紧凑型锂同位素分析热电离质谱仪研制

锂同位素测量在核燃料循环中具有重要应用,热电离质谱法精密度高,其是常用的测量手段。传统的方法是使用较大尺寸的商用热电离质谱仪对锂同位素进行分析,其磁分析器的偏转半径多为250 mm,仪器体积较大,价格昂贵。本课题研制出一种紧凑型热电离质谱仪(M90),其磁分析器偏转半径只有90 mm,整机体积小,非常适合锂同位素分析。此紧凑型热电离质谱仪采用模块化设计,由真空系统、离子源、离子透镜、隔离阀、磁质量分析器、检测器、数据采集控制和软件系统组成。真空系统由一台机械泵、涡轮分子泵、离子泵和复合真空规组成,离子源室真空度优于5×10^(-6)Pa,分析室真空度优于5×10^(-7)Pa;离子源由带冷阱的离子源腔室、10工位样品转盘和悬浮高压灯丝电源组成,灯丝电流调节范围介于0~6 A之间;离子透镜由加速电压电极、引出电压电极、狭缝电压电极、上下偏转电压电极、左右偏转电压电极及离子透镜电源组成,各电压调节范围介于0~6 kV之间;磁分析器由磁铁、霍尔探头和磁流电源组成闭环控制系统,能满足质量范围介于6~45 amu之间的需要;检测器由3个独立的法拉第杯及其检测电路组成,检测器输出电压最高到10 V,4 s积分的本底噪声小于30μV;数据采集使用24位ADC数据采集卡实现。软件采用C^(#)语言结合MySQL数据库编写,使用RS485通信协议实现与硬件数据的交换控制。整机对天然锂同位素比值的测试内精密度可以达到0.01%~0.03%的水平。

新世纪以来我国铀矿地质科技创新重要进展及展望

新世纪以来,我国铀矿地质勘查领域重大理论和技术创新成果,极大地改变了我国砂岩型、热液型铀矿的找矿思路、找矿方向,引领、支撑了系列找矿重大突破,重塑了铀矿勘查新格局。文章首先分析了我国20余年来铀矿地质科研布局的总体思路与演进方向;然后总结了铀矿重大基础地质与成矿理论研究进展,系统凝练了地质、物化探、遥感、钻探工艺、分析测试等领域的技术创新及核心勘查装备研制成果,梳理了铀资源预测评价技术研究进展及应用成效;最后,在重大基础前沿和成矿理论、先进铀矿勘查技术研发、非常规核能裂变资源勘查技术研究、数字铀矿勘查技术开发等方面提出了未来10~15年主要发展趋势和方向,指出在“双碳”目标和核能大发展对铀资源保障需求背景下,必须继续坚持并加强铀矿地质科技创新,高质量引领和推动“新区、新层位、新类型、新深度”找矿突破。

电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定含碘附银硅胶样品中碘含量

附银硅胶可以吸附放射性碘,形成含碘的附银硅胶,是后处理厂中常用的碘废物吸附材料。含碘附银硅胶样品中碘含量的准确测定能够验证碘的吸附效率,为后处理过程提供数据支持。含碘附银硅胶样品中银离子和碘离子形成难溶的碘化银,在溶解过程中难以将碘化银中碘离子定量转化为可溶解的碘离子、碘单质或者碘酸根,因此含碘附银硅胶样品中碘含量的测试方法比较困难。通过查阅银化合物的溶度积常数,考虑掩蔽银离子对碘离子的影响,在实验中采用加入硫离子的方法,生成比碘化银更难溶的硫化银沉淀,从而消除银离子的干扰。置换出的碘离子能够在碱性溶液中稳定存在,因碘含量较高,可采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定其含量。实验过程中考察了硫化钠加入量、氨水浓度、超声时间等对结果的影响。结果表明,硫化钠加入量与样品中银的含量有关,需要加入过量的硫离子沉淀银离子,不同的氨水浓度影响碘的灵敏度,而超声时间对结果基本无影响,优化实验条件后得到方法的检出限为0.52 mg/g,分别测量两个不同含量的含碘附银硅胶样品,平均值(n=6)为34.8 mg/g和59.3 mg/g,相对标准偏差为2.7%和2.0%,加标回收率为95.0%~103%。方法能够满足含碘附银硅胶样品中碘含量的测定。

土壤中重金属形态及有机物组分的电化学-质谱分析

本研究建立了一种电化学-质谱(EC-MS)法高通量分析土壤样品中的金属组分和有机物。首先,根据理化性质,将土壤样品中的金属组分和有机物组分分为水溶态、脂溶态、难溶态和可氧化态等4种形态;然后,分别采用萃取、反应、电解等方式对4种形态组分进行在线顺次提取;将提取后的组分在线传输至电喷雾电离源进行离子化,随后进行正、负离子模式检测。实际样品分析结果表明,该方法成功检测出土壤样品中多种水溶态金属盐和有机物(如Mg、Cr、Ni、Zn、Co、Cu、Al、Pb等多种水溶性金属盐,尿素及多种有机胺)、20多种脂溶态有机羧酸、以及难溶态金属盐(Mg、Ni、Cr、Pb、Co)和可氧化态(Cu、Pb)。该方法可为环境评估和环境治理提供技术支持。

基于LA-ICP-MS表面原位分析技术测定热电离质谱仪灯丝支架上铀的沉积分布

热电离质谱法(Thermal ionization mass spectrometry,简称TIMS)是一种测量同位素丰度比的经典分析方法,在地质学和核工业领域得到广泛应用。热电离质谱法测铀同位素丰度比时一般采用三带结构,由于铀的第一电离能较高,需要较高的电离温度,长时间测试蒸发出铀化合物或电离出的铀离子在灯丝支架上沉积,影响灯丝支架上悬浮高压与源电压间的绝缘电阻,降低两者之间的电压差,导致绝大部分离子因动能不足无法进入离子透镜,最终影响离子流的稳定性,引起测试时信号产生波动。针对热电离质谱仪灯丝支架铀沉积导致的灯丝支架绝缘失效问题,采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法(Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry,简称LA-ICP-MS)对灯丝支架铀沉积分布进行了分析,取得以下结果:建立了LA-ICP-MS原位表面分析技术,其最佳激光频率为10 Hz,能量密度为6 J·cm-2,束斑直径为60μm。校准曲线相关系数R2=0.9992,表明建立的方法线性关系良好。应用建立的方法,测定了灯丝支架表面铀沉积的分布特征。结果显示:灯丝支架表面铀沉积随着灯丝支架使用时间的增加,对应的绝缘电阻变小;并沿着支架向两端延伸,铀沉积量逐渐降低。铀沉积主要集中在电离带灯丝支架中心上端,且蒸发带上铀沉积量明显低于电离带。同时绝缘挡片可以有效降低陶瓷绝缘体上铀的沉积,因此可以通过增大绝缘挡片来提高灯丝支架的绝缘效果。

国外地质勘查与资源调查评价中样品分析质量保证与质量控制的实践

文章总结了质量保证与质量控制(Quality Assurance/Quality Control, QA/QC)在地质勘查和资源调查评价样品分析中的意义,根据最佳工业实践,推荐质控样品的插入率≥20%。对质控样品的选择与评价方法进行总结,标准样品应与待测样品基体匹配且含量范围涵盖整个待测样品的含量水平,标准样品的测试结果使用控制图进行准确度判断;重复样品应在每一个重要的采样、制样阶段进行采集,并且应随机选取,重复样品的分析结果通过散点图判断精密度是否达到预期设定界限,通过相对偏差图可以获得不同因素对精密度的影响,国际上通用的量化重复样品精密度的方法是计算变异系数(Coefficient of Variation, CV);空白样品的目标元素含量应低于检出限,实验室空白样品一般为高纯度的石英砂,实际的资源勘查项目中也可采集野外空白样品进行污染监控,空白样品的控制限为3~5倍方法检出限;外检样品应送到级别相当或更高的实验室进行检测,判断两个实验室测量结果的差异,外检样品选择应随机,通过散点图判断外检样品结果的可靠性。文章通过国际上资源调查评价中质量控制与质量保证的实例进行总结,与国际标准对标,对于今后海外找矿,海外资源调查评价有重要作用。

电感耦合等离子体质谱分析方法的重要进展(2005～2016年)

2005~2016这十几年中,电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)仪器的性能得到了大幅改善,其灵敏度最高可达106 cps/(1μg/L,In),稳定性为1%~2%。多接收ICP-MS精密度的提高尤其显著,同位素测量精密度优于0.01%。各类ICP-MS普遍采用高速数据采集技术与数据库技术,使数据处理能力进一步加强。以三重四极杆和高分辨为代表的ICP-MS对基体干扰和多原子离子干扰消除能力进一步加强,绿色节能环保型和智能型ICP-MS也得到了关注。一些电离能较高的贵金属、类金属和非金属元素分析技术得到重视。以激光烧蚀(LA)、高效液相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)、离子色谱(IC)、毛细管电泳(CE)、电热蒸发(ETV)和化学气体发生(CVG)为代表的联用技术及形态分析发展快速。单颗粒(SP)和单细胞(SC)等技术与ICP-MS的联用产生了以功能定义的专用ICP-MS,大大扩展了ICP-MS的应用领域。ICP-MS分析技术从传统的无机元素分析发展到有机生物及形态分析,从传统的样品消解后溶液进样分析发展到固体样品在线进样分析,从传统的元素含量分析发展到2D-3D成像分析和高精度同位素分析。ICP-MS在能源、地质、材料、环保、生物医学、食品、国土安全等诸多领域的应用进一步扩展,成熟的ICP-MS分析方法实现了标准化并得到推广和普及。本工作从6个方面总结回顾了2005~2016年间ICP-MS的重要进展,并对其发展前景进行了展望。

脉冲增压毛细管分离富集ID-ICP-MS测定地质样品中微量锂的方法研究

采用一种脉冲增压毛细管柱 ,用于锂的分离富集。其原理类似于高效液相色谱 ,但使用钢瓶气为动力脉冲驱动液相在固定相中流动。使用粒度很细的固定相材料 ,惰性气体和液相脉冲交替通过固定相 ,使固定相的死体积减小到最低程度 ,从而获得很高的分离富集系数。试验了一种无机固定相材料和树脂材料用于锂的分离富集。结果表明 :无机材料能高效富集锂 ,但选择性较差、本底杂质较多 ;阳离子交换树脂分离效果好、本底低 ,能从镁、钙等大多数离子中很好地将锂分离 ,几乎没有拖尾现象 ,回收率达到 97% ,分离纯度高。分离后 ,用 ICP-MS测定锂同位素的比值 ,具有较高的测量精密度。用同位素稀释电感耦合等离子体质谱( ID-ICP-MS)测定地质样品中微量锂 ,结果相对标准偏差 sr<3%。方法检出限低 ,精密度高 ,分析速度快 ,是测定锂的较理想方法。

高分辨电感耦合等离子体质谱法测定铀矿石样品中^234U/^238U、^230Th/^232Th和^228Ra/^226Ra同位素比值

采用氢氟酸-硝酸-盐酸混合酸密闭消解含铀矿石样品,用阴离子交换树脂、阳离子交换树脂和锶特效树脂逐级分离富集铀、钍和镭。使用高分辨电感耦合等离子体质谱(HR-ICPMS)测定分离纯化液中234U/238U2、30Th/232Th和228Ra/226Ra同位素。比值的测量精密度取决于比值的大小和对应核素浓度的大小。对质量浓度为10 ng/mL天然铀测量液,234U/238U的测量精密度优于1.2%;对230Th质量浓度为0.6ng/mL且230Th和232Th质量浓度接近的测量液,230Th/232Th的测量精密度为1.2%;对228Ra质量浓度为0.48 pg/mL且228Ra和226Ra质量浓度接近的测量液,228Ra/226Ra的测量精密度为4.0%。

电感耦合等离子体质谱法测定二氧化铀和八氧化三铀粉末中的杂质元素

本文简述了等离子体质谱法测定二氧化铀和八氧化三铀粉末中的硼、钛、钒、钼、铬、锌、镉等７个痕量元素的方法。本方法采用ＴＢＰ萃取色层分离铀基体后，用高分辨等离子体质谱仪（ＩＣＰ－ＭＳ）测定多个痕量元素，测定下限达１×１０－９ｇ／ｇ，测定的相对标准偏差小于１５％。核工业１４个实验室比对试验结果表明。

电感耦合等离子体质谱技术在核地质分析中的应用实践

电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术已有40年发展历史,到目前为止,该方法仍然是无机元素分析领域最具影响力的高灵敏度分析技术。在核地质研究领域,ICP-MS已经成为铀矿地质勘查和高放废物地质处置的核心分析技术,每年为核地质科研生产提供大量的分析测试数据。应用ICP-MS分析的对象涉及水、土壤、沉积物、岩石、矿物、气体和天然类似物等,分析的元素达到70多种。本文总结了本实验室在核地质研究中应用ICP-MS的实践。

砂岩铀矿地质样品中铀含量仲裁分析方法——同位素稀释电感耦合等离子体质谱法

本工作研究铀矿地质样品中铀含量仲裁分析方法——同位素稀释电感耦合等离子体质谱法。样品经混酸密闭消解溶矿，采用浓缩铀为稀释剂，使用高分辨电感耦合等离子体质谱测定铀同位素比值，进而计算样品中的铀含量。本方法具有明晰的计量溯源特性，铀的测量范围为1-10000μg/g，对于铀含量约为4μg/g的砂岩样品，相对扩展不确定度小于4.0%（扩展因子K=2.57），可满足砂岩铀矿地质样品中铀含量仲裁分析要求。

FS-ICPMS和TIMS联用法测定微粒铀矿物的年龄

A method for age dating of uranium mineral particles by double focusing magnetic sector inductively coupled mass spectrometry (FS-ICPMS) and thermal ionization mass spectrometry (TIMS) was presented. Pb/U ratio in uranium mineral particles was measured by FS-ICPMS without any chemical separation procedure. Pb isotope composition in uranium mineral particles was determined by TIMS associated with micro column anion exchange resin method. Due to simplified chemical procedure and minimum use of reagents, the full procedure blank was reduced to 230 pg Pb, leading to the successful age dating of uranium mineral particles with relative standard deviation less than 2%.

膜去溶进样高分辨等离子体质谱技术测定岩石样品中的17个镧系和锕系元素

This paper presents a method for determing of 17 elements including rare earth elements uranium and thorium in rock samples by high resolution ICP-MS with membrane desolvation. Samples are dissolved with high pure HNO,-HF-HCIO, digestion and introduced to HR- ICPMS by membrane desolvating microcefltric nebulizer introduction system (MCN-6000). The system can diminish the formation of multi-atom ions that is one of the most interferences in ICP-MS, and increase the nebulization efficiency of sample. the sensitivities of The elements are increased about 10 times compared to common nebulizer. The determination limits and relative standard deviations for solid sample depending on different elements are bewteen 0.07-1.3 ppt and 0.26%-7%, respectively. The national geological reference materials were determined and the accuracy is better than 10% corresponding to the certified values.

磁式电感耦合等离子体质谱仪及其在核地质分析中的典型应用

磁式电感耦合等离子体质谱(ICP-SFMS)主要包括高分辨等离子体质谱(HR-ICP-MS)、多接收等离子体质谱(MC-ICP-MS)和全谱等离子体质谱(Spectro-ICP-MS)。HR-ICP-MS一般采用反向Nier-Johnson结构磁-电双聚焦布置,MC-ICP-MS采用正向Nier-Johnson结构电-磁双聚焦布置,而采用检测器阵列的全谱磁式ICP-MS则采用Mattauch-Herzog结构布置。磁式电感耦合等离子体质谱仪性能改进主要体现在:调频ICP设计提高了对基体的耐受性及可靠性;采用J型采样锥和X型截取锥提高了灵敏度;大抽速接口泵可提高接口区真空度和仪器的灵敏度;改进的离子传输透镜系统可提高对锕系同位素的丰度灵敏度;改变接收器前的狭缝宽度可获得高分辨同位素比值;多个Daly检测器的使用可提高对低丰度同位素的检测能力;通过软件自动切换法拉第杯放大器高阻,能提高低丰度同位素测量的信号输出。磁式ICP-MS性能的改善,使其在核地质分析中的应用更广泛。使用激光烧蚀高分辨等离子体质谱(LA-HR-ICP-MS)可进行铀矿物微区原位U-Pb定年,使用MC-ICP-MS可高精密度地测定U同位素分馏,采用无熔剂制样LA-HR-ICP-MS可测定U、Th、Nb、Ta、Zr、Hf等难溶元素。

基于二极管激光器的激光荧光法测定砂岩铀矿样品中的铀含量

利用405nm和300mW二极管激光器激发磷酸铀酰化合物分子,使之产生较长寿命的500~550nm荧光,该荧光强度与被测铀含量成线性关系,进而可测定样品中铀含量。该方法对铀的检出限为3.5μg·g-1,无需分级稀释时的线性范围为35~750μg·g-1。通过带活性炭过滤嘴的加液器加液,能消除有机物的干扰。应用该方法测定了砂岩铀矿中铀含量,测量精密度为3.51%,结果与ICP-MS测定结果吻合,其相对偏差为3.54%。

铀矿地质钻探岩心样品系统分析法

铀矿地质钻探岩心样品系统分析法包括:岩心样品的γ辐射测量、切片观测测量、样品粉碎、矿物微粒分选、激光拉曼光谱分析、傅立叶红外光谱分析、包体流体观测与测量、X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析、电子探针分析、高纯锗γ能谱分析、湿法化学分析、ICP-MS微量元素分析、铀矿物和其它矿物同位素组成分析等步骤,通过这些步骤的系统分析,得到铀矿地质钻探岩心样品的全息资料,为铀矿地质勘探提供支持和服务。

铀矿地质分析测试技术回顾与新形势下网络实验室构建

回顾了目前铀矿地质分析测试所使用的元素分析技术、核素和同位素分析技术、元素形态分析技术、微区分析技术、流体包体与有机成分分析技术。提出了铀矿地质分析测试技术的几个重点发展方向,包括高精度质谱分析技术研究、专用标准物质研究、现场分析技术研究、微区原位分析技术研究和有机成分分析技术研究。探讨了新时期核工业地质分析测试网络实验室运作模式。主要思路是以核工业北京地质研究院分析测试研究中心为骨干,以核工业地质局各区域研究所和大队实验室为成员,建立更密切的协作关系,构建核工业地质分析网络实验室。实现资源共享,发挥其整体优势,更好地为核工业地质服务。

等离子体质谱法同时测定矿化水样中的6个痕量元素

本文简述了利用等离子体质谱法同时测定矿化水样中的铬、铜、锌、镍、镉、铅６个痕量元素的方法。本方法基于高分辨等离子体质谱技术（ＩＣＰ－ＭＳ），可不用化学分离富集同时测定矿化水样中的多个痕量元素，测定下限达１×１０－１０ｇ／ｍＬ，测定的相对标准偏差小于３％。与国家一级标样比较，准确度优于５．１％。

核地质分析测试技术用于页岩气勘探开发检测

简要回顾了元素分析、核素分析、同位素分析、有机分析和微区分析等核地质分析测试技术,探讨了这些技术用于页岩气勘查开发检测的可能性。简述了页岩气勘查开发检测参数、方法及所需仪器设备。所述页岩气检测参数包括总有机碳含量、含气量、稳定同位素(C,H,He)、热成熟度(Ro)、吸附等温线、孔隙度、渗透率、矿物组成、三维微结构等。