煤炭中铀、钍准确测量的应用方案

2022-09-20 04:59:04, 管理员美析（中国）仪器有限公司

煤炭中铀、钍准确测量的应用方案

引言

煤炭是我国能源消耗的主要对象，煤作为工业生产的主要燃料之一﹐除了含有铝﹑铁、钙等主量元素外,还含有多种微量元素甚至有害元素，其中，铀、钍是具有放射性的元素。在煤炭的储存、利用和排放过程中极有可能进入大气、水体和土壤,给环境和生态造成严重污染，同时，也威胁着人类的健康。又因为煤中铀、钍的含量是煤质样品重要的指标，在煤田地质勘探的样品中需要大批量检测。所以，准确快速的测定煤中铀、钍含量对评价煤质和保护环境以及人体健康都是必不可少的。

因为煤中铀、钍含量的现行分析方法均为分光光度法方法，所需试剂较多，测定步骤繁杂，要经过萃取、脱附，劳动强度大，效率低，不同检测人员、试验环境和试剂都会对测试结果产生较大影响。所以，推行仪器的分析方法势在必行，而ICP-MS可测定元素周期表中包含铀针在内的大部分元素，极低的检出限、极宽的动态线性范围、谱线简单、干扰少、精密度高、分析速度快，并且在岩石、土壤、合金材料、化工原料、水样、食品、半导体、医药等领域有着成熟的应用，故本标准拟采用经盐酸、硝酸、氢氟酸和高氯酸消解后，ICP-MS法测定煤中铀、钍的技术方案。该方案在今后的煤中铀牡元素的检测工作中能大大提高检测的准确度和检测效率，同时能将先进的检测仪器（ICP-MS)引入到煤质微量元素的检测工作中，这将会极大的带动煤中微量元素检测方法和手段的更新换代，促进煤中微量元素检测的进一步发展。

方法研究的目标

本标准方法拟达到的特性指标有方法检出限、测定下线、精密度和准确度。其中:铀元素的检出限为: 0.011 ug/g，测定下限: 0.04 ug/g，精密度（6次相对标准偏差）10%以下，准确度（加标回收率）85%-110%，准确度（标准物质）在参考范围内;

钍元素的检出限为:0.012 ug/g，测定下限:0.04 ug/g，精密度(6次相对标准偏差)5%以下，准确度(加标回收率）85%-110%，准确度（标准物质）在参考范围内。

方法原理

煤样经过灰化后，用硝酸、盐酸、氢氟酸分解，加高氯酸后赶酸，并用稀硝酸定容、摇匀，将待测溶液引入等离子体，在等离子炬中，气溶胶被充分蒸发、解离、原子化和电离，根据铀、针元素的质荷比用四级杆电感耦合等离子体质谱仪进行分离并检测，在一定浓度范围内采用外标法定量，并使用内标法抑制样品基体仪器的响应和仪器漂移。

仪器和试剂材料

美析ICP-MS6880电感耦合等离子体质谱仪，仪器能在5u~250u质荷比范围内进行扫描，最小分辨率为1u峰宽。

氩气:高纯，纯度大于99.999%。

分析天平:感量0.0001g。

实验用水:电阻率≥18.2M ·cm，其余指标满足GB/T6682中的一级水。

盐酸: ρ(HC1) =1.19 g/mL，优级纯以及上

硝酸: ρ(HNO3）=1.42 g/mL，优级纯以及上

氢氟酸: ρ(HF）=1.13 g/mL，优级纯以及上

高氯酸: ρ(HCIO4）=1.67 g/mL，优级纯以及上

硝酸（1+99）:取10mL硝酸于1000mL的容量瓶中，用水定容至刻度，并摇匀。

钍标准储备溶液(100 u g/mL) :直接购买市售有证标准溶液。

铀标准储备溶液(100 u g /mL) :直接购买市售有证标准溶液。

仪器调谐液:宜含有Be、Co、In、Ce、U，直接购买有证标准溶液样品

煤质样品的采集和保存:煤层煤样采取方法按GB/T 482执行，商品煤样人工采取方法按GB/T475执行的规定执行。

煤样的制备:煤样的制备方法按GB/T 474的规定执行。

分析步骤

称取0.1000 g(精确至0.0001g)煤灰试样于聚四氟乙烯坩埚中，加入5mL硝酸、1.5mL盐酸、5 mL氢氟酸，盖上坩埚盖，在180℃的控温电热板上加热消解2h，打开坩埚盖，少量纯水清洗，再加1 mL高氯酸，升温至260℃赶酸，直至高氯酸白烟冒尽，再分别加入5mL硝酸溶液，再加热10min，取下冷却，将消解液转入50mL比色管中，用纯水定容至刻度，混匀备用。

仪器的调谐

仪器点矩后，应至少稳定30min，用含有Ing/mL Be、Co、In、Ce、U的仪器调谐液，对仪器进行最佳化调试。

内标

本标准采用内标法校正。选用Re (185）为内标元素。内标元素使用液在测试时通过一个三通与样品溶液在线混合后引入等离子体，也可直接在空白溶液、校准曲线溶液和样品溶液中加入内标溶液。

校准曲线的绘制

分别吸取铀牡混合中间液0.00mL、0.50mL、2.50mL、5.00mL、10.00mL、25.00mL于一组50 mL的容量瓶中，用硝酸溶液稀释至刻度，摇匀。此时校准曲线中的铀、钍含量均为0.00ng/mL、1.00ng/mL、5.00ng/mL、10.00ng/mL、20.00ng/mL、50.0Ong/mL。按步骤进行测定，测试完成后，自动生成校准曲线数据并储存数据仪器的调试。

试样测定

按照标准曲线的测试步骤进行空白溶液，试验和煤灰样溶液，的测定，并计算灰样中铀、让的质量分数。

结果计算

煤样中的铀、牡的质量分数w按以下公式计算:

式中:

w—煤样中铀、牡的质量分数，单位为微克每克（ug/g） ;

ρ一在校准曲线上查得灰样溶液中铀、针的质量浓度，单位为纳克每毫升(ng/mL) ;

Ρ0一在校准曲线上查得空白溶液中铀、针的质量浓度，单位为纳克每毫升(ng/mL) ;

V—测定灰样溶液的体积，单位为毫升(mL) ;

m —称取灰样质量，单位为克(g) ;

Aad一煤样的空气干燥基灰分的质量分数，%。

仪器参数

ICP-MS6880电感耦合等离子体质谱仪

产品介绍

电感耦合等离子体质谱仪 (简称ICP-MS），是20世纪80年代发展起来的一种新的微量、痕量和超痕量元素分析技术。ICP-MS可测定元素周期表中大部分元素，且具有极低的检出限、极宽的动态线性范围、谱线简单、干扰少、精密度高、分析速度快等性能优势，上海美析仪器是国内较早开发ICP-MS的厂家，拥有国内最资深的ICP-MS研发团队，努力打造国内优质的ICP-MS产品。

应用领域

高校、质检中心、环境监测站、企业、农业系统、地质地矿、环境保护、地质冶金、电子电器、食品安全、化工制药等。

性能特点

◇ 集成气路模块，减少气路接头，轻量化、模块化，保障仪器便于移动工作

◇自主研发的固态电源可以保证仪器在多种模式（如常规模式、冷等离子体模式）下运行，并且在同一方法中允许运行多种模式，节约大量分析时间及方便研究。

◇ 采用主流化市场设计，为用户特别是第三方检测用户大大节省了仪器占用空间，也为未来实现车载应用，增加了可能性。

◇中英文快速切换软件界面，“一键式”参数设置直观快捷，提高了用户的工作效率，也提供自动控制仪器及其附件的能力，完美适应Windows 专业操作系统

◇美析仪器遍布全国的服务网络，我们10分钟响应、48小时内上门服务、客服中心随时跟踪服务、保证服务质量

技术指标

质量数量范围：2~260 amu

测量范围：≥109

灵敏度：Li≥50；In≥180；U≥200（Mcps/ppm）

检出限：Li≤2；In ≤0.1；U≤0.1（ppt）

分辨率：0.2~2.0amu

信噪比：≥50×106

背景噪音：≤2 cps（全质量范围）

质量轴稳定性：≤0.05 amu/24 h

稳定性RSD：短期≤2%；长期≤3%

氧化物离子：CeO+/Ce+≤2.5%

双价离子：69Ba2+/138Ba+ ≤3%

同位素比：（107Ag/109Ag）≤0.2%

丰度灵敏度：≤1×10-6低质量端；≤5×10-7高质量端

关于美析

上海美析仪器有限公司(以下简称美析)，是一家具有自主知识产权的高新技术企业，美析的创业理念“科技——因你改变”，并以此为企业宗旨，不断探究、果敢创新。特别是在分析测试仪器领域，不断开发出先进的产品，使美析成为优质仪器资源的供应者。

美析主营光谱类仪器：可见分光光度计、紫外可见分光光度计、原子吸收光谱仪、原子荧光光度计、ICP-AES、ICP-MS，生命科学仪器：超微量分光光度计、全自动核酸提取仪，目前，我们的产品已广泛应用于有机化学、无机化学、生物化学、医药、环保、冶金、石油、农业等领域。同时美析利用在产品机械结构、光学设计、电气应用和软件开发方面积累的丰富经验，结合市场的最新实际需求，近期将陆续推出一批全新的分析类仪器。