石墨炉原子吸收光谱法测定快堆三回路水中痕量钠离子

□王 密

一、引言

电厂水汽中钠离子含量是水汽质量监督的重要指标之一，准确测定水汽中痕量钠离子对电力生产的安全和经济运行有着重要意义[1]。水汽中携带钠杂质时会导致金属材料的点腐蚀、应力腐蚀和疲劳腐蚀，为防止结盐，减缓金属部件的腐蚀，保证热力系统安全运行，必须对水汽中的钠进行严格控制[2]。中国实验快堆(CEFR)是中国建造的第一座快中子反应堆，由钠-钠-水三条回路组成，对三回路水中杂质指标有严格要求，其中对蒸汽发生器入口给水质量[3]提出了明确要求，规定钠离子含量要小于3.0μg/L。CEFR使用金属钠作传热剂。金属钠的化学性质非常活泼,需要利用惰性气体氩气作覆盖气体以保护钠的质量，保证CEFR的安全运行。

水汽中钠含量的测定有多种方法，对于微量钠离子的分析，有钠离子浓度计、火焰原子吸收法等；对于痕量钠离子的分析，有离子色谱法、石墨炉原子吸收光谱法、二阶微分火焰原子发射光谱法等。石墨炉原子吸收光谱法具有快速、准确、选择性好、抗干扰能力强等特点，本实验采用该法对快堆高纯水中痕量钠离子的分析进行了研究，进而为快堆三回路水中钠的监测提供一套分析方法。

二、实验部分

(一)仪器。AA-7003型原子吸收光谱仪；Milli-Q超纯水机。

(二)试剂。1,000μg/mL Na+标准溶液(购自国家标准物质研究中心)；实验用水电阻率为18.2MΩ/cm。

(三)仪器参数。波长：588.99nm；狭缝：0.2nm；负高压：240V；保护气：氩气；保护气流量：0.200L/min；保护气压力：0.200MPa；冷却水流量：2L/min；外气路流量：1.5L/min；内气路流量：200mL/min；元素灯电流：3.0mA；石墨炉进样量：20μL。

(四)分析参数。采样速度：100Hz；计算方法：峰高；背景扣除方式：无；浓度单位：μg/L。

三、结果与讨论

(一)原子化条件的选择。在石墨炉原子化法中，应选择合适的干燥、灰化、原子化和清除的温度与时间[4]。

1.原子化温度和时间的选择。原子化温度的选择原则是，选用达到最大吸收信号的最低温度作为原子化温度，从而延长石墨炉的使用寿命。配制50μg/L Na+标准溶液，设定灰化温度为1,100℃，升温时间3s，测定不同原子化温度下的吸光度(ABS)。从表1得知，Na+在2,200℃以上可以达到最大吸光度，因此选用2,200℃作为最佳原子化温度。从实验中还可以得到，3s升温时间能保证完全原子化，因此以3s作为原子化时间。

表1 Na+吸光度与原子化温度的关系

2.灰化温度的选择。灰化温度的选择原则是，在保证被测元素没有损失的前提下，应尽可能使用较高的灰化温度，从而减少局外组分的干扰。设定原子化温度为2,200℃，测定50μg/L Na+标准溶液在不同灰化温度下的吸光度。如表2所示，1,000℃时不完全灰化，局外组分对测定的干扰较大；1,200℃下Na+损失较大，因此选择1,100℃作为最佳灰化温度。

表2 Na+吸光度与灰化温度的关系

3.石墨炉温度曲线。图1是经过优化的石墨炉原子吸收升温曲线。

图1 石墨炉升温曲线

(二)方法的线性范围和检出限。配制浓度在3～30μg/L之间的Na+标准溶液，测定Na+的线性范围，试验结果表明Na+在该浓度范围内，与峰高呈现良好的线性关系，线性相关系数R2大于0.9999。用公式：检出限=3N/S(N：11次空白标样的标准偏差；S：标准曲线斜率)计算方法检出限，得到该方法下Na+的检出限为1.5μg/L。

图2 Na+吸光度与浓度关系曲线

(三)方法的精密度。配制10μg/L Na+标准溶液，重复进样6次，考察方法的精密度。从表3得知，该方法重复性良好，满足相对标准偏差RSD<10%的要求。

表3 精密度试验

(四)方法的准确性。为了验证本方法的准确性，进行了4次加标回收试验。向钠离子含量为2.67μg/L的四份样品中分别加入5μg/L的Na+标准溶液，回收率分别为103.7%、102.5%、94.2%、98.7%，，加标回收率均在90～110%之内，证明该法准确性较高。

(五)试样分析。用上述方法对两种除盐水样品进行了分析，测得水样1(除盐水箱)中Na+含量为11.16μg/L，水样2(除盐水管路)中Na+含量为5.29μg/L。

四、结语

本试验用AA-7003型石墨炉原子吸收光谱仪，对高纯水中痕量Na+进行了分析。实验结果表明，Na+浓度在3～30μg/L范围内线性关系良好，检出限1.5μg/L，精密度和准确度较高，操作简单，满足快堆三回路水中Na+浓度在3μg/L量级的分析要求，该法可作为今后三回路水中痕量Na+日常监测、评价的快速分析方法，为快堆热力系统安全运行提供了保障。