环境中微童铀的仪器分析方法一、铀元素简介及选题理由铀，元素系数92,元素符号为U,是自然界中能够找到的最重元素，在白然状态下主 要存在3种同位素，分别为铀-234,铀-235,铀・238均具有放射性和非常长的半衰期另外 由于人类的使用需要，还存在12种人工同位索，铀226——铀・240铀是致密而有延展性的银白色放射性重金属在接近绝对零度时具超导特性铀的化学 性质十分活泼，能和几乎所有的非金属作用且能与多种金属形成合金，在空气中易发生氧化, 形成发暗的氧化膜此外，铀还可以与酸发生反应铀衣最初被发现时被用作玻璃及陶瓷釉料添加剂，在1938年发现核裂变现象后成为主 要的核原料纯度为3%的铀・235被用作核电站原料铀元索的储量较大,随着铀提炼技术 的提高，几十年来铀的使用量大增，且随着世界范囤的能源危机，核能作为一种较为高效的 能源，势必会得到更大规模的使用然而作为一种具有极长半衰期的放射性重金属，铀在环 境中对其他生物的影响很大，因此使用分析仪器对环境中的铀浓度进行测量分析也就很有必 要了所以这次作业选择铀作为研究对象，了解现有的铀的仪器方法二、铀的分析方法一、紫外脉冲荧光法1、选用方法的理由：激光微量铀分析仪的出现，比较完善地解决了多种样品小微量铀的分析问题，在很多领 域得到了广泛应用，并且制定成核工业行业标准。
然而近20年的应用证明，该类仪器的最大 缺点是由于激光管在高压状态丁作，故障发生率较高此外，激光管的使用寿命较短，一般 情况下，寿命仅一年左右这两大缺点，给分析工作带来很大不便随着新一代荧光光源的 应用，该类仪器的稳定性和光源的使用寿命大大改善，其检出下限不大于0. 03 ng/mL 标准偏差的3倍定义时）;测量精密度不大于10%；量程范围为20 ng/mL,线性关系好,相 关系数不小于0. 999o紫外脉冲荧光法是目前分析微量铀的最有效的方法,与其他铀分析技术相比具有以下三 个明显优点：（1） 灵敏度高由于激发光源是激光，所以它激发样品所产生的信号强（2） 选择性好由于该仪器用脉冲激光做光源，不仅根据物质发光波长黠异，还根据它的 寿命羌异选择性分析铀3） 方法简便对含铀的液体样品，可以右•接测定，对含铀的固体样品，只要转化为水溶 液，不用分离、富集等复杂化学操作，亦可快速分析2、仪器原理：样品中被分析物质分子，常态下处于最低能级Eo±,若吸收紫外激光能量便跃迁到高 能级Ell, E12, E13, E21, E22, E23 上，处于第一激发态E11以上的受激分子，与周围分了 交换能量，返冋E1I能级上。
而聚集在第一激发态Eu±的分了也不稳定，对于发光现象而 言，以不同方式跃迁冋基态Eo,产生荧光，如果从Em能级跃迁到f能级，Z后返I叫Eo产生 的光为磷光，Eii-f-Eii-Eo叫延迟荧光1 一— 一 _ 一 — K1 I1 1 ・ ff,II 1 ■ ■——叫荧丸-JIL■itri-J略二滋发玉弟一战发歩亚0春铀的稀溶液用紫外脉冲激光照射所发出的荧光强度与它的浓度成正比:众所周知•铀的稀溶液用紫外脉冲激光照射 所发出的荧光强度与它的浓度成正比显卩：F = C2. 310eCL式中，F =荧光强度”=荧光效率儿=入射 紫外光强度代=荧光物质对紫外光的摩尔吸收系 数；C=荧光物质的浓度丄=激发光透过液层的 长度50003OW 4000 3000 A图2 帕和有机曲的英光谱由于dh.sL都为常量■所以F = KC根据上式测得的荧光强度便可通过 荧光强度得到铀的浓度，这便是激 光-时间分辨技术的定最数学依据 3、举例说明:LMU—3世激光微最铀分为「仪是利用激光一时间分辨技术对微最铀进彳亍分对『的分权「仪器, 其由两部分组成，激光器系统和测量系统两系统简图如下：I分 忡定 时FK主矗鹿产电电路送尤咆耦合■比较电KK,«样电A当经由Rl, R2使Cl, C2。
充电到 某一高压时，如果来一个控制信 号使闸流管导通，贝UC1上的 电荷经闸流管迅速放掉但由于 R2值较闸流管导通电阻人得多， 所以C2还来不及放电时，已 在激光管两极闸形成高电斥并，图4激光器系统电路总框图此电压并使激光管内工作气体产生粒子数反转，即迅速地把大批工作气体分了激发到高能态儿乎与此同时，管内气体被电离辉光放电，因此乂迅速C2 上的电荷放掉，激光管两电极间电压旁消失被激发的工作气体分了由高能态返冋时，产生 超辐射激光如此不断循环，则可以不断产生脉冲激光线性门庚光强度畸A/b转換图6测■系统电路権图光电耦合器输出信号经过控制电路，一方血使荧光取样信号产生电踌产生荧光取样控制 信号，另一方面还使激光取样信号产生电路产生激光取样控制信号除此之外，当控制电路 经过预先设定的累积次数仃貂）后，通过累积次数电路输出，使A/D转换控制电路产生A/D 转换控制信号，此信号控制A / D转换器把已经累积的荧光和激光强度转换成数字最分析结果如下：⑴检出下限LMU-3型仪器为3X10* （-11） g/ml（2） 不需量程转换即可在较大范围内进行荧光读数3） 稳定性方面,对于2X10* （-9） g/ml标准铀样,3. 5h计数最大相对偏差为土8 %4、文献参考i、 紫外脉冲荧光微量铀分析仪及其应用裴玲云，张乃昌（核工业北京地质研究院，北京 100029）2003.7ii、 LMU-：3型激光微量铀分析 王克权等（核T业北京地质研究院，100029）1994.9iii、 WP—2L型高频等离了体平面光栅摄谱仪在核燃料铀分析中的应用高真等（核T业第405 厂）1993讨、某矿区含碳硅岩和碳质灰岩中铀的分析邓起鸿（成祁核工业研究所）2010.3v、 新一代便携式X射线荧光仪及其在铀分析中的初步应用程锋等（成都理工大学，新疆地 矿局）2008. 11vi、 铀矿石及含铀岩石中四价铀和六价铀分析方法的硏究沈珠琴等（核丁业北京地质研究院 100029）1996. 1二、电感耦合等离了体质谱法1、 选用方法理由ICP-MS所用电离源是感应耦合等离子体（ICP）,它与原子发射光谱仪所用的ICP是 一样的，其主体是一个由三层石英套管组成的炬管，炬管上端绕有负载线圈，三层管从里到 外分别通载气，辅助气和冷却气，负载线圈由高频电源耦合供电，产生垂肓于线圈平面的磁 场。
若通过高频装置使制气电离，则制离了和电了在电磁场作川下又会与其它範原了碰撞产 生更多的离了和电了，形成涡流强大的电流产生高温，瞬间使制气形成温度可达10000k 的等离子焰炬样品由载气带入等离子体焰炬会发生蒸发、分解、激发和电离，辅助气用来 维持等离了体，冷却气以切线方向引入外管，产生螺旋形气流，使负载线圈处外管的内壁得 到冷却电感耦合等离了体质谱法具有灵敏度高，检出限低，干扰少的优点，对测量铀等在环境 中含量为痕最或是微最的且具冇放射性的物质相当冇效在对微量铀分析同紫外脉冲激光法 相比，电感耦合等离子体质谱法具有仪器可靠性高和分析时间短的优点2、 仪器原理 目前所使用的DetectorSourcede and ac voltagesICP-MS仪器的结构和原 理基本相同，首先样品 通过一定的方式变成气 溶胶状态进入等离了体 高中心通道，ICP作为质 谱的高温离了源（8000K）,样品在高温中心通道进行蒸发、解离、原子化及电离，战后绝大部分转化成带一个正电荷的离了与电了、 光了、制原了一起以超声波速度通过采样傩并膨胀，由于截取锥示的提取透镜一般为负电压, 样品正离了被吸引通过截取锥小孔，而大量Ar原了被机械泵抽走，电了被推斥向接地截取锥 而淹没。
正离了从大气压等离了体进入真空系统麻因同性相斥而膨胀，电聚焦透镜将它们 集中成一朿进入透镜，再对正离子进行Z字形偏转，不带电的样品基体、中子、光子与样品 正离了进一步分离并撞击仪器壁而消除然后正离了进入四极杆滤质系统，并按荷质比相应 顺序分离3、举例说明使用Agilent 7500 ce电标准物质名称 Name of CRM's测定元索 Element det'd标准参考值 Certified values w/（Hg • g 1）测得值 Values found w/（Mg •深海沉积物Th11.010.7U1.92.0花岗闪长岩Th10.910.5U1.41.28表1标准物质分析结果Tab. 1 Analytical results of standard reference material感耦合等离子质谱分析矿渣 中的微量铀在仪器标准模式下，依次测 定标准系列溶液，建立标准 工作曲线10次样品空白信 号的3倍标准偏斧所对应的 分析物浓度为方法的检出限, 铀的检出限分别为0. 017 ng/g o4、参考文献i、 TDTCP-MS测定高纯石英中微量铀的方法研究谭靖等（核王业北京地质研究院分析测试 中心，东华理工学院应用化学系）2003.12ii、 电感耦合等离了体质谱法测定矿物渣中微量铀和针.徐鸿志等（山东理工大学）2008. 10iii、铝中超微量铀的ICP—MS测定刘雪梅等（中国工程物理研究院）2009.9讨、珊瑚中微量铀的ID—ICP—MS高精度测定及其在珊瑚U / ca温度计研究中的丿也用韦刚健（中国科学院广州地球化学研究所 香港大学地球科学系）1998.3V、用电感耦合等离子体质谱法测定高纯铝中的超微量铀和针KikuoTakeda等。