微流控作为一种微米级系统处理液体的新科学技术,通过使用少量样品和试剂的同时实现高分辨率和灵敏度,具有低成本、快速分析以及环境友好等优点。本文将微流控技术用于铀材料中杂质分离,并通过电感耦合等离子体质谱进行21种杂质元素的检测。为保证铀酰离子和杂质在微流控芯片内能够通过扩散作用实现理论上的充分分离,本实验设计了长度、宽度、深度分别为100 mm、250 μm、100 μm的双Y型蛇形微流控芯片,并制备不同参数的芯片以研究其对萃取效率的影响。通过OTS化学修饰法对微芯片内部进行选择性修饰,获得稳定的自动分相,同时有效避免了乳化现象。研究了流体性能、芯片的设计制备以及操作条件三种因素对界面稳定性的影响。使用TBP、TRPO两种不同有机溶剂,利用组建的微流控装置进行萃取实验。通道尺寸的减小、接触时间以及微芯片长度的增加,均有利于两相间分子扩散,提高萃取效率。当芯片长度、宽度、深度分别为100 mm、250 μm、100 μm时,TBP、TRPO两种萃取剂所能达到的最高萃取效率分别为93.65%和99.95%,通道内两相接触时间仅为38 s。同时,微通道尺寸的实验也辅证了芯片中的萃取体系受扩散控制。此外,实验还得出了20%TRPO-氢化煤油萃取铀酰离子中萃余液剩余铀酰浓度与接触时间的经验公式。采用长度100 mm、宽度250μm、深度100μm的芯片对铀酰溶液进行萃取处理,流速为5 μL/min。利用ICP-MS对Li、Na、Mg、Al、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni, Cu、Zn、As、Se、Sr、Mo、Ag、Cd、Pb、Bi这21种杂质元素的含量进行测量,并与常规振荡实验进行对比；Mg、Al、Ca、V、Cr、Ni、Cu、Sr、Ag、Pb元素达到了100±10%的回收率；Li、Na、Mn、Co、Zn、As、Se、Cd、Bi杂质的回收率也均在100±20%。根据元素测量值进行21种元素的加标回收实验,成功验证了微流控分离技术的可靠性和准确性。相比常规液-液萃取,微流控技术仅需要1 mL原料液即能够实现检测。同时,微流控技术在接触15s的情况下能够有效分离21种杂质,也远低于常规振荡时间,极大减少了分析时间。综合考虑,可认为本实验过程中组建的微流控系统能够在高效回收铀元素的同时快速分离杂质,是一种可靠的新型分离方法。微流控技术的微型化从源头减少了放射性材料的使用,能够极大程度降低操作人员所受放射剂量。