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环境中痕量放射性核素的直接电喷雾萃取电离质谱分析

罗明标 丁健桦 鄢飞燕 华东理工大学


        开展放射性核素,尤其是铀的化学研究,无论对国防、能源, 还是对环境、生物、医学等学科的相关研究均有重要意义。核素在环境中的形态与核燃料的生产、迁移和处置密切相关,要想了解铀在环境中的迁移、变化及危害行为,监控核燃料的生产过程和核废物处置的情况,建立快速、实时测定核素形态(包括同位素)的方法研究显得至关重要。
        从理论上讲,通过质谱、光谱以及量化计算等可以获得溶液中铀的形态信息,但是这些方法均不能通过实验直接得到,而是要对实验结果进行理论计算或推导,因而有时会出现问题导致结论不准确。另一方面,由于无机样品中通常含有较高的盐成分,一般需要经过较复杂的样品预处理后才能进行下一步分析测定。以最常用的电感耦合等离子体质谱法( ICP-MS)为例,测定铀的形态通常需要经过化学形态处理以及溶剂提取、离子交换或协同沉淀等复杂的样品预处理过程,而在这些化学处理过程中,分析物的形态也可能发生改变。因此,迫切需要建立一种高灵敏度、高特异性的新方法,实现对环境中的铀及其形态进行实时在线的快速检测。
        电喷雾萃取电离质谱(EESI-MS)是一种新型快速质谱技术,广泛用于液体样品的直接、实时和在线分析。到目前为止,已经在复杂基质中有机化合物的实时在线和快速分析方面得到了广泛的应用,并取得了丰硕的成果[1-11]。然而EESI-MS等快速质谱技术用于复杂基质中无机化合物分析的报道却很少。实际上,痕量无机物的分析,尤其是物种形成过程中无机物的形态分析也非常重要。最近,罗明标等开创性地将EESI 串联质谱用于天然水样中放射性无机物铀形态的快速检测,使EESI-MS的应用范围得到了进一步扩展。由于该方法在放射性核素分析技术领域具有重要意义,相关研究成果已于近期被国际著名杂志Anal. Chem. 发表[12]。


图1 EESI-MS装置示意图


        在EESI源中,初始样品中的中性分析物与电喷雾试剂交叉碰撞,在质谱仪入口前的三维空间内同时发生在线液液微萃取和离子化,离子化后的分析物离子再进入质谱进行分析(如图1所示)。EESI源的这种独特的结构使它能够耐受复杂基质样品,同时,由于中性样品不需经过高电压或带电微粒的直接轰击,也减少了被分析物发生氧化还原反应从而发生形态变化的可能性。在罗明标等的研究中,加入一定量的醋酸溶液于取自某铀矿下游的井、湖及河流的水样中,在未经复杂预处理的情况下,从一级质谱中可以观察到一系列的醋酸铀酰离子,它们以[UO2(Ac)2]nAc- (n= 1-5)形式的存在,其中UO2(Ac)3-(m/z447)的丰度最高。通过多级串联质谱和235U同位素标记法能对醋酸铀酰离子的结构进行确认。该方法对每个样品的分析只需10s,检测限能达10-3ng/L,具有快速、灵敏等特点,可对铀的形态进行快速直接分析。
        由于能发生核裂变反应的235U在EESI串联质谱中也能产生相同的碎片离子,所以该方法也能用来检测铀的同位素比。通过快速检测235U/238U的比值,并与天然同位素比值(235U仅占0.725﹪)比较,可作为判定是否人为浓缩235U的铁证。EESI-MS能检测出富集量有0.8﹪的235U,为IAEA的核查和国家安全及公共安全保障方面展示了良好的应用前景。我们相信,EESI-MS在复杂基质中无机化合物的痕量分析方面还有更多的潜力,应用范围将不断扩大,有望成为痕量核素的实时、在线监测的有效方法。
参考文献
[1] Huanwen Chen, Bin Hu , Yan Hu , Yan fu Hua n,Zhiquan Zhou, Xiaolin Qiao, J. Am. Soc. Mass Spectrom.,2009, 20(4): 719-722
[2] Huanwen Chen, Shuiping Yang, Arno Wor tmann,Renato Zenobi , Angew. Chem. I nt . Ed., 2007, 46 (40):7591-7594
[3] Jianhua Ding, Haiwei Gu, Shuiping Yang, Ming Li,Jianqiang Li, Huanwen Chen, Anal. Chem., 2009, 81 (20),8632-8638
[4] Konsta ntin Chingin , Hu a nwe n Chen , GerardoGamez, Liang Zhu, and Renato Zenobi, Anal. Chem., 2009,81 (1): 123-129.
[5] Huanwen Chen, Arno Wor tmann, Weihua Zhang,Rena to Zenobi , Angew. Chem. I nt . Ed ., 20 07, 46 (4):580-583
[6] Jian hua Ding, Shuiping Yang, Dapeng Liang,Huanwen Chen, Zhuanzhang Wu, Lili Zhang, Yulin Ren,Analyst, 2009, 134, 2040-2050
[7] Huanwen Chen , Andre Venter and R. Grah am Cooks, Chem. Commun., 2006, 2042-2044
[8] Liang Zhu , Gerardo Gamez , Huanwen Che n ,Konstantin Chingin, Renato Zenobi, Chem. Commun., 2009,559-561
[9] Huanwen Chen, Yanping Su n, Ar no Wor tman n,Haiwei Gu, and Renato Zenobi, Anal. Chem., 2007,79 (4):1447-1455
[10] Huanwen Chen, Renato Zenobi, Nature Protocols,2008, 3(9):1467-1475
[11] Wai Siang Law, Huanwen Chen, Jian hua Ding,Shuiping Yang, Liang Zhu, Gerardo Gamez, Konst ant inChingin, Yulin Ren, Renato Zenobi, Angew. Chem. Int. Ed.,2009, 48(44): 8277-8280.
[12] Mingbiao Luo, Bin Hu, Xie Zhang, Daofeng Peng,Huanwen Chen, Li l i Zhang, Yanf u Huan, Anal. Chem.,2010, 82(1): 282-289



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