的準(zhǔn)確性，進(jìn)行了4次加標(biāo)回收試驗(yàn)。向鈉離子含量為2.67μg/L的四份樣品中分別加入5μg/L的Na+標(biāo)準(zhǔn)溶液，回收率分別為103.7%、102.5%、94.2%、98.7%，，加標(biāo)回收率均在90～110%之內(nèi)，證明該法準(zhǔn)確性較高。

(五)試樣分析。用上述方法對兩種除鹽水樣品進(jìn)行了分析，測得水樣1(除鹽水箱)中Na+含量為11.16μg/L，水樣2(除鹽水管路)中Na+含量為5.29μg/L。

四、結(jié)語

本試驗(yàn)用AA-7003型石墨爐原子吸收光譜儀，對高純水中痕量Na+進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Na+濃度在3～30μg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，檢出限1.5μg/L，精密度和準(zhǔn)確度較高，操作簡單，滿足快堆三回路水中Na+濃度在3μg/L量級的分析要求，該法可作為今后三回路水中痕量Na+日常監(jiān)測、評價(jià)的快速分析方法，為快堆熱力系統(tǒng)安全運(yùn)行提供了保障。