СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ПРОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ИЗОТОПОВ УРАНА В МАСЛАХ Российский патент 2008 года по МПК G01N30/72 G01N33/26 G01N1/28 

Описание патента на изобретение RU2338186C1

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам подготовки проб для определения содержания элементов и их изотопов в углеводородных, минеральных и синтетических, в частности, вакуумных маслах, нефтепродуктах и горюче-смазочных материалах.

Способ представляет интерес для научно-исследовательских и производственных лабораторий предприятий атомной промышленности, занимающихся производством и переработкой материалов, содержащих уран с изотопным составом, отличающимся от природного состава изотопов.

Известные способы определения изотопов урана в различных материалах методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП МС), например метод определения содержания изотопов урана в почвах [1], включают в себя два последовательных этапа: разложение (минерализацию) материала пробы и последующее определение содержания изотопов урана в растворе на масс-спектрометре с ИСП. Наибольшую трудность, особенно при анализе органических материалов, представляет процедура полного разложения пробы до получения прозрачного раствора. При неполном разложении органики ее остатки изменяют вязкость раствора, оседают внутри пробоподающих коммуникаций, на внутренних деталях прибора и тем самым искажают результаты анализа.

Известен способ определения изотопов урана в материалах, содержащих органические соединения, например в моче [2], включающий окисление пробы азотной и соляной кислотами при нагревании на электрической плите для растворения урана и разрушения органической матрицы с последующим определением содержания изотопов урана в растворе методом ИСП МС. Этот способ очень длителен, не обеспечивает полного разложения проб углеводородных масел до получения прозрачного раствора и вносит погрешность в результаты анализа.

Известны способы разложения проб углеводородных масел концентрированными кислотами при высоком давлении и высокой температуре. Наиболее близким по технической сущности является способ подготовки проб масел разложением кислотами при высоком давлении и высокой температуре для определения следов 28 элементов (уран не входит в их число) методами атомной спектроскопии и масс-спектрометрии с ИСП, атомно-абсорбционной спектроскопии с холодным паром и графитовой кюветой и радиометрическими методами [3]. Согласно этому способу навеску масла массой 0,2-0,7 г помещают в стакан, приливают 5 мл азотной кислоты, 2,5 мл соляной кислоты, закрывают пленкой из политетрафторэтилена, прокалывают в пленке отверстие, прикрывают крышкой, обертывают фольгой и устанавливают в печь высокого давления (High Pressure Asher). Заполняют печь инертным газом, аргоном или азотом, устанавливают температурную программу и запускают процесс разложения, который состоит из нескольких стадий. Каждая стадия разложения имеет свою заданную температуру и длительность. В процессе разложения давление в стаканах и внутри печи выравнивается. Контроль за уровнем давления в печи по данному способу не ведется. В таблице 1 представлена температурная программа разложения масел и масляных отходов по рассматриваемому способу.

Таблица 1Температурная программа разложения масел и масляных отходов [3]СтадияНачальная температура, °СВремя, минКонечная температура, °С11003012521256030033006030042530255000

Главным недостатком этого способа подготовки проб является то, что он не позволяет определять содержание изотопа урана-238 в углеводородных маслах методом ИСП МС на уровне ниже 0,01 мг/г и содержание изотопа урана-235 ниже 0,001 мг/г, так как в полученном растворе пробы остаются следы неразложившегося масла, которое оседает внутри коммуникаций масс-спектрометра и тем самым резко повышает погрешность анализа и память прибора, особенно по изотопу урана-235.

Кроме того, этот способ очень длителен. Чистое время разложения пробы составляет 3 часа.

Задачей изобретения является создание такого способа подготовки проб, который одновременно обеспечивал бы полное разложение проб углеводородных масел до состояния прозрачности, сокращение времени разложения проб и снижение пределов обнаружения изотопов урана в пробах углеводородных масел.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе, включающем отбор проб масла и разложение их концентрированной кислотой при высоких температуре и давлении, разложение проб ведут до полной прозрачности по многостадийной программе в микроволновой печи азотной кислотой в количестве не менее 5 см3 на каждую пробу массой от 0,4 г до 0,6 г при максимальной мощности высокочастотного излучения и давлении в автоклавах в интервале от 500 до 1200 кПа при времени воздействия на пробу от 5 до 15 мин на каждой стадии разложения.

В результате внесенных изменений процесс разложения проб углеводородного масла при определении в нем содержания изотопов уран-238 и урана-235 стал более эффективным, разложение проб до степени прозрачности углеводородного масла стало возможным при добавлении только одной концентрированной азотной кислоты, сократилось время разложения проб масла и снизилась пределы обнаружения изотопов урана.

Выбор оптимальных условий разложения проб углеводородного масла с целью достижения полноты минерализации был проведен на образцах вакуумного масла подбором значений параметров режима разложения (давления внутри автоклавов и времени воздействия микроволнового излучения) при 100% мощности излучения и максимальной загрузке в 12 автоклавов, обусловленной конструкцией используемого устройства. Навеска масла во всех случаях была примерно равна 0,5 г, объем концентрированной азотной кислоты - 5 см3. Полноту процесса разложения контролировали визуально по отсутствию (или наличию) масла в минерализованном растворе. Значения устанавливаемых параметров режима разложения и результаты визуальной оценки полноты процессов разложения приведены в таблице 2.

Таблица 2Значения параметров режима разложения и оценки качества разложения проб вакуумного маслаВариант режима разложенияИзменяемые параметрыСтадия разложенияОценка качества разложения123451Мощность излучения, %1000100--Остался неразложившийся осадокДавление, кПа5000800--Время, мин81515--2Мощность излучения, %10001000100Остался неразложившийся осадокДавление, кПа50008000900Время, мин8151515153Мощность излучения, %10001000100Осадка нетДавление, кПа500080001200Время, мин81285144Мощность излучения, %10001000100Осадка нетДавление, кПа500080001200Время, мин855515

На чертеже приведены графики зависимости давления в автоклавах от времени воздействия микроволнового излучения при разных вариантах режимов разложения, соответствующих режимам 1, 2, 3, 4 из таблицы 2.

На основании экспериментальных данных был выбран режим разложения №4.

Пример подготовки пробы углеводородного масла.

От пробы масла после тщательного перемешивания стеклянной палочкой в течение 1-2 минут с помощью микродозатора вместимостью 200-1000 мм3 отбирают две навески масла массой около 0,5 г (560 мм3), помещают во фторопластовые автоклавы высокого давления и взвешивают на аналитических весах с погрешностью ±0,2 мг. Затем к каждой навеске масла при помощи микродозатора вместимостью 1-5 см3 приливают по 5 см3 концентрированной азотной кислоты и помещают автоклавы в микроволновую печь. Затем проводят разложение проб масла, используя пять стадий режима разложения с регламентированными давлением внутри автоклавов и длительностью каждой стадии.

Значения параметров режима разложения проб вакуумного масла на его различных стадиях при полной загрузке микроволновой печи (12 автоклавов) представлены в таблице 3.

Таблица 3Значения параметров режима разложения проб углеводородного маслаПараметрСтадия режима разложения12345Мощность излучения, %10001000100Давление, кПа.500080001200Время, мин8-105-125-85-814-15

При использовании меньшего количества автоклавов мощность излучения микроволн программируют в соответствии с количеством используемых автоклавов в следующей зависимости:

для 10 автоклавов - 90%, для 8 - 80%, для 6 - 70%, для 4 - 50%, для 2 - 40%.

После окончания процесса разложения проб автоклавам дают остыть непосредственно в микроволновой печи в течение 30 минут. Затем автоклавы извлекают из микроволновой печи и открывают. Азотнокислые растворы (основные растворы), полученные после микроволновой минерализации проб масла, переносят из автоклавов в мерные колбы вместимостью 100 см3. Автоклавы обмывают 2-3 раза дистиллированной водой порциями примерно по 5 см3 и присоединяют промывные растворы к основным. Затем в автоклавы добавляют по 5 см3 концентрированной азотной кислоты, обмывают автоклавы кислотой и количественно содержимое автоклавов в мерные колбы с основными растворами. Затем автоклавы обмывают 2-3 раза дистиллированной водой порциями примерно по 5 см3 и присоединяют промывные растворы к основным. Полученные растворы доводят до метки водой и перемешивают.

Перед измерением пробы разбавляют дистиллированной водой в 100 раз. Разбавленные растворы анализируют на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой при оптимальных рабочих параметрах прибора.

Таким образом, в результате предложенного способа подготовки проб масла время разложения проб сократилось до 60 минут, пределы обнаружения изотопа урана-238 в углеводородных маслах снизились до 0,001 мг/кг, а изотопа урана-235 до 0,0001 мг/кг.

Источники информации

1. Standart Test Method for Analysis of Total and Isotopic Uranium and Total Thorium in Soils by Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry. ASTM, С 1345-96 (Reapproved 2001).

2. Standart Test Method for Analysis of Urine for Uranium-235 and Uranium-238 Isotopes by Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry. ASTM, С 1379-04.

3. Standart Practice for Preparation of Oils and Oily Waste Samples by High-Pressure, High-Temperature Digestion for Trace Element Determinations. ASTM, С 1234-98 (Reapproved 2004).

Похожие патенты RU2338186C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ СИЛИКАТНЫХ И КАРБОНАТНЫХ ПРОБ ГОРНЫХ ПОРОД ДЛЯ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА 2007
  • Лелюх Ирина Григорьевна
  • Якушкова Ольга Леонидовна
RU2364851C2
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ СИЛИКАТНЫХ И КАРБОНАТНЫХ ПРОБ ГОРНЫХ ПОРОД И МИНЕРАЛОВ-ИНДИКАТОРОВ КИМБЕРЛИТА ДЛЯ СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА 2018
  • Коленченко Мария Олеговна
  • Александрова Александра Александровна
  • Никифорова Розалия Трофимовна
RU2686913C1
Способ подготовки проб биологических материалов к анализу 1989
  • Седых Эвелина Максимовна
  • Петровская Ирина Николаевна
  • Кузьмин Николай Михайлович
SU1712823A1
Способ подготовки проб для определения содержания свинца в пиролизной жидкости 2018
  • Николаев Артем Николаевич
  • Грушичева Елена Александровна
  • Скоморохова Светлана Николаевна
  • Трифанова Елена Михайловна
  • Асхадуллин Радомир Шамильевич
RU2694355C1
Способ группового концентрирования из кислых растворов и разделения ионов элементов ионной жидкостью 2015
  • Темерев Сергей Васильевич
  • Савакова Юлия Павловна
RU2637236C2
Способ измерений массовых концентраций мышьяка, кадмия, свинца, ртути в мясных и мясосодержащих продуктах методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой 2020
  • Уланова Татьяна Сергеевна
  • Зайцева Нина Владимировна
  • Стенно Елена Вячеславовна
  • Вейхман Галина Ахметовна
  • Недошитова Анна Владимировна
  • Волкова Марина Валерьевна
  • Николаева Алена Евгеньевна
RU2738166C1
Способ измерений массовых концентраций алюминия, мышьяка, стронция, кадмия, свинца, ртути в мукомольно-крупяных и хлебобулочных изделиях методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой 2021
  • Уланова Татьяна Сергеевна
  • Зайцева Нина Владимировна
  • Стенно Елена Владимировна
  • Вейхман Галина Ахметовна
  • Недошитова Анна Владимировна
  • Волкова Марина Валерьевна
  • Николаева Алена Евгеньевна
RU2779425C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ МЕТОДОМ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ С ИНДУКТИВНО-СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ 2021
  • Кузьмин Сергей Владимирович
  • Федорова Наталия Евгеньевна
  • Егорова Марина Валентиновна
  • Родионов Александр Сергеевич
RU2756458C1
СПОСОБ ПРОБОПОДГОТОВКИ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА АЭРОЗОЛЬНОГО ФИЛЬТРА, ЗАСОРЕННОГО ТВЕРДЫМИ БЕРИЛЛИЙСОДЕРЖАЩИМИ ЧАСТИЦАМИ 2022
  • Калинина Анна Алексеевна
  • Жогова Кира Борисовна
  • Королева Ирина Викторовна
RU2788595C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВАНАДИЯ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ МЕТОДОМ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ С ИНДУКТИВНО СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ (ВАРИАНТЫ) 2011
  • Зайцева Нина Владимировна
  • Уланова Татьяна Сергеевна
  • Стенно Елена Вячеславовна
  • Вейхман Галина Ахметовна
  • Баканина Марина Александровна
  • Шардакова Юлия Васильевна
  • Гилева Ольга Владимировна
RU2466096C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 338 186 C1

Реферат патента 2008 года СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ПРОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ИЗОТОПОВ УРАНА В МАСЛАХ

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способу подготовки проб для определения содержания элементов и их изотопов в углеводородных, минеральных и синтетических, в частности вакуумных маслах, нефтепродуктах и горюче-смазочных материалах. Способ подготовки проб для определения содержания изотопов урана в маслах методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, включает отбор проб масла и разложение их концентрированной кислотой при высоких температуре и давлении. Разложение проб ведут до полной прозрачности по многостадийной программе в микроволновой печи азотной кислотой в количестве не менее 5 см3 на каждую пробу массой от 0,4 г до 0,6 г. При этом мощность высокочастотного излучения максимальна, а давление в автоклавах находится в интервале от 500 до 1200 кПа при времени воздействия на пробу от 5 до 15 мин на каждой стадии разложения. Достигаемый при этом технический результат заключается в обеспечении полного разложения проб углеводородных масел до состояния прозрачности, сокращении времени разложения проб и снижении пределов обнаружения изотопов урана в пробах углеводородных масел. 1 ил., 3 табл.

Формула изобретения RU 2 338 186 C1

Способ подготовки проб для определения содержания изотопов урана в маслах методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, включающий отбор проб масла и разложение их концентрированной кислотой при высоких температуре и давлении, отличающийся тем, что разложение проб ведут до полной прозрачности по многостадийной программе в микроволновой печи азотной кислотой в количестве не менее 5 см3 на каждую пробу массой от 0,4 до 0,6 г при максимальной мощности высокочастотного излучения и давлении в автоклавах в интервале от 500 до 1200 кПа при времени воздействия на пробу от 5 до 15 мин на каждой стадии разложения.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2008 года RU2338186C1

СПОСОБ ХИМИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ИЗОТОПОВ УРАНА 1997
  • Жиганов А.Н.
  • Кондаков В.М.
  • Короткевич В.М.
  • Рябов А.С.
  • Семенов Е.Н.
  • Круглов С.Н.
RU2120329C1
СПОСОБ КОНТРОЛЯ МАССОВОЙ ДОЛИ ИЗОТОПА УРАН-235 В ГАЗОВОЙ ФАЗЕ ГЕКСАФТОРИДА УРАНА И СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2003
  • Абрамович А.В.
  • Водолазских В.В.
  • Горохов В.Е.
  • Дорофеев Д.В.
  • Жилейко Ю.В.
  • Зимин Б.М.
  • Илюхин В.М.
  • Мазин В.И.
  • Рощупкин В.И.
  • Сидоренко Н.Н.
  • Торгунаков Ю.Б.
RU2256963C2
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИАЦИОННОГО ФОНА ПОЧВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПРОМЫШЛЕННОГО РЕГИОНА 2001
  • Габлин В.А.
  • Вербова Л.Ф.
  • Соболев А.И.
RU2209445C2
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ РАДИОНУКЛИДОВ В ПРОБАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖИДКОСТНОГО СЦИНТИЛЛЯЦИОННОГО СЧЕТЧИКА 1998
  • Беланов С.В.
  • Каширин И.А.
  • Малиновский С.В.
  • Соболев А.И.
  • Тихомиров В.А.
  • Ефимов К.М.
  • Ермаков А.И.
RU2132074C1
СУЛЬФАТОУБОРОЧНАЯ МАШИНА 0
SU221626A1
US 4002909 A, 11.01.1977.

RU 2 338 186 C1

Авторы

Березин Александр Денисович

Кузьмина Наталья Валерьевна

Якубовская Елена Владимировна

Даты

2008-11-10Публикация

2007-02-05Подача