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离子色谱法测定压水堆核电厂一回路冷却剂中锂离子含量的不确定度评定

孙佳莹

福建福清核电有限公司,福建福清,350318

摘要: 分析压水堆核电厂一回路冷却剂中锂离子的含量,并通过硼锂协调控制来优化系统pH值,以降低反应堆冷却剂系统材料的均匀腐蚀,同时减少由于一回路流体中的腐蚀产物在堆芯内流动被活化而增加剂量率,有着十分重要的意义。离子色谱法应用于水中离子的检测具有灵敏度高、准确度高、方便、快捷等优势,广泛应用于核电厂工艺用水中阴阳离子的测定。本文使用戴安ICS3000离子色谱法测量水中的锂离子,并对压水堆核电厂一回路冷却剂中锂含量进行不确定度分析,如实反映检测数据的置信度和准确性。进行测量不确定度的评定不仅能够判断所得数据的分散性、可靠性,还能够对实验设计提供更合理的依据。通过对数据的误差来源进行分析,根据得到的不确定度分量贡献的大小重点控制和减少影响测量不确定度的因素,更大程度的提高测量的准确性。
关键词: 离子色谱法测定;锂离子含量;不确定度评定
DOI:10.12721/ccn.2021.157093
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1.试验方法

1.1验原理

离子色谱仪的分离基于流动相(淋洗液)与固定相(色谱柱)上的离子交换基团之间发生的离子交换过程。在离子交换进行的过程中,流动相连续提供与固定相离子交换位置平衡离子相同电荷的离子,并以库伦力与固定相结合,进样之后,样品离子将固定相上的离子置换,因为不同离子与固定相电荷之间的库伦力不同,因此在固定相上的保留时间也不同,从而实现不同离子的分离。以保留时间对被测阳离子定性,以峰面积对被测阳离子定量。

1.2实验仪器与试剂

主要仪器101.png

主要试剂102.png


1.3实验步骤

用ICS3000型号离子色谱仪分析七次2.00mg/Kg锂标准溶液。

2.数学模型及不确定度传播率

锂的浓度计算公式如下:

C=A/K

式中:

C---待测样品中锂的浓度(mg/Kg)

K---标准曲线斜率

3.不确定度来源分析

锂测定分析过程可能引入不确定度的因素见如下鱼骨图分析。

103.png4.标准测量不确定度评定

4.1测量重复性引入的标准不确定度。

连续测量7次配制好的质控中的锂离子,其浓度测量结果以及评定结果如表1所示:


表1    2.00mg/Kg质控中锂离子的测定数据统计表105.png

4.2标准溶液的不确定度

4.2.1标准溶液浓度本身引入的不确定度

标准储备液浓度及不确定度可直接从国家标准物质研究中心出具的标准物质证书上获得浓度为1000mg/Kg(不确定度为0.7%)。则锂离子标准溶液本身的相对标准不确定度为u(u)=0.0060/2=0.0035(其中包含因子K=2)。

4.2.3稀释定容过程中引入的不确定度

通过中间混合标准溶液的稀释配制不同系列浓度的标准溶液,不同浓度的标准溶液有不同的不确定度。但最低浓度溶液的相对不确定度最大。所以只评估最低浓度溶液的不确定度分量。以配制0.50mg/Kg的锂离子溶液为例。其配制过程如下:用移液枪移取0.5mL的1000mg/Kg标液至1000mL容量瓶配制0.50mg/Kg标准溶液。

u1移取0.5mL锂标准溶液母液,根据JJG646-2006《移液器》检定规程,以移液器各容量允许误差最大值计,实验室移液枪标定的容许误差为2%;

u2用1000.0mL容量瓶定容,容量瓶的不确定度为0.4mL。

按均匀分布处理,取k=√3,在各级标准溶液移取和定容过程中所产生的的相对标准不确定度有:

u2=(0.4/k)/1000.0=0.023%

u1= 2%/k=1.15%

标液稀释过程中合成相对标准不确定度为u(v)= 1.15%

4.2.4环境温度变化引起的不确定度

温度影响带来的不确定度可以通过估算温度范围和水的体积膨胀系数来进行计算。由于福清核电化学实验室温度为统一设定,波动较小,设定温度在±2℃之间变动,纯水的体积膨胀系数为2.1×10-4/℃。假设温度变化是矩形分布,则温度变化对1000mL水的相对标准不确定度为u3=(1000*2*2.1 *10-4/k)/1000.0=0.024%;同理:温度对1mL水u4=0.024%。

温度引起的合成相对标准不确定度为u(t)=0.034%

4.3标准曲线波动引入的不确定度

分别对5种标准溶液进行2次重复测定n=10,1741682508946119.png=1.5。其测量数据如表2所示。

表2曲线测量数据如下107.png


采用线性最小二乘法对结果拟合得到的回归曲线方程为Aj=2.6468cj+0.0402

其中截距B0= 0.0402,斜率B1=2.6468

108.png

曲线的标准残差S计算公式为:



计算得S=0.0004

109.png

计算得Sxx=4.67

由标准曲线引入的不确定度:

110.png

计算得u(c0)=0.018 mg/Kg

相对不确定度u(cc)=u(c0)/2.0=0.89%

P—样品溶液测定的总次数,P=7;

n—标准溶液的测定的总次数,n=10;

C0—质控锂离子测量浓度,mg/Kg;

1741683090639992.png--标准溶液中锂离子浓度的测定平均值;

Cj—标准溶液中锂离子浓度的测定值;

Aj—标准溶液中峰面积的测定值;

4.4合成B类相对不确定度

阴离子色谱仪测定质控中锂离子的B类相对不确定度的合成按下式计算:112.png

标准不确定度为uB=0.013%*2 mg/Kg =0.00026 mg/Kg

5.合成不确定度

合成不确定度由A类相对不确定度uA和B类相对不确定uB合成而得。合成相对标准不确定度按下式计算:113.png

标准不确定度为uc=1.5%*2 mg/Kg =0.03 mg/Kg

6.扩展不确定度评定

扩展不确定度是根据合成相对标准不确定度、测定平均值与包含因子相乘得到的。95%置信概率下.取扩展因子k=2,则锂的扩展不确定度:u=uc*k=

7.报告测量结果和扩展不确定度

锂最后结果表示为:(2.00±0.06)mg/Kg  k=2。

结论

综上,针对压水堆核电厂一回路冷却剂锂含量离子色谱法的测定过程,综合诸影响因素导致的测量结果的不确定度,评定得出:结果不确定度为测量结果的0.06 mg/Kg,对此法测量结果的准确性提供了科学依据。

参考文献:

【1】GBT27418-2017测量不确定度评定和表示.

【2】GB/Z 22553-2010利用重复性、再现性和正确度的估计值评估测量不确定度的指南.

【3】HJ812-2016 水中可溶性阳离子(Li+、Na+、NH4+、K+、Ca2+、Mg2+)的测定 离子色谱法