Материал: Практикум по Радиохимии

где m - масса золы в г,

М - масса исходной сырой пробы, кг.

Если в золе содержатся обугленные частицы, содержимое тигля после охлаж­дения в эксикаторе смачивают концентрированной азотной кислотой, добавляют несколько капель концентрированной перекиси водорода, высушивают и прокаливают еще раз при температуре 450-600°С.

Охлажденную золу растирают в мелкий порошок и используют для радиохимического анализа.

Доозоление и переведение проб в раствор.

В случае получения золы темного или темно-серого цвета и при наличии в пробе обугленных частиц проводят доозоление пробы. Для этого навеску золы массой 20-30 г помещают в фарфоровую чашку или термостойкий химический стакан, вносят носители определяемых радионуклидов, увлажняют концентрированной азотной кислотой с добавлением 2-3 см³ пероксида водорода и выпаривают досуха. Затем пробу помещают в муфельную печь на 20-30 мин при температуре 300-350 ^оС. При необходимости (отсутствие требуемого цвета и наличие обугленных частиц) после охлаждения чашки процедура доозоления повторяется.

После доозоления золу переводят в раствор путем растворения или экстрагирования. Под растворением пробы понимают полное переведение ее в раствор. Это достигается только при отсутствии в пробах кремниевой кислоты. Для растворения применяются жесткие условия, т.е. используются концентрированные кислоты, высокая температура и встряхивание. Способ полного растворения применим лишь к малым навескам с массой 1-10 г. Из больших навесок радионуклиды экстрагируют кислотами.

Для перевода золы в раствор навеску золы массой 20-30 г обрабатывают концентрированной соляной кислотой, добавляя 2-3 см³ на 1 г золы, упаривают досуха, сухой остаток растворяют при нагревании в течение 30 мин в 200-300 см³ 2н. раствора НCl, отделяют нерастворившийся осадок фильтрованием, фильтр промывают горячим раствором 1н. НCl (50-100 см³). Фильтрат используют для определения стронция-90.

Если доозоление зольного остатка не проводят, то в этом случае его переведение в раствор осуществляется аналогичным способом.

Подготовка проб почвы к радиохимическому анализу проводится по стандартной методике – СТБ 1059-98 Радиационный контроль ПОДГОТОВКА ПРОБ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРОНЦИЯ-90 РАДИОХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ Общие требования.

Подготовка проб почвы естественных лугов и пастбищ. Пробу почвы вынимают из кольца, взвешивают с растительным покровом, высушивают до воздушно-сухого состояния и снова взвешивают. Результат записывают в журнал. Затем пробу прокаливают в муфельной печи при температуре 555 ⁰С в течение 6–8 ч до полного удаления органического вещества. Периодически пробу вынимают из муфельной печи и перемешивают. Прокаленную пробу почвы взвешивают и методом квартования отбирают три навески массой 100 г. Результаты взвешивания записывают в журнал. Проба считается хорошо усредненной, если результаты измерений суммарной β-активности не различаются более чем в 1,5 раза от среднего значения. Если различия превышают указанную величину, то пробы объединяют и повторяют перемешивание и квартование. Для радиохимического анализа почвы загрязненных территорий отбирают навеску массой 50–100 г, незагрязненных – массой 200 г.

Подготовка проб почвы пашни. Объединенную пробу массой 2 кг высушивают до воздушно-сухого состояния, взвешивают, измельчают на мельнице и просеивают через сито с диаметром отверстий 2 мм. Методом квартования отбирают три аликвоты (навески) массой 55–100 г и определяют однородность проб. Для последующего озоления берется навеска с суммарной β–активностью близкой к среднему значению. Если результаты измерений различаются более чем в 1,5 раза от среднего значения, то повторяют перемешивание и квартование до получения хорошо гомогенизированной пробы. Озоление пробы для последующего радиохимического анализа проводят в муфельной печи при температуре 555 ⁰С в течение 6 часов. Озоленная проба поступает на радиохимический анализ.

Подготовка проб почв, отобранных в населенных пунктах и на природных ландшафтах.

1. Пробу вынимают из кольца, взвешивают целиком с растительным покровом, высушивают до воздушно сухого состояния и снова взвешивают. Пробу прокаливают при температуре 550 ⁰С в течение 6-8 часов до полного удаления органического вещества. Периодически пробу вынимают из печи и перемешивают. Прокаленную почву взвешивают. Методом квартования отбирают три аликвоты массой до 100 грамм каждая, измеряют их гамма-радиоактивность или суммарную β-радиоактивность. Проба считается хорошо гомогенизированной, если результаты измерений не различаются более чем в 1,5-2 раза от среднего значения. Для радиохимического анализа отбирают среднюю пробу, составляющую 50-100 г в пересчете на воздушно-сухое вещество.

2. Аккуратно вынимают пробу из кольца, взвешивают, условно делят на четыре сегмента, из каждого сегмента на всю глубину отбирают равное количество кернов одинакового диаметра, из которых составляют навеску массой 50-100 г. Навеска проверяется на гамма-радиоактивность или суммарную β-радиоактивность. Если результаты измерений между отобранной навеской и оставшейся пробой не различаются более чем 1,5-2 раза, то она берется для анализа. Если различия превышают указанную величину, навеску составляют из других кернов, пока не достигнут минимального различия радиоактивности с исходной почвой. Важно, чтобы проба была составлена из кернов, отобранных на всю глубину пробы. Далее аналогично пункту 1 проводится процедура озоления пробы.

Для изучения вертикальной миграции радионуклидов почва выдавливается из кольца и режется на сантиметровые слои почвенным ножом, слои взвешиваются и полностью озоляются согласно пункту 1. Перед озолением проводится измерение гамма-радиоактивности каждого слоя почвы. Минерализованную почву из каждого слоя тщательно перемешивают и отбирают для радиохимического анализа навески массой по 50-100 г каждая аналогично процедуре отбора проб, приведенной в пункте 1.

Материалы, оборудование, инструменты, реактивы: пробы, весы лабораторные, бета-радиометр КРВП-3Б, вытяжной и сушильный шкаф, муфельная печь, инфракрасная лампа, песчаная баня, электроплитка, мельница, терка, нож, ножницы, кислота соляная 1н, 2н и концентрированная, азотная и уксусная кислоты (концентрированные), пероксид водорода (концентрированный).

Выполнение работы:

1. Произвести подготовку проб почвы;

2. Подготовить растительные пробы для радиохимического анализа.

Лабораторная работа 3. Приготовление титрованных растворов носителей для радиохимического анализа

Краткие теоретические сведения. Техногенные радионуклиды содержатся в объектах окружающей среды в ничтожно малых количествах. Поведение ультрамалых количеств вещества при растворении, нагревании, осаждении может не совпадать с известными для дан­ного элемента свойствами. Отмечают различия в летучести, повы­шенной адсорбции на поверхностях, способности образовывать коллоидные растворы. Многие из особенностей поведения элемен­тов в ультрамалых количествах еще недостаточно изучены, поэто­му удобнее производить выделение данного изотопа из проб в таких коли­чествах, в которых поведение его при той или иной химической реакции будет проявляться типично и обеспечит более полное от­деление его от примесей. Поэтому в пробу перед началом анализа вносят точно известное количество носителя.

Носителем является элемент одноименный или схожий по хими­ческим свойствам с радиоактивным изотопом, извлекаемым из пробы. Носителями радионуклидов обычно служат стабильные элементы, одноименные или сходные по химическим свойствам с выделяемым из пробы радионуклидом и добавляемые в пробы в виде растворов тех или иных солей. Использование носителей значительно упрощает анализ, позволяя применять для выделения нуклидов реакции осаждения труднорастворимых солей и контролировать полноту выделения. Носитель вводят в пробу до начала ее химической обработки, что предотвращает неконтролируемые потери радионуклида.

Роль носителя заключается в том, что, будучи введенным в пробу, он увеличивает массу выделяемого элемента и позволяет увлечь за собой одноименный или сходный по химическим свойствам радионуклид по всем этапам анализа, чем достигается наиболее полное извлечение радионуклида. Контроль за количеством носителя позволяет также судить о полноте выделения радионуклида. Химический выход носителя определяют как отношение массы выделенного носителя (мг) в конце анализа к массе носителя (мг) в пробе перед началом анализа. Кроме того, применение носителей в радиохимическом анализе позволяет получить в конце анализа «весомое» количество радиоактивного препарата, которое можно нанести на подложку для радиометрии.

Обычно носители используют в форме титрованных растворов с точно известной концентрацией (мг/ см³). Носители бывают изотопные, изоморфные, инертные и удерживающие.

Радиоактивные изотопы в растворах могут находиться в ионном, коллоидном и псевдоколлоидном состояниях. Для лучшего взаимодействия выделяемого радиоизотопа с носителем наиболее благоприятно ионное состояние радиоизотопа, причем очень существенна одинаковая степень окисления радиоизотопа и элемента-носителя. Это достигается действием окислителей и восстановителей, соответствующих избранной методике вы­деления изотопа.

Потери радиоизотопа при ионном его состоянии в растворе возможны за счет адсорбции стенками сосуда, в котором нахо­дится раствор, плотными нерастворившимися частицами золы, фильтром. Адсорбцию можно устранить увеличением кислотности раствора. Уменьшить ее можно также введением в раствор боль­шого количества других одноименных ионов, которые, адсорбируясь на фильтре и стенках сосуда, уменьшают возможность сорбции радиоизотопа (превентивная сорбция).

Образование псевдоколлоидов крайне нежелательно. Они очень медленно реагируют с ионами носителя, не участвуют в ионном обмене при пропускании через ионообменные фильтры, адсорбируются на стекле, бумажных фильтрах, медленно проходят через фильтр. Образование радиоколлоидов всегда нежелательно, так как оно ведет к увеличению потерь радиоизотопа в ходе его выделения и замедляет выполнение анализа, что небезразлично при выделении короткоживущих радиоизотопов. Предотвращение образования радиоколлоидов достигается созданием кислой сре­ды или введением комплексообразующих соединений.

Титром раствора называется количественное содержание опре­деленного вещества в единице объема раствора (мг/ см³). Титрованные растворы готовят из химически чистых элементов или их соединений, помещая точно взвешенную навеску предварительно рассчитанного по молярной массе вещества в мерную колбу, рас­творяют и доводят объем до метки дистиллированной водой. Титр полученного раствора по заданному соединению проверяют экспериментально путем осаждения данного соединения (или элемента) из определенного раствора и точного взвешивания высушенно­го до постоянной массы осадка.

Для приготовления титрованных растворов изотопных, изо­морфных и удерживающих носителей используют в зависимости от избранной методики выделения из пробы радиоизотопа нит­рата или хлорида стронция, цезия.

Хранить титрованные растворы рекомендуется в мерных кол­бах с притертыми или хорошо пригнанными резиновыми проб­ками. Длительное хранение их нежелательно, так как в случае ис­парения раствора со временем может измениться его титр.

Примеры расчета количества соли стабильного изотопа, необхо­димого дня приготовления титрованного раствора носителя.

Задание 1. Приготовление титрованного раствора стабильного стронция и определение титра по сульфату стронция

Материалы и оборудование: нитраты или хлориды стронция, иттрия, цезия; уксусная ледяная кислота, 5% раствор серной кислоты, 2н. растворы азотной и соляной кислот, насыщенный раствор щавелевой кислоты; раствор аммиака, этиловый спирт, ацетон; вытяжной шкаф, аналити­ческие весы, муфельная печь, тигли фарфоровые, сушильный шкаф, химические стаканы на 100 см³, мерные колбы на 100 см³, воронки, стеклянные палочки, фильтры беззольные "синяя лента", эксикатор с прокаленным СаСl₂.

Выполнение работы:

1. Рассчитать массу соли Sr(NОз)_2·6Н₂О или SrCl₂·6Н₂О (указывается преподавателем) стабильного стронция, необходимую для приготовления 25см³ раствора носителя с содержанием металлического стронция 25 мг в 1 см³ раствора.

Пример расчета. Требуется приготовить 100 см³ раствора носителя из стабиль­ного хлорида стронция шестиводного (SrCl₂·6Н₂О) с содержанием металли­ческого стронция 40 мг (0,04 г) в 1 см³ раствора.

Молярная масса М(SrCl₂·6Н₂О) = 88+35,4·2+6·(1·2+16)=267г/моль. Атомная масса стронция округленно равна 88 .

Расчет необходимой массы хлорида стронция на 1 см³ раствора с содержанием 40 мг (0,04 г) металлического стронция выполняют по пропорции:

в 267 г SrCl₂·6Н₂О содержится 88 г Sr,

а в х г – 0,04 г,

откуда х = (0,04×267):88 = 0,121 г хлорида стронция шестиводного на 1 см³ раство­ра. Для приготовления 100 см³ раствора требуется 0,121×100 = 12,1 г данной соли.

2. На аналитических весах взвесить вычисленную массу нит­рата или хлорида стронция (Sr(NОз)₂или SrCl₂, навеску помес­тить в мерную колбу вместимостью 25 см³.

3. Растворить навеску в небольшом объеме 2 н. раствора со­ответствующей кислоты (соляной или азотной) и довести до мет­ки дистиллированной водой. Закрыть колбу пробкой и раствор тщательно перемешать.

4. Проверить титр приготовленного раствора, для чего в 3 стакана объемом 100 см³ внести по 1 см³ приготовленного раствора стронция.

5. В каждый стакан внести 30 см³ дистиллированной воды, 5 см³ 5%-ной серной кислоты, и добавить 36 см³ этилового спирта. После тщательного перемешивания смеси стеклянной палочкой выпадает осадок сульфата стронция. Осадку дать отстояться несколько часов (удобнее оставить на ночь).

6. Осадок отфильтровать через бумажные фильтры "синяя лента" (фильтры с диаметром пор 1-2,5 нм, предназначенные для фильтрования мелкозернистых осадков).

7. Осадки на фильтрах высушить в сушильном шкафу, осто­рожно перенести в фарфоровые тигли, предварительно прокален­ные до постоянной массы и взвешенные.

8. Осадки озолить на электроплитке и прокалить в муфельной печи при температуре 800 °С до постоянной массы.

9. Тигли с прокаленными осадками охладить в эксикаторе во избежании поглощения осадком воды и СО₂ из воздуха.

10. Тигли с осадком взвесить, определить массу каждого осадка. Расхождение по массе отдельных осадков не должно превышать 1%. Среднее из трех полученных цифровых значений масс принимают за титр раствора - носителя стронция по его соединению SrSО₄ (мг/ см³).

Следовательно, в 1 см³ приготовленного раствора содержится такое количество SrSО_4, которое соответствует средней массе вы­деленного осадка. Для выражения титра раствора по металли­ческому стронцию нужно величину титра по SrSО₄ умножить на 0,447.