核设施废液中55Fe和63Ni的全自动顺序注射分析系统开发与应用

《Journal of Hazardous Materials》：Automated analysis of effluents from nuclear facilities for 55 Fe and63 Ni

　　本文报道了一种集成沉淀预处理-双柱色谱分离-液闪检测的全自动顺序注射（SI）系统，成功实现了核设施废液中关键核素55Fe和63Ni的高精度快速分析。该系统通过可编程算法优化载流体积、流速等参数，化学回收率分别达96%±3%（55Fe）和92%±4%（63Ni），可在50分钟内完成1L样品的全自动处理，为核设施放射性废水实时监测提供了创新性技术平台。

　　

Experimental section

试剂与仪器

⁵⁵Fe标准溶液（1.000 g/L Fe³⁺溶于0.1 mol/L HCl）购自中国计量科学研究院（北京）。⁶³Ni标准溶液（47 μg/g Ni²⁺溶于0.1 mol/L HCl）由中国工程物理研究院（绵阳）提供。Sr、Cr、Fe、Co、Ni、Zn的稳定标准溶液购自北京国家标准检测认证公司。镍萃取色谱树脂（粒径：100-150μm）...

Results and discussion

基于棉柱的全自动动态沉淀预处理

为提升沉淀效率并保证重现性，本研究开发了自动化沉淀处理模块（图2a），可在棉柱上完成沉淀物的过滤与截留。该模块用于探究不同载流体积对Fe、Ni化学回收率的影响（图2b、c）。实验表明，当载流体积为8mL时，Fe和Ni的回收率分别达到峰值96.2%和94.8%，而超过10mL后因沉淀洗脱效应导致回收率下降。棉柱动态沉淀法相比传统静态法将处理时间从120分钟缩短至15分钟，且对Co、Zn等干扰核素的去污因子均＞10⁴。

双柱色谱分离的流量优化策略

采用D201树脂（强碱性阴离子交换）和Ni树脂（二甲肟螯合）构建串联分离柱，通过正向流分离模式避免柱床堵塞。当流速控制在0.8mL/min时，⁵⁵Fe在D201柱上的吸附率达98.5%，而⁶³Ni的穿透率低于1.5%。优化后的洗脱程序使用0.5mol/L HNO₃解吸Fe，2mol/L HCl解吸Ni，使两种核素的交叉污染率＜0.3%。系统在连续处理20个样品后柱效仍保持初始性能的95%以上。

液闪计数器的混合检测协同优化

创新性地将蠕动泵与超声振荡器集成于检测模块，使样品与闪烁液以3:7体积比实现脉冲式混合。这种动态混合模式使⁵⁵Fe的X射线探测效率提升至78.2%，⁶³Ni的β射线探测效率达82.6%。针对⁶⁰Co等γ核素的康普顿散射干扰，通过能窗设置将本底计数抑制在2CPM以下。系统对1Bq/L水平的⁵⁵Fe和⁶³Ni检测不确定度分别＜6%和7%（2σ）。

Conclusion

基于顺序注射技术的新型自动化系统成功实现了核电站废液中??Fe和?3Ni的高精度分析。通过沉淀、化学分离与混合检测模块的集成，结合优化的前向流分离策略（D201树脂富集Fe，Ni树脂捕获Ni），系统获得90%以上的回收率及＞10³的去污因子。该平台为复杂基质中放射性核素的实时监测提供了技术支撑，并可适配其他核素分析场景。