建材產(chǎn)品中微量鈾與釷的聯(lián)合測定分析

喬英英，魯 忍，王 艷

（中陜核工業(yè)集團(tuán)綜合分析測試有限公司，陜西西安 710024）

建材產(chǎn)品中微量鈾與釷的測定是尤為重要的工作，但由于傳統(tǒng)的單品測定方式不能夠滿足現(xiàn)代社會對檢測產(chǎn)品微量鈾與釷測定時效性的需求，故而本文開展了對建材產(chǎn)品中微量鈾與釷的聯(lián)合測定分析。同時，由于在建材產(chǎn)品中微量鈾與釷的聯(lián)合測定過程中，存在很多干擾因素，如雜質(zhì)元素對鈾與釷回收率的影響、酒石酸對鈾與釷回收率的影響及鹽酸對鈾與釷回收率的影響，故而本文提出了相關(guān)的優(yōu)化方案，以期進(jìn)一步提升建材產(chǎn)品中微量鈾與釷的聯(lián)合測定水平。

1 測定建材產(chǎn)品中微量鈾與釷的重要意義

放射性物質(zhì)對人體的危害較大，若放射性物質(zhì)含量超標(biāo)則會導(dǎo)致人體健康受到較為嚴(yán)重的影響，而建材產(chǎn)品是現(xiàn)代社會居民普遍會接觸到的物品，若其中含有的放射性物質(zhì)超標(biāo)，長期接觸則會導(dǎo)致人體受放射性物質(zhì)影響患有疾病。調(diào)查研究顯示，放射性物質(zhì)主要來源于天然輻射源，如地球輻射、宇宙輻射等，地球上的物品長期接受放射性物質(zhì)的影響也會導(dǎo)致物品中含有放射性物質(zhì)，如在膳食、建筑材料中就普遍存在鈾、釷等放射性物質(zhì)，因此，在物品上市之前對物品進(jìn)行放射性物質(zhì)的測定是尤為重要的。

目前，放射性物質(zhì)鈾、釷的檢測方式主要包括兩種，一種為物理法測定微量鈾與釷，另一種則是化學(xué)法測定微量鈾與釷。其中物理法主要是利用相關(guān)的檢測設(shè)備進(jìn)行測定，但目前此類設(shè)備價格昂貴且體型較大，使用成本較高且存在測定結(jié)果與實(shí)際含量相差較大的問題，僅能夠滿足對部分物品進(jìn)行微量鈾與釷的測定，其適用性及功能性不佳，故而現(xiàn)階段普遍采用的是化學(xué)法進(jìn)行微量鈾與釷的測定?；瘜W(xué)法主要利用的是分光光度法進(jìn)行微量鈾與釷的測定，該方法主要是利用分光光度計(jì)檢測物品中微量鈾與釷的含量，操作流程較為簡便且不需要使用大型的儀器設(shè)備，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值，故而現(xiàn)階段在我國建材產(chǎn)品微量鈾與釷測定中被廣泛使用。但據(jù)調(diào)查研究表明，化學(xué)法測定微量鈾與釷時僅能夠?qū)误w進(jìn)行建材，即先檢測鈾的含量之后再進(jìn)行釷的檢測，并不能夠?qū)崿F(xiàn)微量鈾與釷的聯(lián)合測定，故而本文開展了對化學(xué)法測定建材產(chǎn)品中微量鈾與釷的聯(lián)合檢測方法開展了研究。

2 主要儀器與試劑

2.1 主要儀器

721分光光度計(jì)和玻璃色層柱，821分光光度計(jì)由光源、單色光器、比色皿座架、光/電轉(zhuǎn)換器、放大器及電源等組成，該分光光度計(jì)的電源能夠發(fā)射360~800nm 的光波。

2.2 主要試劑

萃淋樹脂CL-TBP、鈾標(biāo)準(zhǔn)溶液、釷標(biāo)準(zhǔn)溶液、氟化銨、硝酸銨、氯化銨、混合銨鹽、三乙醇胺、酒石酸、鈾顯色劑、釷顯色劑等。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)勢

本實(shí)驗(yàn)主要利用混合銨鹽進(jìn)行樣本的分解，在樣本中分離出鈾、釷元素，隨后經(jīng)過萃取、蒸餾后進(jìn)行測定。首先，該種方式能夠良好地分離出試樣中含有鈾、釷元素的物質(zhì)，且在萃取的過程中，能夠?qū)⒑锈?、釷元素的物質(zhì)以離子的形式被吸附在交換柱上，減少了干擾因素對鈾、釷元素分離的影響。其次，該方法操作較為簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)合測定，減少單獨(dú)測定消耗的時間，且僅制備一次實(shí)驗(yàn)試劑即可，達(dá)到了節(jié)約資源的目的，

3 實(shí)驗(yàn)操作步驟

3.1 熔樣

（1）提取實(shí)驗(yàn)樣品，使用精密儀器稱取0.1~0.5 g樣品放置于燒杯中，隨后在燒杯中放入混合銨鹽溶液，溶液劑量為5~8 g。

（2）使用攪拌棒將混合銨鹽與實(shí)驗(yàn)樣品充分?jǐn)嚢?，促使?shí)驗(yàn)樣品融入溶液中，攪拌均勻后，需要將溶液放置于電爐上加熱，在加熱的過程中，需要保證電爐為恒溫，加熱至溶液冒白煙即可。加熱完成后，需要待溶液冷卻一段時間后向溶液中添加水、高氯酸，其中，水添加量為5~8 mL，高氯酸添加量為1 mL。添加完成后，將溶液放置于室內(nèi)環(huán)境中，待溶液冷卻后添加上柱液，上柱液劑量為10~15 mL，添加完成后需要對溶液進(jìn)行攪拌，攪拌均勻后將溶液放置于電熱爐上加熱，直至溶液沸騰后取下，放置于室內(nèi)環(huán)境冷卻，從而完成鈾、釷的提取。

3.2 上柱分離

使用平衡液對交換柱進(jìn)行平衡處理，處理完成后使用上柱液對使用過的燒杯、漏斗、攪拌棒等工具進(jìn)行清理，清理次數(shù)不得小于3次，清理完成之后棄去。待溶液冷卻至室溫度后進(jìn)行溶液的過濾，隨后將溶液放置于交換柱中。向交換柱中添加鹽酸，鹽酸劑量為12 mL，添加方式為平均分3次添加，添加完成后便能夠提取溶液中的釷元素。制備容量瓶，在容量瓶中添加尿素、抗壞血酸溶液，添加劑量分別為3~5滴和1 mL，提取分離出釷元素的溶液放置于容量瓶中，備用。隨后，再使用12 mL 蒸餾水分三次解析溶液中的鈾，備用。該步驟完成之后，需要向交換柱中添加水清洗并棄去。

3.3 顯色測定

顯色測定是實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，在進(jìn)行顯色測定時，需要對軸與釷分別進(jìn)行顯色測定。

（1）從對軸的顯色測定的角度來分析。向解析出軸的溶液中添加混合掩蔽劑、酚酞指示劑、氫氧化鈉溶液，其中，混合掩蔽劑的劑量為2 mL、酚酞指示劑為1滴，添加完成后，需要向溶液中緩慢添加氫氧化鈉溶液，其中，氫氧化鈉溶液濃度為40%。在氫氧化鈉溶液添加的過程中，要盡量勻速、勻量添加，在添加時需要對溶液進(jìn)行攪拌，直至溶液呈現(xiàn)微紅即可。溶液微紅之后，使用鹽酸對溶液進(jìn)行消色處理，直至溶液恢復(fù)為初始顏色之后向溶液中添加鈾緩沖溶液。鈾緩沖溶液為三乙醇胺，添加計(jì)量為2 mL。隨后，將溶液搖勻，靜置，使用721分光光度計(jì)在583 nm 處用3 cm 比色皿測定吸光度，根據(jù)吸光度的效果確定鈾的測定結(jié)果。

（2）從對釷的顯色測定的角度來分析。在進(jìn)行釷顯色測定時，需要向解析出釷的溶液中添加乙醇、草酸溶液，其中，乙醇添加量為2.5 mL，草酸溶液添加量為2 mL，草酸溶液濃度為10%。添加完成后搖勻，隨后添加釷的顯色劑。釷顯色劑為偶氮胂，添加量為2 mL。添加完成后，搖勻溶液，再添加鹽酸稀釋容易，在波長660 nm 處用3 cm 比色皿測定吸光度，根據(jù)吸光度的效果確定鈾的測定結(jié)果。

3.4 鈾、釷工作曲線的繪制

鈾、釷工作曲線繪制的目的是為鈾、釷元素測定提供對比與參考，故選取鈾的標(biāo)準(zhǔn)溶液與釷的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行曲線的繪制，為鈾與釷顯色測定形成對比。將鈾與釷的標(biāo)準(zhǔn)溶液放置于燒杯中，添加混合銨鹽，眼暈，測定吸光度，繪制工作曲線。鈾、釷標(biāo)準(zhǔn)溶液工作曲線如圖1所示。

圖1 鈾、釷標(biāo)準(zhǔn)溶液工作曲線圖

3.5 計(jì)算

根據(jù)顯色測定計(jì)算樣品中鈾、釷的含量，計(jì)算公式如下。

式中，X為鈾/釷的含量；γ為工作曲線上查的鈾/釷含量；ω為樣品的重量；c為鈾/釷的回收率。

4 實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化

4.1 上柱液酸度的選擇

通過分析可知，在對樣品溶液進(jìn)行鈾與釷的提取時，主要采用的是萃取的方法，而在該過程中，需要添加鹽酸，而實(shí)際上，鹽酸的酸度會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，若酸度過高，則會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成本增加，若酸度過低，則鈾與釷的提取效果將會降低。針對此問題，對萃取過程中添加鹽酸的步驟進(jìn)行了優(yōu)化。研究顯示，硝酸的濃度對鈾與釷的回收影響并不大，故而本實(shí)驗(yàn)將鹽酸改為硝酸。同時，據(jù)分析，硝酸濃度在1~9時對鈾與釷回收率的影響最低，因此，本實(shí)驗(yàn)選擇7 N的硝酸作為上柱液。

4.2 酒石酸用量對鈾、釷回收的影響

樣品中不僅含有鈾與釷，同時也含有鋯元素、鈦元素、鉻元素、釩元素等，這些元素均會對樣品溶液分離鈾與釷時產(chǎn)生干擾，例如，若樣品中含有鋯元素，則會導(dǎo)致釷的測定結(jié)果偏高，因此，為消除雜質(zhì)元素對目標(biāo)元素提取的影響，需要在上柱液中添加酒石酸。為驗(yàn)證酒石酸能夠在阻止雜質(zhì)元素干擾鈾與釷提取的同時不影響鈾與釷的提取，本實(shí)驗(yàn)選擇向樣品溶液中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、1%、2%、3%的酒石酸，并分析酒石酸對鈾與釷回收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 酒石酸對鈾與釷回收率的影響分析表

實(shí)驗(yàn)表明，酒石酸用量在3%以內(nèi)不會對釷回收率產(chǎn)生較大的影響，故本實(shí)驗(yàn)選擇使用2%濃度的酒石酸。

4.3 硝酸鋁用量對鈾、釷回收的影響

通過分析可知，在樣品溶液的熔樣及柱分離的過程中均會使用到混合銨鹽，而實(shí)際上，樣品溶液添加混合銨鹽之后將會產(chǎn)生一定量的氟并在溶液中形成氟離子，氟離子將會對鈾的測定產(chǎn)生影響，因此，還需要消除氟離子的影響。通過調(diào)查研究顯示，硝酸鋁能夠很好地清除氟離子，故選取添加硝酸鋁溶液抑制氟離子的負(fù)面影響。為了選取合適濃度的硝酸鋁，本實(shí)驗(yàn)分別向樣品溶液中添加濃度為3%、5%、7.5%、10%、15%、20%的硝酸鋁溶液，分析硝酸鋁溶液對鈾與釷回收率的影響，表2為酸鋁溶液對鈾與釷回收率的影響。

表2 酸鋁溶液對鈾與釷回收率的影響

通過表2可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)硝酸鋁濃度為7.5%時對釷回收率的影響最低，當(dāng)硝酸鋁濃度為10%時對鈾回收率的影響最低。綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，10%的硝酸鋁濃度為最佳選擇，故本實(shí)驗(yàn)選取濃度10%的硝酸鋁。

4.4 鈾、釷的洗脫曲線

在對交換柱進(jìn)行鈾、釷的洗脫時，對鈾的洗脫采用蒸餾水洗脫，對釷的洗脫采用鹽酸洗脫，鹽酸的酸度為6 N，洗脫的方式均采用淋洗的方式。通過分析回收淋洗液中含有的鈾、釷含量發(fā)現(xiàn)，在前2 mL 的回收洗脫液中并不含有鈾、釷，故為了保證資源的合理利用，可先選擇2 mL 蒸餾水和2 mL 鹽酸分別對盛放鈾、釷溶液的燒杯進(jìn)行洗脫，并棄去洗脫液，對后續(xù)的洗脫液進(jìn)行回收，以保證鈾、釷的回收效果。同時，通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蒸餾水與鹽酸用量達(dá)到12 mL后，后續(xù)的洗脫液也不含有鈾、釷，故選取的蒸餾水與鹽酸劑量均為12 mL。

5 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)主要采用的是化學(xué)法測定建材產(chǎn)品中的鈾、釷含量，利用混合銨鹽制備樣品溶液，隨后采用蒸餾水與鹽酸解析的方法進(jìn)行鈾、釷的萃取，獲取鈾實(shí)驗(yàn)溶液、釷實(shí)驗(yàn)溶液，并使用721分光光度計(jì)對鈾實(shí)驗(yàn)溶液、釷實(shí)驗(yàn)溶液進(jìn)行顯色測定，根據(jù)計(jì)算公式計(jì)算出建材樣品中鈾、釷含量。在實(shí)驗(yàn)過程中，為了降低干擾影響，本實(shí)驗(yàn)選擇使用7 N 硝酸代替鹽酸為鈾、釷聯(lián)合測定的上柱酸度，并添加10%硝酸鋁消除氟離子對鈾、釷回收率的影響，添加3%酒石酸消除干擾元素對鈾、釷回收率的影響，以保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。