直接进样气相色谱-质谱法分析大气中的氪和氙.pdf

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1、第44卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究报告第3期2016年3月ChineseJournalofAnalyticalChemistry468～473DOI：10．11895／j．issn．0253-3820．150750直接进样气相色谱-质谱法分析大气中的氪和氙陈占营刘蜀疆王建龙“常印忠(清华大学核能与新能源技术研究院先进核能技术协同创新中心，北京100084)(禁核试北京国家数据中心和放射性核素实验室，北京100085)(放射性废物处理北京市重点实验室，清华大学，北京100084)摘要大气中氪和氙体积

2、比浓度的测量对于氪一85和放射性氙同位素监测具有重要意义。本实验设计了一套集成定量稀释功能的可调样量进样装置，对质谱检测器的工作参数进行了实验优化，确定了灯丝电离能量70eV、灯丝发射电流40mA、推斥极电压27mV、离子聚焦电压85mV和透镜补偿电压2OV等最佳工作条件。建立了空气样品直接进样条件下氪和氙的气质联用分析方法，氪和氙的最低可检测浓度分别为3．3X10()和2．6×10(V／V)。同时应用本方法测量了实验室所处开放空间大气中氪和氙的体积比浓度，分别为1．1×10()和9．3x10(v／v)，相对

3、合成标准不确定度分别为2．38％和3．15％。关键词气相色谱一质谱；大气；氪；氙1引言核爆炸会产生大量的裂变气体产物，惰性气体由于其自身特性，很容易逃逸到环境大气中。南于氙．133(”Xe)的裂变产额较大、半衰期适中，且发射伽马射线的几率也较大，因此，全面禁止核试验条约(CTBT)国际监测系统中推荐监测的放射性气体为放射性氙同位素(主要包括”xe，xe，¨xe和”xe)。医用同位素生产和核反应堆运行，也会产生放射性氙同位素，因此大气放射性氙监测，对于核事故应急监测和核反应堆安全运行监测也具有非常重要的意义。氪

4、．85(Kr)大量存在于核反应堆的乏燃料棒中，当对乏燃料进行后处理以回收铀和钚时，Kr就会泄漏出来，因此，对大气中的Kr进行监测，可以得到某些核事件的重要信息，如乏燃料后处理设施的工作状态、乏燃料辐照时间和反应堆类型等，这在易裂变材料的禁产核查中具有重要用途J。另外，空气中不明原因的踮Kr活度浓度的暂时升高，可能指示有核泄漏事故发生，这对核设施及环境辐射安全具有重要意义。美国的相关研究机构从l9世纪40年代末期开始，持续关注因裂变反应产生并泄漏到大气中的踮Kr，以探查世界各地的钚后处理活动，并于1975年起，

5、连续近二十年在本土开展大气中"xe的取样监测，积累了大量的放射性氙本底数据。瑞典的研究人员于1971年起，开始空气中xe监测的研究工作J。日本的研究机构于1972年起，开始关注其国内核燃料处理厂周边空气中Kr的活度浓度及其辐射效应，并于1995年全面评估了Kr对其国民年辐射剂量值的贡献13]。1995年至1998年，日本气象研究所联合德国的研究机构，在本土开展了大气本底中Kr和”xe的连续监测14]。1996年，世界卫生组织(WMO)将大气中Kr的辐射效应纳入其关注的科学研究范围，并将Kr作为开展区域和全球大

6、气循环研究的示踪剂¨。目前，无论是大气中放射性xe同位素监测，还是Kr监测，其过程均是首先对大气中痕量xe和Kr进行富集浓缩，然后采用高纯锗谱仪法或卢一复合法或正比技术器，测量放射性氙同位素和踮Kr的活度，最后采用色谱法测量富集样品中xe和Kr的总量，以计算有效空气采样体积。为计算有效空气采样体积，需用到空气本底中xe和Kr的体积比浓度，通常采用文献值8．7X10()和1．14×10(v／v)。对于空气中xe和体积比浓度的测量，本研究组前期采用氦离子化检测器进行过研究，并报道过相应的测量方法和结果17,18]

7、。本研究建立了空气样品直接进样的Kr和xe的气相色谱一质谱2015-09-22收稿；2016-01-o4接受本文系教育部博士点基金(No．20130002130012)和长江学者和创新团队发展计划资助(IRT一13026)项目}E-mail：wan~l@tsinghua．edu．ca第3期陈占营等：直接进样气相色谱一质谱法分析大气中的氪和氙469联用分析方法，检NT实验室所处开放空间大气中Kr和Xe的体积比浓度，与文献值符合较好。2实验部分2．1进样装置设计所谓直接进样是指空气样品不经预处理，直接进入色谱柱分

8、离的方法。本实验设计的直接进样装置在前期研制的可调进样量的进样装置基础上，增加了定量稀释功能，便于对标准气体进行定量稀释，从而获得更低浓度的标准参考样品。装置如图1所示。装置的主管路采用1／8”不锈钢阀门管件连接而成。真空系统为分子泵机组，真空度可达0．01Pa；压力测量系统为美国MSK高精度压力传感器，量程为5．00～1．33x10’Pa，压力不确定度<0．5％；装置有效死体积约为10mL；稀释用