×
20.02.2019
219.016.c006

СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ПРОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ИЗОТОПОВ УРАНА В МАСЛАХ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002338186
Дата охранного документа
10.11.2008
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: 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 см 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.
Реферат Свернуть Развернуть

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).

Способподготовкипробдляопределениясодержанияизотоповуранавмаслахметодоммасс-спектрометриисиндуктивно-связаннойплазмой,включающийотборпробмаслаиразложениеихконцентрированнойкислотойпривысокихтемпературеидавлении,отличающийсятем,чторазложениепробведутдополнойпрозрачностипомногостадийнойпрограммевмикроволновойпечиазотнойкислотойвколичественеменее5смнакаждуюпробумассойот0,4до0,6гпримаксимальноймощностивысокочастотногоизлученияидавлениивавтоклавахвинтервалеот500до1200кПапривременивоздействиянапробуот5до15миннакаждойстадииразложения.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 12 items.
20.10.2013
№216.012.7559

Десублимационный аппарат

Изобретение относится к оборудованию для проведения процессов десублимации-сублимации гексафторида урана с целью его очистки от легких примесей и может быть использовано на разделительных производствах атомной промышленности. Десублимационный аппарат содержит оснащенный нагревателем стенки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495701
Дата охранного документа: 20.10.2013
10.12.2013
№216.012.8953

Многоэлементный матричный фильтр-прессный электролизер воды

Изобретение относится к технике электролитического получения водорода и кислорода в электролизерах воды и может быть использовано в топливных элементах, применяющихся в космических, подводных аппаратах, в наземном транспорте и в других устройствах. Изобретение относится к многоэлементному...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500837
Дата охранного документа: 10.12.2013
20.12.2013
№216.012.8d6f

Электролизер для получения водорода и кислорода из воды

Изобретение относится к устройствам для получения водорода и кислорода электролизом воды. Электролизер включает корпус, размещенные в нем последовательно соединенные между собой ячейки, состоящие из катода, анода, размещенной между ними газозапорной мембраны, насосы для циркуляции щелочного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501890
Дата охранного документа: 20.12.2013
10.02.2014
№216.012.9dec

Способ штамповки эластичной средой

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к холодной штамповке тонколистовых металлов эластичной средой с осуществлением глубокой вытяжки за несколько проходов. На первом этапе пакет из нескольких тонколистовых заготовок подвергают глубокой вытяжке под давлением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506136
Дата охранного документа: 10.02.2014
27.02.2014
№216.012.a5c2

Десублимационный аппарат

Изобретение относится к оборудованию для проведения процессов десублимации-сублимации гексафторида урана (ГФУ). Десублимационный аппарат содержит корпус (1), в котором расположены кольцевая десублимационная камера с размещенными в ней перегородками (17,18,19), патрубки подвода-отвода (6)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002508149
Дата охранного документа: 27.02.2014
20.05.2014
№216.012.c536

Биполярная пластина топливного элемента круглой формы

Предложенное изобретение относится к биполярным пластинам топливных элементов (ТЭ). Предложенная биполярная пластина ТЭ круглой формы содержит разделительные пластины, имеющие среднюю зону, в которой каналы расположены по эвольвентам окружности, ограничивающей центральную зону, причем длина...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516245
Дата охранного документа: 20.05.2014
20.09.2014
№216.012.f57a

Ударно-инерционное устройство для очистки газа

Изобретение предназначено для улавливания мелкодисперсных и аэрозольных жидких и твердых частиц из газового потока и может быть использовано в нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности. Ударно-инерционное устройство для очистки газа от жидких и твердых аэрозолей содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528675
Дата охранного документа: 20.09.2014
10.05.2015
№216.013.499c

Спектрометрическая импульсная ионизационная камера

Изобретение относится к области регистрации альфа-излучения и может использоваться для измерения энергий альфа-частиц в атомной, ядерной отраслям промышленности. Спектрометрическая импульсная ионизационная камера включает модуль газонаполнения, выполненный в виде системы электромагнитных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550351
Дата охранного документа: 10.05.2015
11.03.2019
№219.016.da80

Способ создания перепада давления и устройство для его осуществления

Изобретение относится к способу создания перепада давления газовых смесей, а также к устройству для его осуществления и может использоваться, например, с целью проведения испытаний по определению погрешности различных средств измерения перепада давления, в том числе их поверки, градуировки и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002367918
Дата охранного документа: 20.09.2009
29.04.2019
№219.017.4489

Способ определения содержания кремния в урановых материалах

Изобретение относится к определению элементов-неметаллов в урановых материалах применительно к атомной промышленности. Масс-спектрометрический с индуктивно-связанной плазмой способ определения содержания кремния, например, в гексафториде урана осуществляют с использованием динамической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002456591
Дата охранного документа: 20.07.2012
Showing 1-4 of 4 items.
07.12.2018
№218.016.a4de

Способ приготовления газовых смесей, аттестованных по содержанию фтороводорода

Изобретение относится к области аналитической химии и касается способа приготовления газовых смесей, аттестованных по содержанию фтороводорода и предназначенных для градуировки ИК-Фурье-спектрометра. Способ включает в себя приготовление исходной газовой смеси в термостатируемой газовой кювете...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002674304
Дата охранного документа: 06.12.2018
10.04.2019
№219.017.05ff

Способ определения содержания хлора в уране

Изобретение относится к определению элементов в урановых материалах. Способ определения содержания хлора в гексафториде урана путем измерения интенсивности аналитического сигнала в исследуемом образце включает гидролиз пробы гексафторида урана и разбавление пробы до концентрации урана 1 г/л,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002410681
Дата охранного документа: 27.01.2011
29.04.2019
№219.017.4489

Способ определения содержания кремния в урановых материалах

Изобретение относится к определению элементов-неметаллов в урановых материалах применительно к атомной промышленности. Масс-спектрометрический с индуктивно-связанной плазмой способ определения содержания кремния, например, в гексафториде урана осуществляют с использованием динамической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002456591
Дата охранного документа: 20.07.2012
10.07.2019
№219.017.af33

Способ изготовления стандартных образцов состава дисперсных материалов, аттестованных по массовой доле воды

Группа изобретений относится к вариантам способа изготовления стандартных образцов состава дисперсных материалов, аттестованных по массовой доле воды. Способ включает аттестацию по массовой доле воды используемого вещества, содержащего химически связанную воду. При этом используемое вещество,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002414692
Дата охранного документа: 20.03.2011
+ добавить свой РИД