电喷雾串联质谱快速鉴别水溶液中铀酰形态及在柠檬酸铀酰形态研究的应用

铀酰是含铀化合物基本官能团,分析出铀酰基团即证明化合物中含铀。本研究采用电喷雾串联质谱技术建立了一种快速鉴别水溶液含铀分子的方法。通过调控碰撞能量和质荷比,使样品离子在串联质谱碰撞池中被200 V的高碰撞能量碰撞诱导解离,将是否获得[UO_2]^+(m/z 269.9)质谱峰作为鉴别含铀分子的依据。以此方法分析柠檬酸-硝酸铀酰溶液,发现存在16种柠檬酸铀酰和5种无机铀酰形态。各柠檬酸铀酰形态中每个铀酰基团可紧密结合一个柠檬酸阴离子,并以较弱方式结合1个以上柠檬酸分子,形成单铀酰络合物。结果表明,柠檬酸铀酰形态络合键能大小顺序为:铀酰间键能>柠檬酸阴离子-铀酰键能>柠檬酸分子-铀酰键能;存在[(UO_2H_2Cit)_2H_3Cit]^(2+)双电荷双铀酰聚合的柠檬酸铀酰离子。本方法鉴定含铀物质无需复杂的结构解析或标准物质,提高了质谱鉴别铀形态的能力和效率,可望用于环境样品中柠檬酸铀酰形态的分析,对其它重金属有机形态质谱研究也具有很好的借鉴意义。在此过程中,高能量轰击[UO_2OH]^+通过可控的粒子碰撞方式制备出U(Ⅰ),是分离、提纯铀的一种可能途径。

电喷雾串联质谱模拟天然单质铀的形成

采用三重四级杆质谱模拟并分析微观含铀分子化学键断裂形成新的物质的过程以探讨单质铀的产生机理。结果表明,含铀分子在质谱中离子化后经碰撞诱导解离可生成U^+。研究还发现,硝酸铀酰溶液通过电喷雾可形成UO^+_2(m/z 270)、UO_2OH^+(m/z 287)、UO_2H_2OOH^+(m/z 305)、UO_2NO^+_3(m/z 332)、UO_2(H_2O)_3NO^+_3(m/z 386)及双聚铀酰离子[(UO_2NO_3H_2O)_2NO_3]^+(m/z 762),在具有一定动能N_2的碰撞下它们均可产生游离的U^+。通过模拟实验推测,天然单质铀形成的微观机理为:在漫长地质年代中放射性核素持续衰变产生的能量粒子撞击含铀分子使其化学键断裂生成游离铀离子,在封闭或强还原性等特殊地质条件下形成单质铀并被保存下来。