用质谱法分析六氟化铀中的烃和卤代烃.docVIP

第 10 卷 第 1 期 1998 年 3 月 江 苏 石 油 化 工 学 院 学 报 J OU RNAL O F J IAN GSU IN S T I TU T E O F P E TROCH EM ICAL T ECHNOL O GY Vol110 No11 Mar11998 Ξ 用质谱法分析六氟化铀中的烃和卤代烃 汤汉森 (江苏石油化工学院物理教研室 , 常州 213016) 摘 要 为了测定六氟化铀中烃和卤代烃的含量 , 首先要对进样系统和质谱计的离子源进行充分的钝化。样品必须全部汽化后 方可通入质谱计 , 否则分馏效应将严重歪曲测量结果。用接近于待测样品中所含的卤代烃的杂质样品与纯净六氟化铀可配置出 已知卤代烃含量的 “杂质标样”。用它可以测出其特征质量峰的灵敏系数 , 这样就能定量测定待测样品中烃和卤代烃的总摩尔 含量 , 可靠地鉴定它是否低于 0101 % 。对美国公布的《测定六氟化铀中烃、含氯烃和部分取代卤代烃》标准方法进行补充与完 善。 关键词 质量数 ; 特征质量峰 ; 灵敏系数 中图法分类号 O 65716 美国原子能委员会要求合格的六氟化铀产品中 的烃和卤代烃的总摩尔含量低于 0101 % 。这一要 求在国际上作六氟化铀交易时均被采纳 。为了作这 项指标的鉴定 , 美国公布了 A S TM 标准方法《测 定六氟化铀中烃 、含氯烃和部分取代卤代烃》〔1〕, 该方法是根据尼尔型质谱计扫下的质谱图中的 8 个 质量数的质谱峰的大小来判断六氟化铀的烃与卤代 烃的总摩尔含量是否低于 0101 % 。然而事实上 , 不同离子源对有机杂质与六氟化铀的电离效率之比 (表现为灵敏系数) 可以相差高达 3 个数量级 。因 此尽管这种方法只作为定性或半定量的方法 , 单独 使用仍觉不妥 。我们用 MA T - 250 U F 质谱计 ( 或 其它类型 U F 质谱计)〔2 ,3〕代替美国方法中的尼尔 型质谱计 ; 使用混合进样台并配制出已知杂质含量 的“杂质标样”, 求出各类杂质的相对灵敏系数 ; 在这基础上对样品作各种烃和卤代烃的总摩尔含量 的分析 , 因而取得了真正可靠的分析结果 。 个质量数上都有或大或小的质谱峰 。它们是六氟化 铀与离子源或进样管道表面吸附的有机物起反应而 产生的杂质离子峰 。为了减小本底杂质峰 , 可以采 用钝化处理的方法〔4 ,5〕。经验表明 , 长期连续用于 测量六氟化铀样品的质谱计可以认为是已经钝???好 的质谱计 。 U F 型质谱计具有分子束进样装置与吸附冷 阱 , 六氟化铀分子以分子束形式进入电离区 , 未被 电离的分子直接被冷凝在吸附冷阱的舌头上而很少 有碰壁的几率 。这样 , U F 质谱计在减小记忆效应 的同时也大幅度地减小了本底杂质峰 。我们的正式 分析都是使用 U F 型质谱计 , 它明显优于美国标准 方法中所用的尼尔型质谱计 。 图 1 是净化后的六氟化铀样品通入 MA T - 250 U F 质谱计后所得的质谱扫描图的一部分 。由 图 1 可知 , 在扫描图的大部份质量数上见不到本底 峰 , 或者说在这些质量数上的本底峰小于238 U F + 5 主峰的 1 ×10 - 6 。当通入待测的 U F6 样品后 , 只要 在这些质量数上出现了离子峰 , 它们必定是由样品 中的杂质产生的 。用该峰大小去估算杂质含量可不 必扣除本底 , 因而减小了误差并提高了鉴定的可靠 性 , 这是本工作与 A S TM 标准方法相比的优点之 一 。 1 仪器准备及纯净六氟化铀的质谱峰 为了降低测量的检测下限及提高分析的可靠 性 , 要求纯净六氟化铀通入质谱计后的本底杂质峰 越小越好 。当纯净六氟化铀样品通入未经钝化过的 质谱计中 , 通常在质量数小于 100 的范围内几乎每 Ξ 收稿日期 : 1998 - 02 - 23 212 含氯烃的质谱峰 由于35 Cl 与37 Cl 的丰度比约为 3 ∶1 , 因此比较 容易识别是否在六氟化铀样品中存在含氯烃杂质 。 通常取 C35 Cl + ( 47 ) 与 C37 Cl + ( 49 ) 的质谱峰作 为含氯烃的特征峰 。实验表明 , 在我们分析过的大 量样品中 , 都没有见到含氯烃杂质 , 这是由于我国 目前分离机所用的特殊润滑油是氟碳化合物 , 而不 是氟氯碳化合物 。 213 氟碳化合物的质谱峰 六氟化铀同位素分离机所用的特殊润滑油是高 图 1 纯净六氟化铀通入 MA T - 250 U F 质谱图 分子氟碳化合物 , 本身沸点很高 , 常温时蒸汽压很 低 。但在分离机的运行过程中 , 特殊润滑油的部分