一种氚化水样品转化制备氢化钛的方法与流程

1.本发明属于氚监测技术领域，涉及一种氚化水样品转化制备氢化钛的方法。


背景技术：

[0002]3h(氚)在环境检测、核设施安全、核核查、核材料研究、核材料储存等领域都有着重要的应用，其通常采用液闪方法进行测量。加速器质谱技术(ams)因样品用量小、测量时间短、测量灵敏度高，而成为继续推动3h更加深入、广泛应用的重要技术。
[0003]
常用于监管目的的氚监测的样品是液体样品，其通常用液体闪烁计数器来测量t的活度，由于普通质谱一般只能检测h、d的比例，若需要检测t、d、h三者之间的比例，则需要利用加速器质谱。而用于加速器质谱测量的样品通常为粉末状，且通过离子源可以引出负离子，故通常将氚化水制备成氢化钛(tih2)。
[0004]
氢化钛以前的制备方法中将水用液氮冷凝，抽真空实现样品纯化。这种方法过程相对复杂，容易受到空气中水的干扰，这对于微量氢化钛的制备有很大的影响，不利于发挥加速器质谱测氚所需样品用量少这一优势。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是提供一种氚化水样品转化制备氢化钛的方法，以能够流程简单、高效高质的将氚化水样品转化制备成微量tih2样品，制得tih2样品用于氚监测时，可实现加速器质谱对氘氢比、氚氢比和氚氘比的高灵敏同时测量。
[0006]
为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种氚化水样品转化制备氢化钛的方法，所述的方法依次包括如下步骤：
[0007]
(1)将氚化水样品滴加到无水硫酸铜上以使无水硫酸铜转化为五水合硫酸铜；
[0008]
(2)将五水合硫酸铜、锌粉装于大管中，然后把装有钛粉的小管置于所述的大管中，密封所述的大管并将所述的大管接入抽真空系统中；
[0009]
(3)抽真空系统抽真空到设定值后，使用氧气
‑
液化气炬一步烧封所述的大管；
[0010]
(4)将烧封好的所述的大管放入马弗炉中进行加热反应以制备氢化钛。
[0011]
空气中含水量很大，标准大气压下1立方米的空气中含水量在0
‑
30.38克之间，故由水制备氢化钛样品要尽量注意避免空气中水的干扰。现有技术将水用液氮冷凝，抽真空后再撤去冷凝放出水气；而本发明则采用无水硫酸铜固定水样，这样不仅可以省去液氮凝结的步骤，简化流程，而且将反应所需的原料一次性封装，实现一步制备tih2粉末，操作更加简单。另一方面，加速器质谱测氚仅需微量的水样，少到2μl，通过五水合硫酸铜更容易实现微量水的精确定量。
[0012]
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种氚化水样品转化制备氢化钛的方法，其中步骤(1)中，所述的氚化水样品与所述的无水硫酸铜的摩尔比为5
‑
6:1。
[0013]
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种氚化水样品转化制备氢化钛的方法，其中步骤(2)中，所述的五水合硫酸铜、锌粉、钛粉的摩尔比为1
‑
3:5
‑
150:5。
[0014]
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种氚化水样品转化制备氢化钛的方法，其中步骤(2)中，所述的大管为石英管，所述的小管为硼硅酸盐管。
[0015]
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种氚化水样品转化制备氢化钛的方法，其中步骤(3)中，所述的设定值为1
×
10
‑3‑
0.1pa。
[0016]
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种氚化水样品转化制备氢化钛的方法，其中步骤(3)的操作无需液氮冷凝。
[0017]
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种氚化水样品转化制备氢化钛的方法，其中步骤(4)中，所述的加热反应为两段加热反应。
[0018]
在一种优选的实施方案中，本发明提供一种氚化水样品转化制备氢化钛的方法，其中所述的两段加热反应为先在500
‑
550℃反应3
‑
5h，再在380
‑
420℃反应5
‑
7h。
[0019]
本发明的有益效果在于，利用本发明的氚化水样品转化制备氢化钛的方法，能够流程简单、高效高质的将氚化水样品转化制备成微量tih2样品，制得tih2样品用于氚监测时，可实现加速器质谱对氘氢比、氚氢比和氚氘比的高灵敏同时测量。
[0020]
本发明的有益效果具体体现在：
[0021]
(1)本发明采用无水硫酸铜固定微量水，既能尽可能的避免空气中水的干扰，又能实现精确定量微量水，对于加速器质谱测量微量水中的氘氢比、氚氢比和氚氘比具有重要的实际意义；
[0022]
(2)现有技术将水制备成氢化钛需要用液氮冷凝固定，在真空装置中抽去杂质，再撤去冷凝放出水气，而本发明不仅省去液氮冷凝的步骤，而且一次封装所需原料，一步制得氢化钛，极大地简化了流程，提高了效率。
附图说明
[0023]
图1为实施例1中实施本发明的氚化水样品转化制备氢化钛的方法的装置图，该装置包括机械泵组1，小管2(装钛粉)，大管3(装锌粉和五水合硫酸铜)，阀门4，螺纹接口5，玻璃管道6。
具体实施方式
[0024]
以下通过实施例对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。
[0025]
实施例1：氚化水样品转化制备氢化钛(采用图1所示装置制备)
[0026]
(1)将氚化水样品11.34μl在手套箱中滴加在无水硫酸铜20.16mg上，无水硫酸铜迅速吸水，变为五水合硫酸铜(观察到粉末迅速由白变蓝)。
[0027]
(2)氚化水样品充分吸收后，将五水合硫酸铜31.8mg、锌粉409.5mg装于直径为10mm的大管(为石英管)中，然后把装有钛粉(10mg)的小管(为硼硅酸盐管，6mm*50mm)置于大管中(为保证钛粉完全反应，水与锌粉量均适当过量，这对于后期ams高灵敏测试具有十分重要的意义)。用封口膜封好大管(这样可以尽可能避免周围环境水的干扰)，将其接到抽真空系统(机械泵组)中，无需液氮冷凝，待系统达到设定真空度1
×
10
‑3pa时，使用氧气
‑
液化气炬一步烧封大管。
[0028]
(3)封好的大管放到马弗炉中进行两段加热反应，分别为530℃4h和400℃6h，使得锌粉将水还原为氢气，氢气进而与钛粉反应，得到氢化钛粉末。
[0029]
将制得的氢化钛粉末与铌粉混合压入靶锥进行ams测试(方法参照：辐射研究与辐射工艺学报2017,3 5:060101(7))，并与商业氢化钛(上海贤鼎生物科技有限公司)对比。结果显示制备得到的tih2样品的引出束流可达5μa，优于商业氢化钛的4.4μa，从而成功实现了加速器质谱的氘氢比、氚氢比和氚氘比的高灵敏同时测量。
[0030]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施例或实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。