[发明专利]非天然同位素丰度的元素浓度测量方法及系统

说明书

本发明公开了非天然同位素丰度的元素浓度测量方法及系统，测量方法包括以下步骤：S1、标准配制：配制天然同位素丰度元素的系列标准溶液B1～Bn；S2、参数调节；S3、标准测量：采用电感耦合等离子体质谱仪分别测量标准溶液B1～Bn中待测元素的全部同位素的计数率；S4：样品测量：用电感耦合等离子体质谱仪测量样品溶液E中待测元素的全部同位素的计数率；S5、数据处理：计算样品溶液中的元素浓度。本发明针对核行业的同位素富集元素和核反应产物的元素浓度测量时，缺乏标准和参考物质，现有方法存在灵敏度不高或单一方法难以快速测量的问题，首次将电感耦合等离子质谱应用于非天然同位素丰度元素浓度测量领域。

技术领域

本发明涉及核化学与放射化学技术领域，具体涉及非天然同位素丰度的元素浓度测量方法及系统。

背景技术

电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)是20世纪80年代发展起来的无机元素和同位素分析测试技术，它以独特的接口技术将电感耦合等离子体的高温电离特性与质谱计的灵敏快速扫描的优点相结合而形成一种高灵敏度的分析技术。电感耦合等离子体质谱具有灵敏度高、检测限低、线性范围宽、多元素同时分析、基体干扰小等优点，可测定的元素几乎覆盖元素周期表中大部分元素，是一种具有广阔前景的痕量(超痕量)无机多元素含量测定技术，被广泛应用于环境和生命科学、地质和考古学、医学和食品、金属合金和贵金属、矿物油、核材料、高纯物质等领域。

电感耦合等离子体质谱仪测量元素浓度时，采用相对测量法进行定量分析，即通过与已知的标准或参考物质比较，实现未知试样中元素的定量分析。自然界出现的每种元素都有一个或几个同位素，每个特定同位素离子给出的信号与该元素在试样中的浓度呈线性关系。由于天然元素标准溶液的种类齐全且易于获取，使电感耦合等离子体质谱仪的相对测量方法可以广泛应用于核行业以外的各个领域。

在核行业中，核科学工作者将要分析以下两种对象的元素浓度：一是人工将天然元素中的某同位素富集，制成浓缩元素，如富集²³⁵U的浓缩铀、富集¹⁰B的浓缩硼、富集⁸⁸Sr的浓缩锶等，这些元素中的同位素种类与天然一致，但其同位素丰度与天然不同；二是各种核反应产物，如裂变产物、活化产物、衰变产物等，核反应伴随着原子核状态发生变化或新的原子核的形成。核反应后，元素的同位素组成会发生改变，甚至产生了新的非天然同位素，如²³³U、²³⁶U、⁶³Ni、⁸⁹Sr、³²P等。

核行业面临的元素浓度分析对象，往往没有与样品同位素组成一致的标准或参考物质。如核裂变后的铀元素包含²³⁴U、²³⁵U、²³⁶U、²³⁸U，而天然铀元素只有²³⁴U、²³⁵U、²³⁸U，核裂变的程度不同，铀元素的同位素组成各异，不可能找到与待测样品一致的标准物质。此外，核工业要测量的多为人工制备的非天然同位素，核反应的装置和条件极其苛刻，标准物质的制作要付出极大的代价，大多非天然同位素还具有放射性，其制备、运输、使用的要求严格，往往一“标”难求。面对核行业的特殊应用场景和标准物质缺乏的现状，电感耦合等离子体质谱仪的使用受到极大限制，使核行业难以将这一具有优势的无机多元素测定技术进行广泛应用。