寧東鈾礦資源遠景調查水樣中鈾釷的分析方法研究

王鴻+唐文濤+馬彥斌+馬瑛+馬強

摘要：本文采用不同的樣品前處理方式，選擇了合適的內標校正元素，利用ICP-MS建立了適合寧東地區(qū)煤鈾資源共生礦體、含有極細微粒炭質成分地下水中鈾釷的分析方法，該方法準確可靠、誤差小、精度高。鈾釷標準曲線相關系數R2為0.9992，0.9997；檢出限為0.011μg/L，0.025μg/L；加標回收率為97. 0%～106.0%，97.0%～103.0%；精密度為RSD<2. 0%.，RSD<10. 0%；比對結果的相對標準偏差分別為1.38%～8.52%，1.26%～6.81%。

關鍵詞：樣品前處理；ICP-MS；地下水；鈾、釷

中圖分類號：O657.63； O615. 2 文獻標識碼：A

寧東地區(qū)是寧夏主要的能源成礦帶，蘊含著豐富的石油、煤、油氣和鈾礦等多種礦產資源，形成了多礦種共生、共存現象，賦礦層位在空間組合上互相重疊、彼此關聯[1- 2]。寧東鈾礦資源遠景儲量調查的區(qū)域主要集中在賦煤區(qū)，這些區(qū)域的地下水中含有腐植酸、有機質和極細粒、微細粒的泥炭、褐煤等炭質成分，它們通過吸收作用富集部分鈾且能力極強，地下水系就形成了一個錯綜復雜、千差萬別、理化狀態(tài)復雜多變的極不穩(wěn)定的體系，給水中放射性核素鈾釷分析的準確性帶來了極大的困難，而鈾礦資源遠景儲量調查與評價中地下水中放射性核素鈾釷的檢測又是必不可少的項目，采用常規(guī)的分析方法已不能為儲量調查與評價提供準確可靠的結果。因此，有必要進行系統(tǒng)的試驗研究以確定最佳的檢測方法來滿足協同勘察找礦的需求。

近年來，利用ICP- MS檢測水中的有益、有害元素是當代國內外主流的分析手段，在許多科技雜志上有多篇相關主題的專著文獻[3- 5]發(fā)表，但多數文獻[6- 8]涉及的水質體系比較單一、理化狀態(tài)相對穩(wěn)定，對寧東地區(qū)這種錯綜復雜、狀態(tài)多變的極不穩(wěn)定的水系中鈾釷的檢測方法報道甚微，本文在參考諸多文獻[9- 12]資料的基礎上，采用不同的樣品前處理方式，選擇了合適的內標校正元素，建立了煤鈾等礦產資源共生礦體地下水中鈾釷的ICPMS分析方法，該方法準確可靠、誤差小、精度高、不易造成二次污染，可廣泛用于冶金、地質、化工、機械、石油、建材等行業(yè)的同類水質分析。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及工作條件

iCAP Q型電感耦合等離子體質譜儀（ThermoFisher公司），優(yōu)化的儀器條件為：射頻功率1548W，冷卻氣（Ar）流量13.9L/ min，載氣（Ar）流量0.78L/min，霧化器（Ar）流量0.98L/min，測量方式跳峰，掃描次數100次，提升時間30S，真空度小于1×10- 7Pa，采樣深度5mm，進樣泵泵速100r/min.

1.2 標準溶液和主要試劑

鈾、釷標準儲備液（ρ=0.1mg/mL），由核工業(yè)北京化工冶金研究院研制，標準工作液由儲備液逐級稀釋成濃度為ρ=100μg/L.

錸、鉍內標標準儲備液（ρ=1.0mg/mL），國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院研制，內標工作液由儲備液分別逐級稀釋成濃度為ρ=2μg/L.

鋰、鈷、銦、鈾調諧儲備液（TUNE B）（ρ=0.1mg/mL），由ThermoFisher公司研制，使用時逐級稀釋成ρ=10.0μg/L及ρ=1.0μg/L的調諧工作液。

硝酸、高氯酸均為優(yōu)級純；二次去離子水（電阻率≥18MΩ·cm）。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品的制備 將試樣用0.45μm的濾膜過濾后，準確移取5～20ml水樣于聚四氟乙烯燒杯中，加入10%硝酸2～5ml，置于電熱板上蒸發(fā)至小體積，滴加高氯酸，加熱至白煙冒盡，消解完全后，用2%的硝酸轉入100ml容量瓶中，定容，搖勻，稀釋一定倍數后待測.

1.3.2 標準工作曲線 用標準工作液（ρ=100μg/L）配制鈾、釷質量濃度分別為0.00、0.50、1.00、2.00、5.00、10.00μg/L含2%硝酸介質的標準系列。

1.3.3 樣品測定 建立測定方法，用調諧工作液調節(jié)儀器至最佳狀態(tài)，并穩(wěn)定30min后，先測定標準工作曲線，再對樣品進行測定。

2 結果與討論

2.1 樣品處理方式

采用原樣酸化、原樣消解、濾膜過濾酸化和濾膜過濾消解四種方式對樣品進行前處理，每種方式各處理五份樣品，處理好的樣品移至聚乙烯器皿中，定容，搖勻，同標準工作曲線一起上機測定，測定數據如表1所示，結果表明，原樣酸化和濾膜過濾酸化測定結果紊亂不穩(wěn)定，精密度低，原樣消解結果偏高（極微細粒炭質等吸附鈾釷所致），而濾膜過濾消解結果能真實反映樣品中鈾釷的含量。

2.2 內標校正元素

選用錸和鉍兩種內標校正元素對鈾、釷進行單項測定和同時測定時進行校正，測定數據如表2所示，測定結果表明，單項測定時錸對釷校正（RSD<10%）、鉍對鈾校正（RSD<10%）結果比較滿意，同時測定時鉍對鈾釷校正（RSD<10%）結果都比較滿意，本試驗選用鉍作為內標校正元素。

2.3 工作曲線的繪制

取質量濃度分別為0.00、0.50、1.00、2.00、5.00、10.00μg/ L的鈾釷混合標準系列，選擇鉍（209Bi）作為內標校正元素。每個濃度的計數值扣除空白樣品計數值后繪制工作曲線如圖1所示，在0.50～10.00μg/L范圍內，不同梯度濃度的標準溶液線性關系良好，線性回歸方程及相關系數分別為：鈾y=2.34E+05X+2.78E+03，R2=0.9997 ；釷y=1.18E+05X- 3.02E+03，R2=0.9992.

2.4 方法的檢出限

按照實驗方法，對空白樣品進行12次平行測定，鈾釷測定結果的標準偏差（SD）分別為：0.0036μg/L、0.0082μg/L，以3s計算出鈾釷的檢出限分別為0.011μg/L和0.025μg/L.

2.5 方法的精密度

取兩個不同濃度的水樣，按試驗方法制備分析樣品（SY- 1和SY- 2），分別測定10次，取平均值計算鈾釷的相對標準偏差（RSD），從表3數據可知，鈾釷的相對標準偏差分別為：RSD<2.0%， RSD<10.0%，表明本方法完全滿足水樣中鈾釷測定精密度的要求。

2.6 加標回收試驗

為了考察測定數據的有效性，對水樣SY- 1中的待測元素進行了加標回收試驗，取兩份水樣分別加入高低濃度的混合標準溶液進行測定，加標量、測定結果及加標回收率如表4所示，鈾釷的加標回收率（R）分別為：97.0～106.0%，97.0～103.0%，符合《中國地質調查局地質調查技術標準》對無機組分分析測試質量控制要求。

3 樣品分析

取不同領域、不同礦井的水樣，按上述方法進行樣品前處理，利用化學法和本方法進行對比試驗，分析數據如表5所示，相對標準偏差（RSD）均小于10%，結果完全符合《中國地質調查局地質調查技術標準》對無機組分分析測試質量控制要求。

結論：本文采用不同的樣品前處理方式，選擇了合適的內標校正元素，利用ICP- MS建立了適合寧東地區(qū)煤鈾資源共生礦體、含有極細微粒炭質成分地下水中鈾釷的分析方法，該方法準確可靠、誤差小、不易造成二次污染，檢出限、精密度和回收率均符合《中國地質調查局地質調查技術標準》對無機組分分析測試質量控制要求，可廣泛用于冶金、地質、化工、機械、石油、建材等行業(yè)的同類水質分析。

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