Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 12886:2020 về Đất, đá, quặng uran - Xác định hàm lượng urani, thori - Phương pháp khối phổ plasma cảm ứng (ICP-MS)

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 12886:2020

ĐẤT, ĐÁ, QUẶNG URAN - XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG URANI, THORI - PHƯƠNG PHÁP KHỐI PHỔ PLASMA CẢM ỨNG (ICP - MS)

Ores of urani elements - Determination of Uranium, Thorium elements content - Inductively coupled plasma mass spectrometry ICP-MS

Lời nói dầu

TCVN 12886:2020 do Tổng Cục Địa chất và Khoáng sản Việt Nam biên soạn, Bộ Tài nguyên và Môi trường đề nghị, Tổng Cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

ĐẤT, ĐÁ, QUẶNG URAN - XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG URANI, THORI - PHƯƠNG PHÁP KHỐI PHỔ PLASMA CẢM ỨNG (ICP - MS)

Ores of urani elements - Determination of Uranium, Thorium elements content - Inductively coupled plasma mass spectrometry ICP-MS

CẢNH BÁO - Khi áp dụng tiêu chuẩn này có thể liên quan đến các vật liệu, thiết bị và các thao tác gây nguy hiểm. Tiêu chuẩn này không đưa ra được hết tất cả các vấn đề an toàn liên quan đến việc sử dụng chúng. Người sử dụng tiêu chuẩn này phải tự thiết lập các thao tác an toàn thích hợp và xác định khả năng áp dụng hoặc các giới hạn qui định trước khi sử dụng tiêu chuẩn

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định yêu cầu kỹ thuật cho phương pháp đo phổ plasma cảm ứng (ICP-MS) xác định hàm lượng các nguyên tố urani và thori có hàm lượng từ 0,001 % đến 2 % (theo khối lượng) trong các loại mẫu đất, đá và quặng uran.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 4851 (ISO 3696), Nước dùng để phân tích trong phòng thí nghiệm - Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử.

TCVN 7151 (ISO 648), Dụng cụ thí nghiệm bằng thủy tinh - Pipet một mức.

TCVN 7153 (ISO 1042), Dụng cụ thí nghiệm bằng thủy tinh - Bình định mức.

TCVN 9924:2013, Đất, đá quặng - Quy trình gia công mẫu sử dụng cho các phương pháp phân tích hóa học, hóa lý, rơnghen, nhiệt.

3  Nguyên tắc của phương pháp

Mẫu được phân hủy bằng hỗn hợp axit HCl, H₂SO₄, HClO₄ và axit HF. Sau khi xử lý, mẫu được hòa tan bằng HNO₃ nồng độ 2 %, các nguyên tố uran, thori trong mẫu được chuyển về dung dịch dạng muối nitrat. Các nguyên tố uran, thori được nguyên tử hóa rồi ion hóa trong plasma argon cảm ứng cao tần. Sau đó được thu và phát hiện phổ khối m/z (bằng Detector) ghi lại được phổ khối ICP-MS từ đó xác định được nồng độ ion của chất. Hàm lượng các nguyên tố được xác định bằng đường chuẩn trên thiết bị ICP - MS.

4  Thuốc thử

Trong quá trình phân tích, chỉ sử dụng thuốc thử loại siêu tinh khiết phân tích và nước phù hợp với loại 1 của TCVN 4851 (ISO 3696).

4.1  Axit clohidric HCl d= 1,19; dung dịch HCl (1+1)

4.2  Axil sunfuric H₂SO₄ d = 1,84; dung dịch H₂SO₄ (1 +1)

4.3  Axit flohidric HF d=1,14

4.4  Axit nitric HNO₃ d=1,4, dung dịch HNO₃ 2 % (theo thể tích); dung dịch HNO₃(1+1)

4.5  Axit Percloric HClO₄ d=1,68; dung dịch HClO₄ (1 +1)

4.6  Khí agon Ar ≥ 99,99 %

4.7  Kali hidroflorua KHF₂ tinh thể, PA.

4.8  Dung dịch tiêu chuẩn các nguyên tố uran, thori dùng cho ICP-MS 100 mg/l; dung dịch làm việc 10 mg/l;

4.9  Dung dịch chuẩn máy dùng cho ICP-MS (tuning solution) gồm các nguyên tố Ce, Co, Li, Mg, TI, Y có nồng độ 1 μg/l trong axit HNO₃ 2%.

4.10.  Mẫu chuẩn uran, thori

5  Thiết bị, dụng cụ

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thiết bị, dụng cụ thông thường trong phòng thử nghiệm và các thiết bị, dụng cụ sau:

5.1  Thiết bị đo phổ khối lượng plasma cảm ứng cao tần (ICP-MS) có plasma cảm ứng làm bộ phận ion hóa, đầu đốt bằng thạch anh, buồng phun, ống phun, bộ phận nạp mẫu và bộ lấy mẫu tự động, tùy chọn. Các thông số của thiết bị ICP-MS được nêu trong Bảng 1.

Bảng 1 - Các thông số của thiết bị ICP-MS

5.2  Cân phân tích độ chính xác 0,0001 g

5.3  Lò nung có điều khiển nhiệt độ đến 1000 °C ± 50 °C.

5.4  Bát bạch kim dung tích 150 ml.

5.5  Chén sứ dung tích 30 ml.

5.6  Cốc chịu nhiệt dung tích 100 ml, 250 ml.

5.7  Bình định mức phù hợp với loại A của TCVN 7153 (ISO 1042), dung tích 50 ml; 250 ml

5.8  Tủ sấy có điều khiển nhiệt độ đến 300 °C ± 2 °C.

6  Chuẩn bị mẫu thử

Chuẩn bị và gia công mẫu thử theo TCVN 9924:2013.

7  Cách tiến hành

7.1  Phân huỷ mẫu

Cân 0,5 g mẫu chính xác đến 0,0001 g đã được sấy khô trước đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 105 °C + 110 °C trong 2 h, vào chén sứ có dung tích 30 ml, đốt ở nhiệt độ 550 °C + 600 °C trong 2 h cho cháy hết các chất hữu cơ.

Chuyển mẫu vào cốc 250 ml, thêm vào cốc chứa mẫu 15 ml HCl (1+1) (4.1) và 15 ml H₂SO₄ (1+1) (4.2). Đậy nắp kính, đặt cốc lên bếp điện đun nhẹ, lấy cốc ra để nguội tia rửa nắp kính, bỏ nắp kính và tia xung quanh cốc, sau đó đặt lên bếp điện đến thoát hết SO₃, lấy ra để nguội.

Thêm vào 25 ml HNO₃ (1+1) (4.4) đậy nắp kính đun sôi nhẹ, lấy ra tia rửa nắp kính và xung quanh cốc để nguội, thêm vào 50 ml nước lạnh hoặc nước đá, khuấy đều, để khoảng 8 h. Lọc qua giấy lọc định lượng vào bình định mức 250 ml.

Rửa thật kỹ phần không tan trên giấy lọc, để khô giấy lọc và phần không tan, cho vào chén sứ đem đốt ở nhiệt độ 650 °C đến cháy hết giấy lọc. Lấy ra để nguội chuyển vào bát bạch kim.

Thêm vào 5 ml HClO₄ (1+1) (4.5) và 15 ml HF d= 1,14 (4.3), đặt lên bếp điện, đun nóng đến hết khói trắng. Tiếp tục thêm 10 ml HClO₄ đậm đặc (4.5) cô đến khô hết khói trắng, lấy xuống để nguội thêm vào 15 ml HNO₃(1+1) (4.4) đun sôi nhẹ trong 5 min, lấy ra để nguội dùng đũa thủy tinh có đầu bọc cao su cọ rửa bát bạch kim bằng dung dịch HNO₃ 2 % (4.4) vào cốc 250 ml, để cách đêm, lọc qua giấy lọc định lượng vào bình định mức 250 ml chứa dung dịch ban đầu, rửa giấy lọc 7, 8 lần. Dùng nước định mức đến vạch lắc đều được dung dịch mẫu phân tích. Để dung dịch ổn định trong 2 h đem đo trên máy ICP-MS xác định hàm lượng uran, thori. Trước khi đo dung dịch được lọc qua màng lọc để tránh sai số.

Mẫu trắng, mẫu chuẩn được làm đồng thời với mẫu phân tích.

7.2  Xây dựng đường chuẩn

7.2.1  Chuẩn bị dãy dung dịch chuẩn

Dùng pipet hoặc micropipet hút lấy dung dịch tiêu chuẩn nguyên tố uran, thori từ dung dịch 10 mg/l tương ứng với hàm lượng 0,5 % U, Th để có các dung dịch nồng độ lần lượt là 0 μg/l; 10 μg/l: 100 μg/l; 200 μg/l 500 μg/l; 1000 μg/l; 5000 μg/l vào bình định mức 50 ml (5.10), định mức bằng dung dịch nền axit HNO₃ 2 % (4.4). Đường chuẩn có các dung dịch hàm lượng phần trăm tương ứng lần lượt là: 0 %: 0,0005 %: 0,005%; 0.01 %; 0,025%; 0,05%; 0,25% U,Th.

7.2.2  Đo dung dịch đường chuẩn

Trước khi phân tích trên ICP-MS cần chạy dung dịch tuning (4.9) để chuẩn máy

Cài đặt thiết bị theo hướng dẫn của nhà sản xuất và đốt Plasma. Để ổn định thiết bị trong 2 h, tối ưu hóa việc cài đặt. Cài đặt phương pháp xác định hàm lượng uran, thori trong mẫu.

Đưa dãy chuẩn vào vị trí đo trên khay đo mẫu tự động.

Đo dung dịch có hàm lượng thấp đến hàm lượng cao. Sử dụng tốc độ đếm (số đếm/sec) và các nồng độ để dựng đường chuẩn. Xác định đường dải tuyến tính dãy chuẩn.

7.3  Đo phổ khối lượng trên thiết bị ICP-MS

Lấy lần lượt các dung dịch mẫu phân tích vào ống đo của bộ lấy mẫu tự động AS, để ống đo vào khay của AS như sau: mẫu trắng, mẫu chuẩn, mẫu phân tích.

Mẫu được tự động đo lần lượt mẫu trắng, mẫu chuẩn, mẫu phân tích. Sử dụng đường chuẩn để chuyển tốc độ đếm sang đơn vị nồng độ. Từ đường chuẩn khi đo mẫu sẽ xác định được nồng độ nguyên tố cần phân tích (C). Cài đặt chế độ đo mẫu để cứ mỗi 10 mẫu thì đo lại mẫu chuẩn một lần để kiểm tra độ ổn định của tốc độ đếm theo thời gian.

8  Tính kết quả

8.1  Tính hàm lượng các nguyên tố U, (Th)

Hàm lượng của U và Th được tính theo công thức như sau:

trong đó:

C: Nồng độ nguyên tố U, Th có trong dung dịch đo, μg/l;

Co: Nồng độ từng nguyên tố U, Th có trong dung dịch đo mẫu trắng, μg/l;

V: Thể tích định mức dung dịch phân hủy, ml;

m: Lượng cân mẫu, g;

M: Hàm lượng nguyên tố U, (Th) %.

(Kết quả hàm lượng U, Th được lấy sau dấu phẩy 3 chữ số).

8.2  Sai số phân tích.

Sai lệch lớn nhát giữa hai kết quả xác định lặp hoặc tái lặp có độ chụm lặp lại RSD không vượt quá giá trị D trong bảng 1:

Trong đó:

RSD là độ lệch tương đối.

X_cb là kết quả phân tích mẫu cơ bản.

X_ks là kết quả phân tích mẫu lặp hoặc mẫu tái lặp.

Bảng 1 - Sai số phân tích

9  Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm bao gồm các thông tin sau:

a) Viện dẫn tiêu chuẩn này;

b) Nhận dạng mẫu thử;

c) Tên và địa chỉ phòng thử nghiệm;

d) Ngày tiến hành thử nghiệm;

e) Kết quả thử nghiệm;

f) Mọi thao tác không quy định trong tiêu chuẩn này hoặc được coi là tùy chọn và các yếu tố có thể ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.