CN104236978A - 一种测量单微粒中铀同位素比的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于核技术监控技术领域，公开了一种测量单微粒中铀同位素比的方法。该方法是首先由扫描电子显微镜寻找含铀微粒并由微操***将其转移至表面粘有标记金属网的导电胶上，用以定位和固定，然后再利用激光烧蚀-电感耦合等离子体质谱分析仪器对同位素比进行分析。该法具有前处理方法简单快捷、分析流程简化且分析精密度达到1％的优点。

Description

一种测量单微粒中铀同位素比的方法

技术领域

本发明属于核技术监控技术领域，具体涉及一种测量单微粒中铀同位素比的方法。

背景技术

任何核生产和核实验活动，不管其保护措施如何，都会在相应的环境中留下痕迹，通过在核设施内部或其周边收集环境样品进行微粒同位素分析，即可获得采样点附近重要的核活动信息。因此，微粒同位素分析是核技术监控的重要技术方法之一，为确定未申报的核材料或核活动提供了一种有效途径。该技术增强了探知未申报核活动的能力，加强了保障体系的有效性。此外，微粒同位素分析技术在许多其他领域中亦有良好的应用前景，例如核取证及涉核事件的分析等。

微粒同位素分析流程包括微粒回收、鉴别、定位(转移)和同位素分析等步骤。现阶段最为成熟的同位素分析技术是裂变径迹-热电离质谱(FT-TIMS)和二次离子质谱(SIMS)这两种方式。其中FT-TIMS分析精密度高(小于1％)，但其依赖反应堆辐照样品，较为耗时(通常一组样品的分析周期要超过10天以上)，效率较低；SIMS的分析精密度较差，通常在5％左右。激光烧蚀-电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)以其分析迅速(一组样品的分析周期小于2天)、精密度高(接近或达到TIMS的水平)的特点得到了越来越多的重视，但其分析样品的形状均为块状样品，针对单微粒的分析存在寻找、定位、转移方面的困难，目前仅法国原子能委员会建立了基于FT和坐标变换的前处理方法(微粒寻找、定位、转移)，其余研究机构还未明确建立与之配套的前处理方法，因此LA-ICP-MS的微粒分析方法研究还未得到广泛认可，但也由此可见合适的前处理方法是实现基于LA-ICP-MS测定微粒同位素比的关键技术。此外，基于LA-ICP-MS的微粒分析方法与SIMS分析方法的显著不同即由于激光与微粒间作用力强烈，分析时微粒需要固定，所以微粒的固定技术亦是技术研究的重点。

在微粒前处理方法方面，原子能院的刘国荣等在《微粒定位技术研究》中采用的是利用微粒与载体片之间的静电作用，使微粒吸附在载体片上，然后通过三个固定位置的定位点定位特定微粒，根据微粒距这三个定位点的距离不随坐标系的变换而改变的原理，通过数理推导计算转换坐标系后的微粒坐标。该方法计算过程较为复杂，且需要记录三个定位点和微粒的转换前后(即在不同坐标系下)的坐标，步骤较多，耗时长(完成一个微粒定位过程需30分钟)，效率低。此外，该方法定位精度较差，经坐标转换后通常有十几μm的偏离。因此，目前需要研发一种简单、快速、准确的对单微粒进行定位及同位素比分析的方法。

发明内容

(一)发明目的

根据现有技术存在的问题，本发明提供了一种前处理方法简单快捷、分析流程简化且分析精密度达到1％的单微粒中铀同位素比的分析方法。

(二)技术方案

为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供的技术方案如下：

一种测量单微粒中铀同位素比的方法，该方法包括以下步骤：

(1)将含有铀微粒的擦拭样品经超声振荡回收后，转移至载体片上；

(2)将LA-ICP-MS分析仪器所用的样品台的表面粘贴一层双面导电胶，然后在该双面导电胶的上表面粘贴带有标记的导电金属网；采用扫描电子显微镜寻找步骤(1)中所述的载体片上的铀微粒，并通过微操作***控制钨针将单个铀微粒转移至所述导电金属网任一网格内的双面导电胶上；

(3)LA-ICP-MS分析仪器的光学显微成像***在步骤(2)所确定的网格范围内对微粒重新定位，并对铀微粒进行同位素比测量。

优选地，步骤(2)中所述导电金属网的厚度为10～20μm，每一个小网格的尺寸为80～120μm*80～120μm。

优选地，步骤(2)中所述双面导电胶的材质为碳胶。

优选地，步骤(3)中所述对铀微粒进行同位素比测量，所用LA-ICP-MS的参数为激光束斑为8～14μm，激光频率为4～12赫兹，激光功率密度为1.5×10⁸～2.0×10⁸W/cm²，射频功率900～1100W。

优选地，所述导电金属网的材质为铜网、银网、铝网或金网。

(三)有益效果

在LA-ICP-MS分析仪器对单微粒同位素比进行分析的方法中，其关键技术是微粒的定位和转移技术，但是现阶段研发的技术多采用火棉胶或硝化纤维素等试剂覆盖固定微粒，具有测量干扰大、微粒分析前再次定位困难等缺点。而本专利申请提供的单微粒分析方法是首先由扫描电子显微镜寻找待测微粒并将其转移至表面粘有标记金属网的导电胶上，用以定位和固定，然后再利用LA-ICP-MS分析仪器对同位素比进行分析，具有以下有益效果：

1)微粒定位方法简单快捷、效率高。本申请所采用的带有标记的导电金属网直接定位的方法简单、方便，将微粒直接粘附在导电胶上固定。通过直接记录微粒与定位标记(如字母)之间的相对位置，用以在分析测量之前重新定位微粒，简便快捷，效率高(完成一个微粒定位过程仅需5分钟)。经再次定位后，通过LA-ICP-MS对微粒进行测量。

采用带标记的导电金属网定位，在保证能导电同时也使该定位标记能够耐受LA-ICP-MS激光束流的冲击。尤其是每一个小网格的尺寸设置为80～120μm*80～120μm，既可保证肉眼可直观确定微粒放置的大致范围，又可确保在烧蚀***下能够准确定位微粒。在微粒固定方面，LA-ICP-MS与常用的SIMS和TIMS不同，其束流强度相对较大，如果将微粒直接静电吸附在样品台上微粒会受到束流轰击的影响而移动甚至丢失，因此，本专利中将微粒直接固定在导电胶上。

2)采用LA-ICP-MS分析仪器对定位后的微粒进行分析的准确度和精密度高。

LA-ICP-MS分析仪器的参数选择为激光束斑为8～14μm，激光频率为4～12赫兹，激光功率密度为1.5×10⁸～2.0×10⁸W/cm²，射频功率900～1100W，使得微粒同位素比分析的精密度达到1％，接近或达到TIMS分析水平。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式对本发明作进一步阐述。

实施例1

一种测量单微粒中铀同位素比的方法，该方法包括以下步骤：

(1)将含有铀微粒的擦拭样品经超声振荡回收后，转移至载体片上；

(2)将LA-ICP-MS分析仪器所用的样品台的表面粘贴有一层双面银胶，然后在该双面银胶上表面粘贴带有标记的铜网；采用扫描电子显微镜寻找步骤(1)中所述的载体片上的铀微粒，并通过微操作***控制钨针将单个铀微粒转移至导电金属网任一网格内的双面银胶上；所述铜网的厚度为20μm，每一个小网格的尺寸为100μm*100μm。

(3)LA-ICP-MS分析仪器的光学显微成像***在步骤(2)所确定的网格范围内对微粒重新定位，并对铀微粒进行同位素比测量。其中LA-ICP-MS的参数为激光束斑为10μm，激光频率为8赫兹，激光功率密度为1.8×10⁸W/cm²，射频功率1000W。

实施例2

与实施例1所用的方法、步骤和仪器相同，不同的是，所述导电金属网的材质为铝网，铝网的厚度为15μm，每一个小网格的尺寸为90μm*120μm。其中LA-ICP-MS的参数为激光束斑为8μm，激光频率为12赫兹，激光功率密度为2.0×10⁸W/cm²，射频功率900W。

实施例3

与实施例1所用的方法、步骤和仪器相同，不同的是，所述导电金属网的材质为银网，银网的厚度为20μm，每一个小网格的尺寸为120μm*120μm。其中LA-ICP-MS的参数为激光束斑为14μm，激光频率为4赫兹，激光功率密度为1.5×10⁸，射频功率1100W。

实施例4

与实施例1所用的方法、步骤和仪器相同，不同的是，所述导电金属网的材质为金网，每一个小网格的尺寸为90μm*90μm。

Claims (5)

1.一种测量单微粒中铀同位素比的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将含有铀微粒的擦拭样品经超声振荡回收后，转移至载体片上；

(2)将LA-ICP-MS分析仪器所用的样品台的表面粘贴一层双面导电胶，然后在该双面导电胶的上表面粘贴带有标记的导电金属网；采用扫描电子显微镜寻找步骤(1)中所述的载体片上的铀微粒，并通过微操作***控制钨针将单个铀微粒转移至所述导电金属网任一网格内的双面导电胶上；

(3)LA-ICP-MS分析仪器的光学显微成像***在步骤(2)所确定的网格范围内对微粒重新定位，并对铀微粒进行同位素比测量。

2.根据权利要求1所述的一种测量单微粒中铀同位素比的方法，其特征在于，步骤(2)中所述导电金属网的厚度为10～20μm，每一个小网格的尺寸为80～120μm*80～120μm。

3.根据权利要求1所述的一种测量单微粒中铀同位素比的方法，其特征在于，步骤(2)中所述双面导电胶的材质为碳胶。

4.根据权利要求1所述的一种测量单微粒中铀同位素比的方法，其特征在于，步骤(3)中所述对铀微粒进行同位素比测量，所用LA-ICP-MS分析仪器的参数为：激光束斑为8～14μm，激光频率为4～12赫兹，激光功率密度为1.5×10⁸～2.0×10⁸W/cm²，射频功率900～1100W。

5.根据权利要求1所述的一种测量单微粒中铀同位素比的方法，其特征在于，所述导电金属网的材质为铜网、银网、铝网或金网。