-(63)Ni毒剂报警源制备工艺的研究_高岩.pdf

第3 6卷 第1期2 0 2 3年2月同 位 素J o u r n a l o f I s o t o p e sV o l.3 6 N o.1F e b.2 0 2 36 3N i毒剂报警源制备工艺的研究高 岩,刘明阳,任春侠,王 念,付轲新,陈伊婷(原子高科股份有限公司,北京 1 0 2 4 1 3)摘要:离子迁移谱技术是现场快速检测化学战剂的有效手段,6 3N i毒剂报警源是离子迁移谱技术常用的离子化源。为进行6 3N i毒剂报警源的制备,设计活度测量和电镀装置,优化电镀参数,并进行平行性实验和牢固性测试。结果表明,最佳电镀条件为温度2 0、电流密度2 0mA/c m2、p H23、电镀时间1 0m i n;平行性实验和牢固性测试显示,该方法制备的放射源一次电镀合格率达1 0 0%,镀层和镍片结合牢固。该方法制备的放射源满足离子迁移谱技术对离子化源的需求。关键词:离子迁移技术;6 3N i毒剂报警源;电镀中图分类号:T L 9 2 9 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 0-7 5 1 2(2 0 2 3)0 1-0 0 9 4-0 5收稿日期:2 0 2 2-0 1-0 2;修回日期:2 0 2 2-0 4-1 5通信作者:高 岩d o i:1 0.7 5 3 8/t w s.2 0 2 2.y o u x i a n.0 0 1T h eP r e p a r a t i o nP r o c e s so f6 3N i S o u r c e f o rP o i s o nA l a r mGAOY a n,L I U M i n g y a n g,R E NC h u n x i a,WANGN i a n,F U K e x i n,CHE NY i t i n g(HT AC o.,L t d.,B e i j i n g1 0 2 4 1 3,C h i n a)A b s t r a c t:I o nm i g r a t i o ns p e c t r o m e t r yt e c h n o l o g y i sa ne f f e c t i v em e t h o df o rr a p i dd e t e c-t i o no f c h e m i c a lw a r f a r ea g e n t s i nt h ef i e l d.6 3N i s o u r c ef o rp o i s i o na l a r mi sac o mm o ni o n i z a t i o ns o u r c eb e c a u s eo fi t sa d v a n t a g e so fn o m a i n t e n a n c ea n ds a f eu s e.I nt h i sp a p e r,t h ep r e p a r a t i o nm e t h o do f6 3N is o u r c ef o rp o i s i o na l a r m w a ss t u d i e d,a n dt h ea c t i v i t ym e a s u r i n gd e v i c ea n de l e c t r o p l a t i n gd e v i c ew e r ed e s i g n e d.T h em o s t i m p o r t a n ti s t os t u d yt h ep a r a m e t e r so f e l e c t r o p l a t i n gp r o c e s s,s oa s t od e t e r m i n e t h eb e s t e l e c t r o-p l a t i n gc o n d i t i o n sa r e t e m p e r a t u r e2 0,c u r r e n td e n s i t y2 0mA/c m2,p H2-3,e l e c t r o-p l a t i n gt i m e1 0m i n.F i n a l l y,p a r a l l e l i s me x p e r i m e n t a n d f a s t n e s s t e s tw e r ec a r r i e do u t.T h er e s u l t ss h o wt h a tt h eq u a l i f i e dr a t eo fp r i m a r ye l e c t r o p l a t i n go ft h er a d i o a c t i v es o u r c ep r e p a r e db yt h i sm e t h o dc a nr e a c h1 0 0%a n dt h ec o a t i n ga n dn i c k e ls h e e ta r ef i r m l yb o n d e d.T h er a d i o a c t i v es o u r c ep r e p a r e db yt h i sm e t h o dc a nm e e tt h er e q u i r e-m e n t so f i o nm i g r a t i o ns p e c t r o m e t r yt e c h n o l o g y.K e yw o r d s:i o nm i g r a t i o nt e c h n o l o g y;6 3N i s o u r c e f o rp o i s o na l a r m;e l e c t r o p l a t i n g 2 0世纪3 0年代末开始出现速杀性化学战剂 神经性毒剂,因此一些国家开始研制高灵敏度的毒剂报警器(化学战剂报警器)1。毒剂报警器根据检测原理不同,主要分为化学方法和物理方法,物理方法主要有半导体气敏法、电子俘获法、离子复合法、动态栅法、离子迁移谱法、光声光谱法等。其中离子迁移谱法因具有分析快速、灵敏、可小型化等优点,成为现场快速检测化学战剂的有效手段。离子迁移谱法的原理是先将空气中的毒剂分子电离成带电离子,再进行检测2。电离方式有放射性电离、光致电离、激光电离和火焰电离等,其中放射性电离因具有无需维护、使用方便,可以消除放电引起的干扰,同时提高检测器的信噪比等优点,是目前离子迁移谱装备常用的离子化源3。目前 国 外 离 子 迁 移 谱 仪 多 采 用6 3N i和2 4 1Am放射性电离源对待测物进行离子化,6 3N i为纯核素,射线能量较低,最大能量E=6 7k e V,属于中毒组核素,不易对人体和环境造成伤害。2 4 1Am属于极毒核素组,除了放出粒子还有和X射线。综合考虑核素对人体和环境的潜在风险,现在离子迁移谱仪多采用6 3N i放射源,并且要求放射源镀层光亮致密、活度范围为1.53m C i2。6 3N i放射源的制备方法主要有电镀法、化学镀法、电刷镀法等4,其中电镀法设备简单、操作方便,是一种较理想的制源方法。中国核动力研究院李顺涛等5采用了硫酸镍为主体的电镀液制备6 3N i放射源,该方法虽然制备了较好的6 3N i放射源,但是电镀前需要预电沉积5m i n,电镀2h,而且电镀液 中 添 加 了 表 面 活 性 剂 十 二 烷 基 硫 酸钠,如果清洗不干净,则会影响仪器的测量准确度。为满足仪器使用要求,又低于国标要求的豁免值,降低使用过程中的安全风险,制备活度为1.82.7m C i的放射源。采用电镀法进行6 3N i毒剂报警源的研制6-8,分别测定温度、电流密度、p H和时间等对电镀的影响,确定最佳电镀条件,为6 3N i毒剂报警源的制备提供参考。1 实验材料1.1 主要仪器与装置G L Z-8放射源电离电流测量仪:自制,该仪器测量了活度为1.2、2.5、4.0m C i的6 3N i标准 源,电 离 电 流 值 分 别 是1.0 7 96、2.7 7 68、4.4 4 46n A,线性相关系数为0.9 9 79,符合使用要求,本 研 究 确 定 放 射 源 的 活 度 为1.82.7m C i,对应的电离电流测量值为23n A;M J-2 0 0 0超声波清洗机:无锡市美极超声设备有限公司;WY J-5 A 6 0 V双路直流稳压电源:上海稳压器厂;P t 1 4 4 0 1白金电极:中诺新材(北京)科技有限公司;P H S-2 5数显台式酸度计:上海雷磁;电镀槽:自制,截面示意图示于图1,由槽体(A)和底座(C)构成,槽体(A)和底座(C)通过螺纹配合,槽体下凹槽(B)由上到下分别放置橡胶垫片、镍片和铜片紧密配合,槽体(A)中盛放电镀液,其中电镀液和镍片接触面的直径为1 3mm。图1 自制电镀槽示意图F i g.1 S c h e m a t i cd i a g r a mo f s e l f-m a d ep l a t i n g t a n k1.2 主要材料与试剂6 3N i C l2溶液:核纯度 9 9%,比活度1 0C i/g,俄罗斯原子能公司(R O S AT OM);镍片:纯度9 9.9%,外径2 0mm,厚度0.1mm,北京聚光赢创科技有限公司;硼酸、氯化钾、氢氧化钾:A R,上海阿拉丁生化科技股份有限公;盐酸、丙酮:A R,国药集团化学试剂有限公司;去离子水:自制。2 实验方法2.1 毒剂报警源制备2.1.1 镍片预处理 将镍片(图2)在丙酮中超声清洗3m i n,去离子水冲洗后放入8 0的稀盐酸中2 0s,取出用去离水清洗后放在滤纸上,用脱脂棉将多余水分擦干。2.1.2 镍片电镀 电镀液配制:向1L去离子水中加入3 0g硼酸、1 5g氯化钾和0.8g三氯59第1期 高 岩等:6 3N i毒剂报警源制备工艺的研究化铈搅拌至完全溶解(溶液A),取出1 0m L溶液A,加入0.2m L1m o l/LHC l调节溶液p H为23,随后加入5 0m C i的6 3N i原料液(原料液6 3N i超过5 0m C i,电镀过程中产生的放射性气溶胶将高于国家管控水平)。镍片电镀:将橡胶垫放入电镀槽上槽体底部凹槽内,放入清洗干净的镍片,再放入铜垫片,最后拧紧电镀槽,并将其放置在电镀架上。将1 0m L配好的电镀液倒入电镀槽中,将白金电极(阳极)放入电镀液中,电极距保持为1 5mm,负极与电镀槽下槽体底部负极垫片相连。接通电源,电镀至规定时间后,将白金电极取出,取下电镀槽并拆卸,取出镍片。图2 镍片实物图F i g.2 P h y s i c a l d r a w i n go fn i c k e l s h e e t2.1.3 镍片电镀后处理 将电镀后的镍片用去离子水中清洗后放于滤纸上,使用脱脂棉擦拭表面,之后使用电离电流测试仪对源片进行电离电流测试。并观察镀层表面,手机拍摄照片留存分析。2.1.4 电镀条件 分别考察温度(0、1 0、2 0、3 0、4 0、5 0)、电流密度(5、1 0、1 5、2 0、2 5、3 0、3 5、4 0mA/c m2)、p H(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0)、时间(2、4、6、8、1 0、1 2、1 4、1 6m i n)对电镀的影响。2.2 平行性实验最佳电镀条件下批量电镀1 0 0枚成品源,用电离电流测试仪对源片进行电离电流测试。2.3 牢固性实验制备好的毒剂报警源随机取1 0枚置于大功率超声清洗器中,在10 0 0H z下超声2h,肉眼观察超声前后镀层与衬底结合是否完好,用酒精脱脂棉轻轻擦拭源的表面,再用电离电流测试仪对源片进行电离电流测试。3 结果与讨论3.1 确定电镀条件3.1.1 温度 电流密度为1 5m A/c m2,p H=2,电镀液中6 3N i料液5 0m