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減少鈾氫化物離子干擾并實現鈾236同位素分析

更新時間:2023-09-21       點擊次數:993

         前言

鈾 236 是一種可長期存在的放射性同位素,主要由天然存在的痕量同位素 235U (豐度 0.72%)通過熱中子俘獲形成。236U 也可能在鈾濃縮過程中產生, 是核反應堆中濃縮鈾燃料消耗時產生的廢棄物。236U/238U 同位素比可用作追蹤濃縮鈾燃料、乏核燃料和核廢料的意外泄漏,并考察核技術對環境 及人類健康影響的一種靈敏的方法。因此,儀器設備在準確分析234/235/238以及其他地球化學沉積元素的同時,能夠實現快速對10-10水平的 236U/238U 同位素比進行分析。

 

1.研究的問題

當前ICP-Single Quad-MS 單四極桿質譜通常被廣泛用于地球化學沉積物中多元素分析,但分析236U的主要難題在于無法去除氫化物離子 235UH+  對 236U+ 的干擾,以及 235U+ 和 238U+ 峰拖尾對 m/z 236 處的影響,特別是某些經過濃縮的樣品基體中往往有高含量的235U會進一步加大上述 質譜干擾。

 

2.單四極桿質譜難以解決的干擾

對于氫化物離子 235UH+ 對 236U+ 的干擾,可以通過使用O2反應池,將U+ 轉化為UOO+來分析測定。ICP-Triple Quad- MS 三重四極桿質譜,在反 應池前的第一組四極桿(Q1)控制某一個質量數的離子進入四極桿,從而實現同位素子離子間不會產生疊加。而單四級桿質譜無法在O2反應 池模式下區分235U16O17O+ 和236U16O16O+。

 

3.干擾來源原因解析

對于峰拖尾,單四極桿質譜的豐度靈敏度通常在10-6到10-7 ,高基體元素帶來的高強度峰拖尾將對相鄰兩側峰產生重疊信號。而三重四極桿質譜 ICP-QQQ-MS可,使用了兩個分辨率<1amu的四極桿質量分析器(Q1和Q3),通過二次篩選有效提高豐度靈敏度,MS/MS模式的豐度靈敏度= Q1的豐度靈敏度* Q3的豐度靈敏度=10-12到10-14。高高度峰拖尾對相鄰質量數的貢獻可以得到有效緩解。

 

4.采用三重四極桿質譜通過測定 UO2+ 子離子減少鈾氫化物離子干擾

采用LabTech 5000 ICP-QQQ-MS 分析238U溶液,通過O2反應池的MS/MS模式,提高了豐度靈敏度解決峰拖尾,將U+轉化為UOO+處測定從而去除 UH+的質譜干擾。( 235U/238U 的豐度比值為 7 ×10-3,以238UH+對239M+的貢獻為測試實例,說明ICP-QQQ-MS 去除 235UH 對 236U 的干擾的 方法,從而實現對10-10的 236U/238U 的測定。)

通過MS/MS模式 = (238→238)、(238→254) 和 (238 →270)  的三個質量對來測定 238U+、238U16O+ 和 238U16O16O+  的信號,如圖所示:

img1 

 

5.采用三重四極桿質譜實現鈾236同位素分析

在形成UOO+最佳的 O2 反應池條件,采用MS/MS模式, 引入100ppb 238U 溶液,同時考察238UH+/238U+、238UOH+/238UO+ 和 238UO2H+/  238UO2+ ,如圖所示:

img2 

 

結論

結果表明, LabTech 5000 ICP-QQQ-MS在 MS/MS 模式下以 O2 作為反應池氣體運行,可成功減少 235UH+ 對 236U+ 的干擾,從而實現236U/238U 的測 定,適用于 236U/238U 的對10-10同位素比快速痕量分析,是能夠實現234U/235U/236U/238U同位素比值的快速痕量分析的可靠手段。5000 ICP-QQQMS 還可以搭配膜去溶裝置,從而分析236U豐度更低的樣品中的236U/238U。

 

LabMS 5000 電感耦合等離子體串聯質譜儀(ICP-MS/MS)

 

img3 

l精準:MS/MS模式實現受控且可靠的干擾去除,精準去除質量干擾離子,從而獲得更低的檢測限和準確的超痕量分析結果。

l穩定:采用工業標準27MHz 固態發生器,具有非常高的系統穩定性;優異離子傳輸系統設計即使在MS/MS模式下也具有檢測穩定性。

l可靠:通過 SEMI S2 認證,多達十重安全防護配置,帶來全面可靠的安全防護,保證儀器長時間安全可靠運行。

l強勁:全基體進樣系統結合接口設計及加強離子傳輸系統,帶來強大的基體耐受性,即使高基體直接進樣也可有效降低信號漂移。

l易用:HiMass智能工作站,一鍵式,向導式、模塊化設計,界面簡潔直觀,易學易用,極大提高工作效率。

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