專利名稱：六氟化鈾中微量硼/硅元素的測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于質(zhì)譜分析方法，具體涉及一種通過質(zhì)譜分析來測(cè)量六氟化鈾中微量硼/硅元素的方法。
背景技術(shù)：
六氟化鈾氣體是鈾濃縮必需的化學(xué)形態(tài)，低濃度濃縮鈾產(chǎn)品的主控雜質(zhì)元素為硼和硅。ASTM C996-96(低濃六氟化鈾產(chǎn)品規(guī)范)中規(guī)定低濃六氟化鈾中硼、硅含量的限值分別為4μg/gU、250μg/gU，這一規(guī)范在包括我國(guó)在內(nèi)的國(guó)際間得到采用。因而，在濃縮鈾的工藝生產(chǎn)過程控制和產(chǎn)品檢測(cè)中，六氟化鈾中硼/硅雜質(zhì)含量的分析是必不可少的環(huán)節(jié)，也是常規(guī)性的工作。迄今為止，其分析方法在國(guó)內(nèi)外一直采用的是化學(xué)光譜的方法。這類方法的主要過程是將六氟化鈾樣品轉(zhuǎn)化為水解溶液，然后，根據(jù)元素的性質(zhì)，取試樣進(jìn)行一系列的組份分離或轉(zhuǎn)化處理，再用比色法或光譜法進(jìn)行測(cè)量。由于硼/硅組份的揮發(fā)性較強(qiáng)，增加了這一過程的難度，且兩種元素的試樣的處理方法不同，因而，這類方法的主要缺點(diǎn)一是周期長(zhǎng)，樣品用量大，成本高；二是過程質(zhì)量難以控制；三是試樣制品的代表性難以掌握和評(píng)價(jià)。如果能實(shí)現(xiàn)氣體質(zhì)譜法直接氣體進(jìn)樣、分析，將避免上述缺點(diǎn)。
利用質(zhì)譜方法定量分析，理論上利用其成份檢測(cè)的能力是可行的。但實(shí)現(xiàn)起來，需要研究解決分子形式、譜峰的識(shí)別選擇以及本底干擾、氣體混合標(biāo)準(zhǔn)的配制、儀器的定標(biāo)、取樣及測(cè)量代表性等一系列技術(shù)問題，尤其對(duì)于涉及六氟化鈾這樣腐蝕性很強(qiáng)的氣體介質(zhì)而言，解決這些技術(shù)問題往往會(huì)面臨更大的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用氣體質(zhì)譜分析方法測(cè)量六氟化鈾中微量硼/硅元素的方法。
本發(fā)明的方法為將純UF6標(biāo)準(zhǔn)氣體導(dǎo)入帶有法拉第杯和二次電子倍增器或離子計(jì)數(shù)器的電子轟擊型離子源的氣體質(zhì)譜計(jì)中直至238UF5+峰為10-10A水平，記下離子峰強(qiáng)度I333s，用二次電子倍增器或離子計(jì)數(shù)器掃描記錄質(zhì)荷比為49(11BF2+)、104(28SiF4+)的特征離子峰，強(qiáng)度分別記為I49s、I104s；將質(zhì)譜計(jì)內(nèi)的純UF6標(biāo)準(zhǔn)氣體抽干凈后，導(dǎo)入待測(cè)UF6氣體樣品，導(dǎo)入量同先前純UF6標(biāo)準(zhǔn)氣體，且獲得各峰的強(qiáng)度，333(238UF5+)、49(11BF2+)、104(28SiF4+)分別計(jì)為I333x、I49x、I104x；將獲得的上述參數(shù)帶入下列相應(yīng)公式，w(硼)＝(I49x/I333x-I49s/I333s)*K49或w(硅)＝(I104x/I333x-I104s/I333s)*K104即得出單位質(zhì)量的樣品中硼/硅的含量；式中，K49/K104為實(shí)驗(yàn)所獲得儀器對(duì)硼/硅的相對(duì)靈敏系數(shù)。
當(dāng)待測(cè)樣品為高濃鈾時(shí)，還需讀取235UF5+的特征離子峰強(qiáng)度，記為I330，且將式中的I333用I330+I333代替計(jì)算。
如果需要進(jìn)一步甄別干擾或半定量提高檢測(cè)靈敏度，可通過加裝的冷凝器進(jìn)樣。
利用本方法的相對(duì)隨機(jī)不確定度小于30％、相對(duì)總不確定度小于50％；分析下限分別低于B0.5μg/gU(定量)；10-2μg/gU(半定量，采用冷凝器進(jìn)樣)Si4μg/gU(定量)；10-2μg/gU(半定量，采用冷凝器進(jìn)樣)。
本發(fā)明的方法可以替代化學(xué)方法應(yīng)用于產(chǎn)品和工藝的在線測(cè)量，用時(shí)短——如在工藝在線控制中，化學(xué)方法需要2天時(shí)間，質(zhì)譜法只需約15分鐘；成本低——1.直接應(yīng)用氣體質(zhì)譜計(jì)，基本不需要增加設(shè)備投資費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用；2.樣品消耗大大降低，在產(chǎn)品分析時(shí)化學(xué)法取樣約需80g樣品，質(zhì)譜法只需約1g樣品，而且，放射性廢液處理的成本也隨之降低；同時(shí)，由于方法對(duì)物料的相態(tài)、樣品量及形式適用性強(qiáng)，故本方法的實(shí)施可以相應(yīng)的改進(jìn)取樣方法。
具體實(shí)施例方式對(duì)不同儀器，用實(shí)驗(yàn)配置的混合標(biāo)準(zhǔn)一次性或一定周期性定標(biāo)，獲取硼/硅在一定條件下的相對(duì)靈敏系數(shù)K49/K104。
電子轟擊型離子源，其靈敏度應(yīng)優(yōu)于每3×105個(gè)UF6分子收集到一個(gè)UF5+離子，進(jìn)樣系統(tǒng)配置有流量或壓力可調(diào)的漏道閥，測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量量程范圍應(yīng)達(dá)10-9A～10-16A，通常由法拉第杯和二次電子倍增器聯(lián)合接受檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。離子源及進(jìn)樣系統(tǒng)經(jīng)清洗、加熱除氣和充分的鈍化處理，使本底盡可能降低并穩(wěn)定。
①測(cè)量準(zhǔn)備儀器導(dǎo)入少量UF6氣體，在法拉第杯上找到UF5+離子峰調(diào)節(jié)儀器，使聚焦條件對(duì)該離子流達(dá)到最佳，在UF5+中選擇較弱的峰(如235UF5+或234UF5+)用來調(diào)節(jié)并記錄二次電子次倍增器增益，通常在105～106水平。
②測(cè)量導(dǎo)入純UF6標(biāo)準(zhǔn)(指反復(fù)凈化，不含硼、硅成分的樣品)，進(jìn)樣量至238UF5+峰為10-10A水平，用法拉第杯準(zhǔn)確記錄，其強(qiáng)度計(jì)為I333s，用二次電子倍增器掃描記錄質(zhì)荷比為49、104的峰，強(qiáng)度分別記為I49s、I104s，抽去樣品，間隔一定時(shí)間后，導(dǎo)入同樣進(jìn)樣量的待測(cè)UF6氣體樣品，與純UF6標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量方法相同獲得各峰的強(qiáng)度，分別計(jì)為I333x、I49x、I104x，抽去樣品。
③計(jì)算按下式分別獲得樣品中的硼、硅含量w(B)＝(I49x/I333x-I49s/I333S)*K49w(Si)＝(I104x/I333x-I104s/I333S)*K104式中K49和K104分別為實(shí)驗(yàn)所獲得儀器對(duì)硼、硅的相對(duì)靈敏系數(shù)，可事先在所要使用的儀器上測(cè)得。如在MAT-250UF型儀器上分別為0.47×106μg/gU和3.9×106μg/gU例如某來自工藝的1L容器氣態(tài)樣品在MAT-250UF型儀器上的測(cè)量結(jié)果為I104x/I333x＝2.5×10-6，I104s/I333s＝0.5×10-6，則可以計(jì)算出該樣品UF6中的硅含量為(2.5-0.5)×10-6×3.9×106＝7.8(μg/gU)如果是高濃鈾，進(jìn)樣量應(yīng)為235UF5+與238UF5+之和來計(jì)算，即將式中的I333用I330+I333代替計(jì)算，其中I330為235UF5+的特征離子峰強(qiáng)度，這是因?yàn)楦邼忖欀?35U含量已經(jīng)較高，不能忽略。
對(duì)取樣方法的特別說明
由于在現(xiàn)實(shí)中，待測(cè)樣品可能是固態(tài)、液態(tài)或者氣態(tài)的任意一種，而進(jìn)行氣體質(zhì)譜分析，必須采取氣體進(jìn)樣，因此，根據(jù)其具體形態(tài)在測(cè)量前需要進(jìn)行特殊的處理，a.氣態(tài)樣一定容積(如1L)容器的氣態(tài)樣或工藝氣體管路與儀器相連，氣相直接測(cè)量。
b.固體樣方式1母樣在液化狀態(tài)下，分取一定容積的氣態(tài)樣，送儀器測(cè)量。分樣的方法采用EJ/T895-94“UF6的液化分樣”中的鹵代烴樣的方式。
方式2母樣樣品量為已知，通過已知的一定容積的氣化裝置，多次氣化進(jìn)樣。通過壓力測(cè)量得出每次的氣化的試樣量。測(cè)量每次氣化的試樣的結(jié)果，直至穩(wěn)定或權(quán)重足夠小，次數(shù)與母樣樣品量和容器大小有關(guān)，通常需2～3次。然后根據(jù)每次的結(jié)果加權(quán)計(jì)數(shù)獲得大樣的結(jié)果，計(jì)算如下w＝(w1m1+w2m2+......)/m式中，w代表母樣的最終結(jié)果，m為母樣樣品量，w1、m1分別代表第一次氣化的測(cè)量結(jié)果和試樣量，其它依次類推。
權(quán)利要求
1.一種六氟化鈾中微量硼/硅元素的測(cè)量方法，其特征在于它包括如下步驟將純UF6標(biāo)準(zhǔn)氣體導(dǎo)入帶有法拉第杯和二次電子倍增器或離子計(jì)數(shù)器的質(zhì)譜計(jì)中直至238UF5+峰為10-10A水平，記下離子峰強(qiáng)度I333s，用二次電子倍增器或離子計(jì)數(shù)器掃描記錄質(zhì)荷比為48(10BF2+)、104(28SiF4+)的特征離子峰，強(qiáng)度分別記為I48s、I104s；將質(zhì)譜計(jì)內(nèi)的純UF6標(biāo)準(zhǔn)氣體清理干凈后導(dǎo)入待測(cè)UF6氣體樣品，導(dǎo)入量同先前純UF6標(biāo)準(zhǔn)氣體，且獲得各峰的強(qiáng)度，333(238UF5+)、48(10BF2+)、104(28SiF4+)分別計(jì)為I333x、I48x、I104x；將獲得的上述參數(shù)帶入下列相應(yīng)公式，計(jì)算得出單位質(zhì)量的鈾中硼/硅的含量，W(硼)＝(I48x/I333x-I48s/I333s)*K49或W(硅)＝(I104x/I333x-I104s/I333s)*K104，式中，K49/K104為實(shí)驗(yàn)所獲得儀器對(duì)硼/硅的相對(duì)靈敏系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的六氟化鈾中微量硼/硅元素的測(cè)量方法，其特征在于當(dāng)為高濃縮鈾時(shí)，讀取235UF5+的特征離子峰強(qiáng)度，記為I330，且將式中的I333用I330+I333代替計(jì)算。
3.如權(quán)利要求1或2所述的六氟化鈾中微量硼/硅元素的測(cè)量方法，其特征在于進(jìn)樣時(shí)采用冷凝器進(jìn)樣。
4.如權(quán)利要求1或2所述的六氟化鈾中微量硼/硅元素的測(cè)量方法，其特征在于當(dāng)待測(cè)樣品為固態(tài)或液態(tài)時(shí)，還包括將樣品氣化的步驟。
5.如權(quán)利要求1或2所述的六氟化鈾中微量硼/硅元素的測(cè)量方法，其特征在于還包括預(yù)先測(cè)定K49/K104值，即所用儀器對(duì)硼/硅相對(duì)靈敏系數(shù)的步驟。
全文摘要
一種六氟化鈾中微量硼/硅元素的測(cè)量方法，涉及質(zhì)譜分析領(lǐng)域。該方法主要包括使用具有一定靈敏度的儀器讀取純UF
文檔編號(hào)G01N30/86GK1908656SQ20061011132
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月22日
發(fā)明者郝學(xué)元, 辛有東, 康建有 申請(qǐng)人:中國(guó)核工業(yè)總公司五○四廠