Способ подготовки проб для определения содержания изотопов урана в маслах


G01N1/28 - Исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств (разделение материалов вообще B01D,B01J,B03,B07; аппараты, полностью охватываемые каким-либо подклассом, см. в соответствующем подклассе, например B01L; измерение или испытание с помощью ферментов или микроорганизмов C12M,C12Q; исследование грунта основания на стройплощадке E02D 1/00;мониторинговые или диагностические устройства для оборудования для обработки выхлопных газов F01N 11/00; определение изменений влажности при компенсационных измерениях других переменных величин или для коррекции показаний приборов при изменении влажности, см. G01D или соответствующий подкласс, относящийся к измеряемой величине; испытание

Владельцы патента RU 2338186:

Открытое акционерное общество "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ" (RU)

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.

 

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 1
Температурная программа разложения масел и масляных отходов [3]
СтадияНачальная температура, °СВремя, минКонечная температура, °С
110030125
212560300
330060300
4253025
5000

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 2
Значения параметров режима разложения и оценки качества разложения проб вакуумного масла
Вариант режима разложенияИзменяемые параметрыСтадия разложенияОценка качества разложения
12345
1Мощность излучения, %1000100--Остался неразложившийся осадок
Давление, кПа5000800--
Время, мин81515--
2Мощность излучения, %10001000100Остался неразложившийся осадок
Давление, кПа50008000900
Время, мин815151515
3Мощность излучения, %10001000100Осадка нет
Давление, кПа500080001200
Время, мин8128514
4Мощность излучения, %10001000100Осадка нет
Давление, кПа500080001200
Время, 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 3
Значения параметров режима разложения проб углеводородного масла
ПараметрСтадия режима разложения
12345
Мощность излучения, %10001000100
Давление, кПа.500080001200
Время, 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).

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к установкам для измерения массового расхода потока газосодержащей жидкости и может быть использовано, в частности, в системах учета и контроля нефти при ее добыче, транспорте и переработке.

Изобретение относится к методам аналитического контроля качества нефти, нефтепродуктов и газового конденсата и может быть использовано в нефтегазодобывающей, нефтеперерабатывающей отраслях промышленности.

Изобретение относится к анализу качества авиационных керосинов и дизельных топлив, а именно к экспрессному определению кинематической вязкости путем измерения плотности топлив при температуре 20°С.
Изобретение относится к области исследования или анализа материалов, в частности, нефти или других вязких маслянистых жидкостей, путем определения их химических или физических свойств.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к способам и устройствам для анализа состава сырой нефти в технологическом процессе ее добычи, сбора, подготовки и транспортировки.

Изобретение относится к способам анализа продуктов переработки мазута на групповой углеводородный состав и определению потенциального содержания рафинатов, депарафинированных масел в тяжелых дистиллятных фракциях, а также определению потенциального содержания в рафинате депарафинированного масла расчетным путем.

Изобретение относится к исследованиям эксплуатационных свойств нефтепродуктов, а именно к определению содержания ингибиторов окисления в трансформаторных маслах (ТМ) и может быть использовано для определения сроков замены или обновления масел.

Изобретение относится к методам аналитического контроля и может найти применение в нефте- и газоперерабатывающей промышленности для определения количественного содержания сероводорода в мазуте.

Изобретение относится к аналитической технике, предназначенной для анализа газовых сред, в частности к детектированию веществ, разделяемых в хроматографических колонках для их последующего изотопного анализа, и может быть использовано в газовой и нефтяной промышленности, энергетике, геохимии, гидрологии, экологии, аналитическом приборостроении при проведении высокоточных измерений концентраций органических газов, кислорода, газообразных оксидов и для определения изотопного состава водорода в природных водных материалах.

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов, в том числе фосфорорганических веществ, путем разделения образцов материалов на составные части с использованием адсорбции, абсорбции, хроматографии и масс-спектрометрии, а более конкретно к способам идентификации и количественного определения фосфорорганических веществ методами хромато-масс-спектрометрии.

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов, в том числе фосфорорганических веществ, путем разделения образцов материалов на составные части с использованием адсорбции, абсорбции, хроматографии и масс-спектрометрии, а более конкретно к способам идентификации и количественного определения паров алкилфторфосфонатов в воздухе методом хромато-масс-спектрометрии.

Изобретение относится к области анализа материалов, а именно к способам определения содержания примесных соединений в ксеноне. .

Изобретение относится к области масс-спектрометрии и может быть использовано для улучшения параметров квадрупольных масс-анализаторов. .

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано в химической, биологической и других отраслях промышленности при анализе вешеств методом хромато-масс-спектрометрии.

Изобретение относится к области обеспечения безопасности объектов инфраструктуры и подвижных средств транспортного комплекса - воздушных, водных и наземных. .

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

Наверх