Access Agilent 电子期刊，2016 年 10 月

Agilent ICP-MS/MS 为核应用提供独特的解决方案

Yasuyuki Shikamori and Glenn Woods
安捷伦应用工程师

Naoki Sugiyama
安捷伦 ICP-MS 产品经理

自 20 世纪 80 年代中期推出以来，ICP-MS 以其高灵敏度、简单的质谱图以及与传统液体样品引入系统的兼容性而广泛应用于核工业中。近年来，安捷伦三重四极杆 ICP-MS (ICP-MS/MS) 已经将核应用的范围扩展至涵盖碘-129、铀-236和镎-237等核示踪元素和环境污染物的超痕量测定。

分析人员为何将 ICP-MS/MS 用于核应用？

安捷伦 ICP-MS/MS 为废液分析和职业暴露监测等现有核应用提供了出色的性能。超高的基质耐受性还能够应对棘手的应用，例如对反应器冷却水和铀燃料中的痕量元素进行分析。 ICP-MS/MS 的串联质谱配置还能够通过利用反应池方法的新应用解决光谱干扰。将超低背景噪音、高灵敏度和无可比拟的丰度灵敏度相结合，ICP-MS/MS 能够对之前难以分析的低浓度元素进行测定，并分离同量异位素直接重叠。

痕量 ²³⁶U 同位素分析中的挑战

使用 ICP-MS/MS 测量²³⁶U/²³⁸U 同位素比，该比值可用于追踪浓缩铀燃料、乏核燃料和核废料的意外泄漏。其中的挑战是需要克服氢化物离子 ²³⁵UH⁺ 对 ²³⁶U⁺ 的干扰，以及 ²³⁵U⁺ 和 ²³⁸U⁺ 对 m/z 236 的影响。氢化物叠加和峰拖尾现象在经过浓缩的样品中更加严重，因为这些样品中含有更高比例的 ²³⁵U。

解决方案：可控的反应化学获得高质量数的产物离子

Agilent 8900 ICP-MS/MS 具有高灵敏度和扩展的质量数范围，能够测定以氧化物 (UO⁺) 和二氧化物 (UO₂⁺) 反应产物离子形式存在的铀。此处通过铀的二氧化物离子 UO₂⁺ 对铀进行测定，因为采用 O₂作为反应池气体能够使 U⁺ 高效转化为 UO₂⁺（转化率接近 100%）。

该方法可成功地将氢化铀 (UO₂H⁺/UO₂⁺) 的影响降低三个数量级（与直接的原位质量测定 (UH⁺/U⁺) 相比）。在 MS/MS 模式下采用 O₂ 作为反应池气体时，无需使用脱溶剂系统即可使氢化物比值达到 10^-8 量级。考虑到 ²³⁵U 的天然丰度只有 0.72%，我们的结果表明使用该方法能够大大减小 ²³⁵UH 对 ²³⁶U 的干扰，从而实现对 10^-10 量级的 ²³⁶U/²³⁸U 的测定。

ICP-MS/MS 方法可实现 ²³⁶U/²³⁸U 同位素比的快速痕量分析，从而可在核物质意外释放到环境中后提供关于全球性放射性沉降物的重要信息。8900 ICP-MS/MS 的超低仪器背景噪音水平和高灵敏度可使铀的检测限达到 0.34 fg/g。

存在铀时对镎 237 的分析

镎 (Np) 作为原子能发电的副产物产生，是一种长期存在的放射性核素。含有 Np 的样品通常含有浓度极高的 U。利用 ICP-MS 难以测定环境样品和核材料（燃料或废料）中的超痕量 ²³⁷Np，因为由较大的 ²³⁸U 峰所产生的峰拖尾会造成重叠。

图 1. 使用 ICP-MS/MS 在单四极杆模式（上图）和 MS/MS 模式（下图）中获得的 10 ppm U 基质样品溶液中 100 ppt Np 的谱图。MS/MS 模式避免了强度较大的 ²³⁸U 峰在低质量数侧产生的峰拖尾

解决方案：Agilent 8900 MS/MS 模式的超高丰度灵敏度

与传统的四极杆 ICP-MS 相比，由于其具有双重质量过滤器，ICP-MS/MS 可提供更高的丰度灵敏度（峰分离）。因此，安捷伦 8900 ICP-MS/MS 可成功分离 ²³⁷Np 与 ²³⁸U 叠加，即使 U 的浓度高出多个数量级也是如此。这一结果在图 2 中示出，图中显示了在单四极杆 (SQ) 模式（上图）和 MS/MS 模式（下图）下测得的 10 ppm U 基质中 100 ppt Np 的谱图。ICP-MS/MS 谱图显示在 MS/MS 模式下可提供优异的峰分离效果，并消除了单四极杆模式下 ²³⁸U 峰对 Np 在质量 237 处的影响。