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环境中微量铀的仪器分析方法

一、铀元素简介及选题理由

铀，元素系数92，元素符号为U，是自然界中能够找到的最重元素，在自然状态下主

要存在3种同位素，分别为铀-234，铀-235，铀-238均具有放射性和非常长的半衰期。另外

由于人类的使用需要，还存在12种人工同位素，铀226——铀-240。

铀是致密而有延展性的银白色放射性重金属。在接近绝对零度时具超导特性。铀的化学

性质十分活泼，能和几乎所有的非金属作用且能与多种金属形成合金，在空气中易发生氧化，

形成发暗的氧化膜。此外，铀还可以与酸发生反应。

铀在最初被发现时被用作玻璃及陶瓷釉料添加剂，在1938年发现核裂变现象后成为主

要的核原料。纯度为3%的铀-235被用作核电站原料。铀元素的储量较大，随着铀提炼技术

的提高，几十年来铀的使用量大增，且随着世界范围的能源危机，核能作为一种较为高效的

能源，势必会得到更大规模的使用。然而作为一种具有极长半衰期的放射性重金属，铀在环

境中对其他生物的影响很大，因此使用分析仪器对环境中的铀浓度进行测量分析也就很有必

要了。所以这次作业选择铀作为研究对象，了解现有的铀的仪器方法。

二、铀的分析方法

一、紫外脉冲荧光法

1、选用方法的理由：

激光微量铀分析仪的出现，比较完善地解决了多种样品中微量铀的分析问题，在很多领

域得到了广泛应用，并且制定成核工业行业标准。然而近20年的应用证明，该类仪器的最大

缺点是由于激光管在高压状态工作，故障发生率较高。此外，激光管的使用寿命较短，一般

情况下，寿命仅一年左右。这两大缺点，给分析工作带来很大不便。随着新一代荧光光源的

应用，该类仪器的稳定性和光源的使用寿命大大改善，其检出下限不大于0．03ng／mL(以

标准偏差的3倍定义时)；测量精密度不大于10％；量程范围为20ng／mL，线性关系好，相

关系数不小于0．999。

紫外脉冲荧光法是目前分析微量铀的最有效的方法，与其他铀分析技术相比具有以下三

个明显优点：

（1）灵敏度高。由于激发光源是激光，所以它激发样品所产生的信号强

（2）选择性好。由于该仪器用脉冲激光做光源，不仅根据物质发光波长差异，还根据它的

寿命差异选择性分析铀。

（3）方法简便。对含铀的液体样品，可以直接测定，对含铀的固体样品，只要转化为水溶

液，不用分离、富集等复杂化学操作，亦可快速分析。

2、仪器原理：

样品中被分析物质分子，常态下处于最低能级E0上，若吸收紫外激光能量便跃迁到高

能级E11，E12，E13，E21，E22，E23……上,处于第一激发态E11以上的受激分子，与周围分子

交换能量，返回E11能级上。而聚集在第一激发态E11上的分子也不稳定，对于发光现象而

言，以不同方式跃迁回基态E，产生荧光，如果从E能级跃迁到f能级，之后返回E产生

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的光为磷光，E11-f-E11-E0叫延迟荧光。

铀的稀溶液用紫外脉冲激光照射所发出的荧光强度与它的浓度成正比：

根据上式测得的荧光强度便可通过

荧光强度得到铀的浓度，这便是激

光-时间分辨技术的定量数学依据。

3、举例说明：

LMU一3型激光微量铀分析仪是利用激光一时间分辨技术对微量铀进行分析的分析仪器，

其由两部分组成，激光器系统和测量系统。两系统简图如下：

当经由R1，R2使C1，C2。充电到

某一高压时，如果来一个控制信

号使闸流管导通，则C1上的

电荷经闸流管迅速放掉但由于

R2值较闸流管导通电阻大得多，