本發明涉及同位素分析，尤其是涉及一種基于電子回旋共振質譜儀測定氙同位素的方法。

背景技術：

1、基于電感耦合等離子體(icp)的icp-ms和icp-aes，具有多元素同時檢測、分析速度快、選擇性好、線性范圍寬等優點，廣泛應用于金屬雜質分析。對于質譜儀，離子源的電離度越高，離子化率越好，測量靈敏度越高。icp作為icp-ms的離子源，在實際應用中的離子化率約為1％，束流強度低，多原子離子較多，嚴重干擾了icp-ms的測量靈敏度。

2、放射性氙(xe)是235u和239pu等易裂變核素發生鏈式反應的裂變產物，全球大氣環境中的放射性氙主要來源于核爆、核電反應堆及同位素生產堆等的日常運行。全面禁止核試驗條約中提出，通過監測全球大氣中放射性氙同位素的活度變化可以發現可疑的核爆炸事件。同時，也是判斷反應堆是否安全運行的重要放射性核素。實驗獲得裂變產物131xe/129xe、132xe/129xe、134xe/129xe結合反應堆相關數據，可推導被處理的燃料有用信息。后處理廠采用purex化學流程從乏燃料提取钚過程，在機械切割和硝酸溶解兩個操作步驟中約95％的稀有氣體不受化學影響直接經煙道排放至大氣與空氣混和，從煙道氣中提取出裂變產生的氙氣的同位素豐度信息，結合反應堆理論計算便可推導正在處理的核燃料的信息。上世紀六十年代，由美國idaho國家實驗e.a.villarino等提出利用環境大氣中kr、xe穩定同位素豐度比作為監控后處理核活動的概念。

3、目前國內外主要是采用放射性的方法(如：高純鍺γ譜儀、正比計數器)測量富集濃縮氣體中127xe、131mxe、133mxe、133xe、135xe的活度或含量，優點是分析速度快，不足是精密度較差(約2％～5％)。已有少量采用磁質譜儀(如helix?sft、helix?mc?plus、mat253、mc-icp-ms)測量氙同位素比值的方法。xe有9個穩定同位素，因此為了測量所有的xe同位素豐度組成，上述質譜儀的檢測器一般由多個電子倍增器和法拉第杯組成或者采用至少兩次進樣的方式才能完成所有同位素的測量。此外，由于xe的第一電離電位為12.13ev，屬于電離度較低的元素，而離子源很大程度上直接決定了質譜儀的靈敏度等技術指標，因此選擇電離能力強的離子源非常有必要。目前，還未見使用基于ecr離子源的四極桿質譜儀測量xe同位素比值及其應用的研究。

4、鑒于此，特提出本發明。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種基于電子回旋共振質譜儀測定氙同位素的方法，能夠實現在低濃度下(ppb量級)電離和同時測定氙同位素的組成，其檢測結果具有優異的準確度、精密度、靈敏度和檢出限等技術指標。

2、本發明的第一方面，提供一種基于電子回旋共振質譜儀測定氙同位素的方法，包括如下步驟：

3、s1、將待測氙氣樣品通入電子回旋共振質譜儀，控制氣流量，確保電子回旋共振質譜儀的真空度；

4、s2、對電子回旋共振質譜儀進行調試，使得電子回旋共振質譜儀信號達到穩定；

5、s3、設置電子回旋共振質譜儀參數，進行待測氙氣樣品分析，得到相應元素的響應值和質譜圖。

6、優選的，步驟s1中，控制氣流量為(0.4-0.6)ml/min，更優選為0.5ml/min。

7、優選的，步驟s1中，確保電子回旋共振質譜儀的真空度在(4-6)×10-3pa，更優選為5×10-3pa。

8、優選的，步驟s1中，所述待測氙氣樣品包括：工作標準氙氣、核設施排放出來的氙尾氣或提純前后氙氣中的任意一種。本發明的方法既能夠測定工作標準xe氣，還能夠測定核設施排放出來的xe尾氣，同時能夠標定提純前后xe氣同位素比值。

9、優選的，步驟s1中，所述待測氙氣樣品的濃度為ppb量級。

10、優選的，步驟s2中，所述調試包括：檢測器基線校正、四極桿調諧、分辨率調諧和質量軸校正。

11、優選的，步驟s3中，所述電子回旋共振質譜儀參數包括：質量數、駐留時間、通道數、間隔和主掃描次數。

12、本發明的第二方面，提供一種采用上述的基于電子回旋共振質譜儀測定氙同位素的方法的系統，包括：電子回旋共振質譜儀以及與其連接的氣體進樣裝置。

13、優選的，所述氣體進樣裝置包括依次連接的氙氣儲存裝置和氣體流量控制器，所述氣體流量控制器與電子回旋共振質譜儀連接。

14、優選的，所述電子回旋共振質譜儀設置有ecr離子源模塊、四極桿質量分析器模塊和離子檢測器模塊。

15、電子回旋共振(ecr)離子源是一種利用高頻電磁波(微波)中的電場加熱電子，使電子具有足夠高的能量，這些電子與氣體中的原子碰撞，“打掉”氣體原子外層電子從而產生單電荷態離子。ecr離子源相比傳統離子源，最大的優點是離子束流強，離子化率高(90％)。基于ecr離子源的上述優點，使用ecr離子源代替了icp-ms中的傳統icp離子源，開發了電子回旋共振質譜儀(ecr-ms)，具體原理可參見專利cn202018004196.8。

16、有益效果：

17、本發明利用ecr-ms檢測氙同位素豐度的方法，能夠在低濃度下(1ppm)實現電離和同時測量氙的同位素組成，并具有檢出限低、靈敏度高、準確度高、快速檢測等優勢，為核工業現場核查提供更加直觀、信賴度高的數據，為判定核活動性質提供可靠的數據支撐。

技術特征：

1.一種基于電子回旋共振質譜儀測定氙同位素的方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據權利要求1所述的基于電子回旋共振質譜儀測定氙同位素的方法，其特征在于，步驟s1中，控制氣流量為(0.4-0.6)ml/min。

3.根據權利要求1所述的基于電子回旋共振質譜儀測定氙同位素的方法，其特征在于，步驟s1中，確保電子回旋共振質譜儀的真空度在(4-6)×10-3pa。

4.根據權利要求1所述的基于電子回旋共振質譜儀測定氙同位素的方法，其特征在于，步驟s1中，所述待測氙氣樣品包括：工作標準氙氣、核設施排放出來的氙尾氣或提純前后氙氣中的任意一種。

5.根據權利要求1所述的基于電子回旋共振質譜儀測定氙同位素的方法，其特征在于，步驟s1中，所述待測氙氣樣品的濃度為ppb量級。

6.根據權利要求1所述的基于電子回旋共振質譜儀測定氙同位素的方法，其特征在于，步驟s2中，所述調試包括：檢測器基線校正、四極桿調諧、分辨率調諧和質量軸校正。

7.根據權利要求1所述的基于電子回旋共振質譜儀測定氙同位素的方法，其特征在于，步驟s3中，所述電子回旋共振質譜儀參數包括：質量數、駐留時間、通道數、間隔和主掃描次數。

8.一種采用如權利要求1-7任一項所述的基于電子回旋共振質譜儀測定氙同位素的方法的系統，其特征在于，包括：電子回旋共振質譜儀以及與其連接的氣體進樣裝置。

9.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述氣體進樣裝置包括依次連接的氙氣儲存裝置和氣體流量控制器，所述氣體流量控制器與電子回旋共振質譜儀連接。

10.根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述電子回旋共振質譜儀設置有ecr離子源模塊、四極桿質量分析器模塊和離子檢測器模塊。

技術總結
本發明提供了一種基于電子回旋共振質譜儀測定氙同位素的方法，包括如下步驟：S1、將待測氙氣樣品通入電子回旋共振質譜儀，控制氣流量，確保電子回旋共振質譜儀的真空度；S2、對電子回旋共振質譜儀進行調試，使得電子回旋共振質譜儀信號達到穩定；S3、設置電子回旋共振質譜儀參數，進行待測氙氣樣品分析，得到相應元素的響應值和質譜圖。本發明利用電子回旋共振質譜儀測定氙同位素的方法，能夠在低濃度下實現電離和同時測量氙的同位素組成，并具有檢出限低、靈敏度高、準確度高、快速檢測等優勢，為核工業現場核查提供更加直觀、信賴度高的數據，為判定核活動性質提供可靠的數據支撐。

技術研發人員：牛星星,黨彥輝,梁正安,李晨曦,李韶華,張衛東,王躍龍,何海靜,蒙金奇,陳彩霞,何曉紅,張琦,王博,胡冬冬
受保護的技術使用者：中核四0四有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28