朱海巧，張倩慈，羅中艷，程充，常志遠

（中國原子能科學(xué)研究院放射化學(xué)研究所，北京 102413）

激光拉曼光譜法測定模擬高放廢液中鉬酸根

朱海巧，張倩慈，羅中艷，程充，常志遠

（中國原子能科學(xué)研究院放射化學(xué)研究所，北京 102413）

建立激光拉曼光譜法測定模擬高放廢液中鉬酸根的分析方法?？疾炝死庾V法測量鉬酸根的主要影響因素。以硝酸根作為內(nèi)標(biāo)物，在選定的實驗條件下，鉬酸根與硝酸根的拉曼光譜特征峰強度比值與鉬酸根濃度呈良好的線性關(guān)系，鉬酸根濃度分別為0.002～0.08，0.05～0.80 mol/L時，線性方程分別為y=247c-0.178 8，y=11.36c-0.112 8，r2＞0.999，方法檢出限為0.001 mol/L。采用該方法測定模擬高放廢液中的鉬酸根，測定值與配制值相比，相對誤差小于5%，測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于4%（n=6）。該方法操作簡便、檢測快速、制樣簡單、取樣量小。

拉曼光譜法；定量分析；硝酸根；鉬酸根；高放廢液

高放廢液通常需進行固化處理。高放廢液中MoO42-含量的高低會嚴重影響玻璃固化體的質(zhì)量，在玻璃固化體中形成“黃相”?！包S相”的存在不僅對固化體結(jié)構(gòu)和強度造成不良影響，還會增加放射性核素的浸出［1-3］。在處理與處置高放廢液之前，需要對其化學(xué)組分和放射性核素進行全面分析，提供完整、準(zhǔn)確的源項數(shù)據(jù)［4］，鉬酸根是必須重點監(jiān)測的對象。

目前，鉬的常見分析方法有稱重法、氧化還原滴定法、ICP-MS等［5-9］，這些方法都有各自的優(yōu)點，但通常會受其它共存離子干擾，必要時需進行樣品預(yù)處理，因此在進行高放樣品分析時限制了其應(yīng)用。MoO42-中Mo—O鍵的對稱伸縮振動具有拉曼活性，拉曼光譜法作為一種新型的無損檢測技術(shù)，具有取樣量小、制樣簡單、無需預(yù)處理、分析快速、選擇性高等諸多優(yōu)點，可用于樣品的定性、定量分析。并且樣品可直接通過光纖探頭或者通過玻璃、石英和光纖測量，從而使拉曼光譜法成為非接觸式檢測領(lǐng)域中的一種關(guān)鍵技術(shù)。隨著各種光譜解析算法的出現(xiàn)，用拉曼光譜法實現(xiàn)在線分析和無損分析是可行的。

筆者以MoO42-進行拉曼光譜定量分析研究，以硝酸根為內(nèi)標(biāo)物，實驗考察了諸多影響MoO42-拉曼峰強度的因素，首次建立了拉曼光譜法定量測定模擬高放廢液中MoO42-的分析方法。該方法可直接進行高放樣品的測定，省去了高放樣品繁瑣的預(yù)處理過程，同時大幅減少了產(chǎn)生的廢液量，具有取樣量少、操作簡便、快速、抗干擾能力強等優(yōu)點，易于實現(xiàn)無損與在線檢測。

1　實驗部分

1.1主要儀器與試劑

共聚焦顯微拉曼光譜儀：Invia型，英國Rainshaw公司；

超純水機：Mili Q型，美國密理博公司；

電子天平：XP205型，感量為0.01 mg，瑞士Mettler Toledo公司；

硝酸鎂、鉬酸鈉、硝酸鍶、硝酸銫、硫酸鈉、高锝酸鈉：分析純，國藥集團化學(xué)試劑公司；

MoO42-儲備液：1.001 0 mol/L，準(zhǔn)確稱取24.220 1 g固體鉬酸鈉，用去離子水完全溶解后，定容至100 mL；

NO3-儲備液：1.00 mol/L，準(zhǔn)確稱取8.499 7 g固體硝酸鈉，用去離子水完全溶解后，定容至100 mL；

NO3-內(nèi)標(biāo)溶液：0.20 mol/L；

實驗用水均為去離子水（電阻率不小于18.2 MΩ·cm）。

1.2儀器工作條件

激發(fā)光源：532 nm；激光功率：20 mW；分辨率：1～2 cm-1；CCD檢測器（576×384）和leica顯微鏡；樣品池：玻璃毛細管（長度為100 mm，內(nèi)徑為0.5 mm，華西醫(yī)科大學(xué)）；50倍短焦物鏡；采集時間：10 s；累積次數(shù)：5次。

1.3實驗方法

將不同濃度的MoO42-溶液吸入毛細管中，用封口膜將毛細管兩端封住，再將裝有待測樣品的毛細管置于顯微共聚焦激光拉曼光譜儀載物臺的物鏡視野下，利用計算機屏幕上的影像窗口調(diào)整焦距，使激光光斑聚焦于待測樣品的內(nèi)部。以NO3-作為內(nèi)標(biāo)，在1.2儀器條件下測定模擬高放廢液中MoO42-的特征拉曼散射峰強度（952 cm-1）與NO3-的特征拉曼散射峰（1 047 cm-1）強度之比［10］。以MoO42-和NO3-的峰強度比值為縱坐標(biāo)，MoO42-濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。通過標(biāo)準(zhǔn)工作曲線法測定待測溶液中MoO42-的濃度。

2　結(jié)果與討論

2.1鉬酸根的拉曼光譜

在1.2儀器工作條件下，按1.3實驗方法測定濃度分別為0.03，0.05，0.07 mol/L MoO42-溶液的激光拉曼光譜，光譜圖見圖1。從圖1可以看出，952 cm-1處存在MoO42-的特征拉曼散射峰，并且隨著MoO42-濃度的增大峰強度也隨之增強。因此選用952 cm-1處的MoO42-的拉曼光譜散射峰作為其定量峰。

圖1　MoO42-溶液的拉曼光譜

2.2激光功率的選擇

其它實驗條件不變，在0.2～20 mW范圍內(nèi)改變激光功率，考察激光功率對0.03 mol/L MoO42-溶液特征拉曼散射峰強度的影響。實驗結(jié)果表明，MoO42-溶液特征拉曼散射峰強度隨著激光功率的增大而顯著增強。因此在不損壞樣品的前提下，應(yīng)盡可能調(diào)高激光器激光功率。實驗選定的激光功率為20 mW。

2.3掃描次數(shù)對峰強度的影響

保持其它實驗條件不變，只改變掃描次數(shù)，考察0.03 mol/L MoO42-溶液掃描次數(shù)對峰強度的影響，結(jié)果列于表1。

表1　掃描次數(shù)的影響

從表1可以看出，隨著掃描次數(shù)的增加，測得的MoO42-952 cm-1特征拉曼散射峰強度也隨之增大。對于低濃度MoO42-溶液，可以通過增大掃描次數(shù)獲得更強的拉曼散射峰強度，以確保實驗數(shù)據(jù)的可靠性。而分析高濃度MoO42-時，需要選擇合適的掃描次數(shù)以確保拉曼信號強度不超出檢測量程。實驗選用的實驗掃描次數(shù)為5次。

2.4積分時間的影響

保持其它實驗條件不變，只改變積分時間，考察0.03 mol/L MoO42-溶液積分時間對峰強度的影響，結(jié)果列于表2。從表2可以看出，隨著積分時間的增加，MoO42-952 cm-1特征拉曼散射峰強度也隨之增大。通過增加拉曼光譜儀的積分時間，可以增加待測物的拉曼信號強度，在分析檢測低濃度的MoO42-時更為有利。為了確保最終樣品的積分時間一致，實驗選用的積分時間為10 s。

表2　積分時間的影響

2.5內(nèi)標(biāo)物和定量峰的選擇

使用內(nèi)標(biāo)法［11-14］時，正確選擇內(nèi)標(biāo)物類型及濃度十分重要。通常內(nèi)標(biāo)物在物理和化學(xué)性質(zhì)上要類似于分析物，其信號既不能干擾分析物，又不被試樣中其它成分干擾，并且具有易于測量的信號，為了減少計算響應(yīng)時的誤差，內(nèi)標(biāo)物濃度與分析物濃度應(yīng)控制在同一數(shù)量級上。通常水溶液拉曼定量分析內(nèi)標(biāo)物適宜選用ClO4-和NO3-。按實驗方法對MoO42-和NO3-混合溶液進行激光拉曼光譜掃描，結(jié)果如圖2所示。

圖2　MoO42--NO3-混合溶液拉曼光譜圖

從圖2可以看出，NO3-的拉曼特征散射峰位于1 047 cm-1，MoO42-的Mo—O對稱伸縮振動導(dǎo)致的特征拉曼散射峰位于952 cm-1，二者峰型清晰尖銳，相互不會造成干擾，因此選擇NO3-作為內(nèi)標(biāo)物。

2.6酸度的影響

將0.05 mol/L鉬酸鹽溶液（介質(zhì)分別為2.00，3.00，4.00 mol/L的硝酸溶液）吸入毛細管內(nèi)，兩端采用封口膜封住后，進行拉曼光譜掃描，考察酸度對MoO2-拉曼光譜圖的影響。實驗結(jié)果表明，MoO2-44濃度相同的情況下，在不同酸度下，MoO42-的拉曼特征峰位于952 cm-1，峰強度未發(fā)生變化，酸度只是影響水峰的強度。

2.7樣品池的選擇

水的拉曼散射效應(yīng)很弱，因此使拉曼光譜法可用于研究水溶液，常量液體試樣選用常規(guī)試樣池，微量液體試樣則可用毛細管樣品池。

實驗室常用毛細管為A（內(nèi)徑0.5 mm，管長100 mm，上海欣鵬玻璃儀器有限公司）、B（內(nèi)徑0.9～1.1 mm，管長100 mm，上海長城科學(xué)儀器公司）、C（內(nèi)徑0.5 mm，管長100 mm，華西醫(yī)科大學(xué)儀器廠）。在相同的實驗條件下，對3種不同型號的玻璃毛細管進行靜態(tài)拉曼光譜掃描。實驗結(jié)果表明，不同型號毛細管的拉曼光譜圖不同。A和B毛細管有很強的拉曼本底信號，C毛細管沒有拉曼本底信號。定量分析時，不使用內(nèi)標(biāo)的情況下，變換毛細管樣品池可能會影響實驗結(jié)果。為了提高方法的信噪比，實驗選用C毛細管進行實驗。

2.8內(nèi)標(biāo)物濃度的影響

對0.05～0.80 mol/L MoO4-溶液，分別采用濃度為0.15，0.20，0.25，0.30 mol/L內(nèi)標(biāo)物NO3-溶液，以MoO42-和NO3-的峰強度比值為縱坐標(biāo)，MoO42-濃度為橫坐標(biāo)，繪制拉曼光譜標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算線性方程，結(jié)果見表3。

表3　內(nèi)標(biāo)物濃度與MoO4-的關(guān)系

從表3可以看出，雖然內(nèi)標(biāo)物濃度發(fā)生了改變，但內(nèi)標(biāo)物濃度均和MoO42-濃度在同一數(shù)量級上，采集得到的拉曼光譜數(shù)據(jù)MoO42-和硝酸根峰強度比與MoO42-濃度之間呈良好的線性關(guān)系。實驗選擇NO3-內(nèi)標(biāo)溶液的濃度為0.20 mol/L。

2.9標(biāo)準(zhǔn)樣品放置時間的影響

為了確保樣品分析結(jié)果的可靠性，制備一系列含有內(nèi)標(biāo)物NO3-的不同濃度MoO42-標(biāo)準(zhǔn)溶液，放置一段時間后，考察標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的變化情況。

實驗結(jié)果表明，同一樣品溶液放置30天后，通過F檢驗和t檢驗，在95%的置信區(qū)間，標(biāo)準(zhǔn)工作曲線之間無顯著性差異。因此，在內(nèi)標(biāo)物存在下，標(biāo)準(zhǔn)樣品放置一段時間后測量值仍保持穩(wěn)定不變。

2.10線性方程與檢出限

配制一系列不同濃度的MoO42-溶液，濃度范圍分別為0.002～0.08 mol/L和0.05～0.80 mol/L，用0.20 mol/L NO3-溶液作為內(nèi)標(biāo)，以MoO42-和NO3-峰強度的比值為縱坐標(biāo)，MoO42-濃度為橫坐標(biāo)，得到線性方程和線性相關(guān)系數(shù)。參考文獻［15］，以3倍信噪比計算MoO42-的檢出限。線性方程、線性相關(guān)系數(shù)和檢出限計算結(jié)果見表4。

2.11精密度試驗

在選定的實驗條件下，對樣品進行多次測定，結(jié)果見表5。從表5可以看出，MoO42-濃度為0.004～0.05 mol/L時，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于4%，說明該方法具有良好的精密度。

表4　線性方程與線性相關(guān)系數(shù)

表5　精密度試驗結(jié)果

2.12準(zhǔn)確度試驗

參考燃耗33 000 MWd/tHM的動力堆乏燃料后處理高放廢液組分［16］，配制介質(zhì)為2.0 mol/L硝酸的系列模擬高放廢液。在選定的實驗條件下對模擬高放廢液中的MoO42-進行測定，結(jié)果見表6。

表6　準(zhǔn)確度試驗結(jié)果

從表6可知，樣品的測量結(jié)果與配制值的相對誤差均小于5%，說明該方法具有較高的準(zhǔn)確度。

3　結(jié)語

以硝酸根為內(nèi)標(biāo)物，建立了拉曼光譜法定量測定模擬高放廢液中MoO42-的分析方法。該方法取樣量少、制樣簡單、檢測快速、操作簡便，為在線分析和無損分析提供可行性。

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新型血液檢測技術(shù)能夠同時鑒定5種癌癥類型

DNA甲基化修飾能夠調(diào)節(jié)不同基因的表達。通過鑒定得到這一甲基化生物標(biāo)記，美國國家人類基因組研究所的計算生物學(xué)家LauraElnitski等找到了5類不同癌癥類型（大腸癌，肺癌，乳腺癌，胃癌以及子宮內(nèi)膜腫瘤）的共同之處“找到這一新型的甲基化遺傳標(biāo)記就像是從一片松林中尋找一棵云杉一樣”。

相關(guān)結(jié)果發(fā)表在近期的《分子醫(yī)學(xué)診斷雜志》上。該研究認為這一甲基化特征可以作為檢測癌癥的生物標(biāo)記?！霸诎l(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的當(dāng)晚，課題組的成員都激動得難以入眠”，Elnitski說道：“我們都十分興奮，因為這是第一個能夠同時鑒定多種不同類型癌癥的生物標(biāo)記”。在最新的這一研究中，Elnitski等人利用PCR技術(shù)將不同腫瘤組織與正常組織中的DNA進行了提取與擴增，并且比較了它們之間基因表達的差異。結(jié)果顯示：在多種腫瘤組織中，ZNF154基因的表達量明顯上調(diào)。

目前，科學(xué)家們正在檢測這一標(biāo)記能否同時適用于其它癌癥的早期診斷，比如膀胱癌，胰腺癌，前列腺癌等等。然而，對于這一標(biāo)記與腫瘤發(fā)生的病理學(xué)原理之間的聯(lián)系目前還知之甚少?？茖W(xué)家們認為這一標(biāo)記的出現(xiàn)標(biāo)志著細胞偏離正常軌道；該標(biāo)記還可能與腫瘤的生長有一定關(guān)系。這一科研突破為癌癥發(fā)病的早期診斷提供了新型的工具。

（生物谷）

Determination of Molybdate in Simulated High Level Liquid Radioation Waste by Laser Raman Spectroscopy

Zhu Haiqiao， Zhang Qianci， Luo Zhongyan， Cheng Chong， Chang Zhiyuan
（China Institute of Atomic Energy， Beijing 102413， China）

A new method via Raman spectroscopy for determination of molybdate in simulated high level liquid radioactive waste（HLLW） was established. NO3-was used as the internal standard， various factors possibly influencing the measurement of MoO42-by laser Raman spectroscopy were studied，and then the optimum conditions for the determination of MoO42-were selected. The relative intensity of MoO42-to NO3-（1 047 cm-1） showed good linearity with the concentration of MoO42-， the linear equations were y=247c-0.178 8，y=11.36c-0.112 8 in the range of 0.002-0.08， 0.05-0.80 mol/L，respectively， the correlation coefficients（r2） were more than 0.999. The detection limit was 0.001 mol/L. Molybdate in simulated HLLW was determined by this method，the relative error of measured value compared with the standard values was less than 5%. The relative standard deviation of determination results was less than 4%（n=6）. The method is simple，convenience and accurate.

Raman spectroscopy； quantitative analysis； nitrate； molybdate； high level liquid radioation waste

O657.37

A

1008-6145（2016）02-0037-04

10.3969/j.issn.1008-6145.2016.02.011

聯(lián)系人：朱海巧；E-mail： zhq508@163.com

2016-01-29